1、第15講 計(jì)數(shù)器,15-1 概述,15-2 集成計(jì)數(shù)器,15-3 集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,1,精制知識,2、計(jì)數(shù)器的分類,按脈沖輸入方式，分為同步和異步計(jì)數(shù)器,按進(jìn)位體制，分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,按邏輯功能，分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器,15-1 概 述,1、計(jì)數(shù)器的邏輯功能,計(jì)數(shù)器的基本功能是對輸入時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。它也可用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等等。,2,精制知識,同步計(jì)數(shù)器,異步計(jì)數(shù)器,加計(jì)數(shù)器,減計(jì)數(shù)器,可逆計(jì)數(shù)器,加計(jì)數(shù)器,減計(jì)數(shù)器,可逆計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器的分類,3,精制知識,15-2 集成計(jì)數(shù)器,同步計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)：在同步計(jì)數(shù)器內(nèi)部，各個觸發(fā)器

2、都受同一時鐘脈沖輸入計(jì)數(shù)脈沖的控制，因此，它們狀態(tài)的更新幾乎是同時的，故被稱為 “ 同步計(jì)數(shù)器 ”。,（一）同步二進(jìn)制加法集成計(jì)數(shù)器74161,14.2.1 同步計(jì)數(shù)器,4,精制知識,74LS161邏輯功能表,異步清零,保持原有狀態(tài)不變,計(jì)數(shù),在CP上升沿，進(jìn)行同步4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。,同步并行預(yù)置數(shù)據(jù),0000,D3 D2 D1D0,CO=ETQ3Q2Q1Q0,5,精制知識,(2)時序圖,CO=ETQ3Q2Q1Q0,0000,0011,1011,0111,1111,0000,1000,0100,0100,0100,0100,0100,0011,6,精制知識,（二）同步十進(jìn)制加法集成計(jì)數(shù)器74

3、160,同步十進(jìn)制加法集成計(jì)數(shù)器74160的功能表同74161，只是其計(jì)數(shù)進(jìn)制為十進(jìn)制,7,精制知識,（三）十進(jìn)制可逆集成計(jì)數(shù)器74LS192,邏輯符號,功能表,特點(diǎn)： 雙時鐘輸入CP+ 、CP-，上升沿有效。 異步清0端Cr， 高電平有效。 異步預(yù)置控制端LD ，低電平有效。 進(jìn)位輸出OC、借位輸出OB分開。,8,精制知識,（） 二 - 五 - 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS90,A、結(jié)構(gòu)和工作原理簡介,15.2.2 異步計(jì)數(shù)器,異步計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)：在異步計(jì)數(shù)器內(nèi)部，有的觸發(fā)器直接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸出信號作為自己的時鐘脈沖，因此各個觸發(fā)器狀態(tài)變換的時間先后不一，故被稱為

4、“ 異步計(jì)數(shù)器 ”。,9,精制知識,74LS90 內(nèi)部含有兩個獨(dú)立的 計(jì)數(shù)電路：一個是模 2 計(jì)數(shù)器(CP0為其時鐘，Q0為其輸出端)，另一個是模 5 計(jì)數(shù)器(CP1為其時鐘，Q3Q2Q1為其輸出端)。,外部時鐘CP是先送到CP0還 是先送到CP1，在Q3Q2Q1Q0這四個輸出端會形成不同的碼制。,10,精制知識,11,精制知識,12,精制知識,情況一：計(jì)數(shù)時鐘先進(jìn)入CP0時的計(jì)數(shù)編碼。,結(jié)論：上述連接方式形成 8421 碼。,13,精制知識,情況 二： 計(jì)數(shù)時鐘先進(jìn)入CP1時的計(jì)數(shù)編碼。,結(jié)論：上述連接方式形成 5421 碼。,14,精制知識,1. 異步級聯(lián) 用前一級計(jì)數(shù)器的輸出作為后一級計(jì)

5、數(shù)器的時鐘信號。這種信號可以取自前一級的進(jìn)位(或借位)輸出，也可直接取自高位觸發(fā)器的輸出。 此時若后一級計(jì)數(shù)器有計(jì)數(shù)允許控制端，則應(yīng)使它處于允許計(jì)數(shù)狀態(tài)。下圖是兩片74LS90按異步級聯(lián)方式組成的 1010=100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,15-3 集成計(jì)數(shù)器組成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,15.3.1 集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián),15,精制知識,74LS90的級聯(lián)擴(kuò)展,16,精制知識,2. 同步級聯(lián) 這種方式一般是把各計(jì)數(shù)器的CP端連在一起接統(tǒng)一的時鐘脈沖，而低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出送高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制(使能)端。,17,精制知識,集成計(jì)數(shù)器可以加適當(dāng)反饋電路后構(gòu)成任意模值計(jì)數(shù)器。 設(shè)計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值為N，若要得到一個模值為

6、M(N)的計(jì)數(shù)器，則只要在N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的順序計(jì)數(shù)過程中，設(shè)法使之跳過(N-M)個狀態(tài)，只在M個狀態(tài)中循環(huán)就可以了。通常MSI計(jì)數(shù)器都有清0、置數(shù)等多個控制端，因此實(shí)現(xiàn)模M計(jì)數(shù)器的基本方法有兩種：,15.3.2 任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法,一種是清0法(或稱復(fù)位法) 另一種是置數(shù)法(或稱置數(shù)法)。,18,精制知識,1. 異步清0法 異步清零法適用于具有異步清零端的集成計(jì)數(shù)器。,做法：計(jì)數(shù)器在S0SM-1共M個狀態(tài)中工作，當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)入SM狀態(tài)時，利用SM狀態(tài)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生清0信號并反饋到異步清0端，使計(jì)數(shù)器立即返回S0狀態(tài)。其示意圖如下圖中虛線所示。,由于SM狀態(tài)只在極短的瞬間出現(xiàn)，通常稱它為“過渡態(tài)

7、”。,19,精制知識,異步清零,例1 利用異步清零輸入端,用74161構(gòu)成九進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。,20,精制知識,工作波形,狀態(tài)圖,21,精制知識,2.同步置數(shù)法 同步預(yù)置數(shù)法適用于具有同步預(yù)置端的集成計(jì)數(shù)器。 置數(shù)法和清0法不同，由于置數(shù)操作可以在任意狀態(tài)下進(jìn)行，因此計(jì)數(shù)器不一定從全0狀態(tài)S0開始計(jì)數(shù)。它可以通過預(yù)置功能使計(jì)數(shù)器從某個預(yù)置狀態(tài)Si開始計(jì)數(shù)，計(jì)滿M個狀態(tài)后產(chǎn)生置數(shù)信號，使計(jì)數(shù)器又進(jìn)入預(yù)置狀態(tài)Si，然后再重復(fù)上述過程，其示意圖如下圖所示。,由于同步置數(shù)，要等下一個CP到來時，才將預(yù)置數(shù)置入計(jì)數(shù)器，故無過度狀態(tài)。,22,精制知識,同步置零,例2 利用同步置數(shù)端,用74161構(gòu)成九進(jìn)制加計(jì)

8、數(shù)器(1),23,精制知識,工作波形,狀態(tài)圖,24,精制知識,用反饋置數(shù)法構(gòu)成九進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(2),25,精制知識,波形圖：,該計(jì)數(shù)器的模為9。,26,精制知識,如果要求實(shí)現(xiàn)的模值M超過單片計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍時， 必須將多片計(jì)數(shù)器級聯(lián)，才能實(shí)現(xiàn)模M計(jì)數(shù)器。常用的方法有兩種： 將模M分解為M=M1M2Mn，用n片計(jì)數(shù)器分別組成模值為M1、M2、 、Mn的計(jì)數(shù)器，然后再將它們異步級聯(lián)組成模M計(jì)數(shù)器。 先將n片計(jì)數(shù)器級聯(lián)組成最大計(jì)數(shù)值NM的計(jì)數(shù)器，然后采用整體清 0 或整體置數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)模M計(jì)數(shù)器。,當(dāng)MN時，需用多片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合實(shí)現(xiàn),27,精制知識,【例1】 試用 74161 實(shí)現(xiàn)模 60 計(jì)

9、數(shù)器。 解： 因一片 74161 最大計(jì)數(shù)值為 16，故實(shí)現(xiàn)模 60 計(jì)數(shù)器必須用兩片 74161。 大模分解法。 可將M分解為 60=610，用兩片 74161 分別組成模 6、 模 10 計(jì)數(shù)器，然后級聯(lián)組成模 60 計(jì)數(shù)器，邏輯電路如圖所示。,28,精制知識,例模 60 計(jì)數(shù)器邏輯圖 大模分解法,29,精制知識, 整體置數(shù)法1: 先將兩片74161 同步級聯(lián)組成 N=162=256 的計(jì)數(shù)器，然后用整體置數(shù)法構(gòu)成模60計(jì)數(shù)器。下圖為整體置0邏輯圖， 計(jì)數(shù)范圍為 059，當(dāng)計(jì)到 59(00111011)時同步置0。,例模 60 計(jì)數(shù)器邏輯圖 整體置 0 法,30,精制知識,例模 60 計(jì)數(shù)

10、器邏輯圖 CO整體置數(shù)法,整體置數(shù)法2： 圖為CO整體置數(shù)法邏輯圖，計(jì)數(shù)范圍為 196255，計(jì)到 255(CO=1)時使兩片LD均為 0，下一個CP來到時置數(shù)，預(yù)置輸入=256-M=(196)10=(11000100)2。,31,精制知識,例2 用74160組成48進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,先將兩芯片采用同步級聯(lián)方式連接成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 然后再用異步清零法組成了48進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,解：因?yàn)镹48，而74160為模10計(jì)數(shù)器，所以要用兩片74160構(gòu)成此計(jì)數(shù)器。,32,精制知識,綜上所述，采用異步清0法或同步置數(shù)法設(shè)計(jì)任意模值計(jì)數(shù)器都需要經(jīng)過以下三個步驟： 選擇模M計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍，確定初態(tài)和末態(tài)； 確

11、定產(chǎn)生清0或置數(shù)信號的譯碼狀態(tài)，然后根據(jù)譯碼狀態(tài)設(shè)計(jì)譯碼反饋電路； 畫出模M計(jì)數(shù)器的邏輯電路。,33,精制知識,例3： 74LS90構(gòu)成BCD碼六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,方法：令 R0(1) = Q1， R0(2) = Q2,CP,0110 0000,R0(1)和R0(2)同時為 “1”， S9(1)和S 9(2)中至少有一個必須為“0”時，它才進(jìn)入“清零狀態(tài)”；,34,精制知識,15.3.3 集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例,例1：順序脈沖發(fā)生器,35,精制知識,例2、,序列信號發(fā)生器,在CP的作用下，Y端產(chǎn)生00010111循環(huán)序列信號,如要求Y端產(chǎn)生10110010循環(huán)序列信號，如何改變電路的連接？,36,精制知識,例3：數(shù)字頻率計(jì)原理電路的設(shè)計(jì)。,1 秒鐘,37,精制知識,數(shù)字頻率計(jì)原理圖,1Hz !,計(jì)數(shù)器：用于確定清零、計(jì)數(shù)、顯示的時間。,根據(jù)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)確定何時清零、何時計(jì)數(shù)、何時顯示。,被測信號,38,精制知識,Q2Q1Q0=001、101時：,ux作為CP0被送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),1. 計(jì)數(shù)顯示部分,&,39,精制知識,Q2Q1Q0=100、000時：,計(jì)數(shù)器清零,&,40,精制知識,Q2Q1Q0=010、011、111、110時：,ux被封鎖，計(jì)數(shù)器輸出保持。,&,41,精制知識,2. 循環(huán)計(jì)數(shù)器部分,自動時:,Q2Q1Q0組成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器：,&,42,精制知識,手動時：,Q