第二十次课计数器2任意进制计数器的构成1

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1、0数字电子技术基础数字电子技术基础阎石主编（第五版）阎石主编（第五版）信息科学与工程学院基础部信息科学与工程学院基础部1一同步二进制计数器（一同步二进制计数器（P278P278）1同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器6.3.2 计数器计数器示例芯片示例芯片*中规模集成的中规模集成的4 4位同步二进制计数器位同步二进制计数器74161(74LS161):74161(74LS161):2、4位同步二进制减法计数器位同步二进制减法计数器（P284）3、4位同步二进制可逆计数器位同步二进制可逆计数器示例芯片示例芯片 a.单时钟方式单时钟方式74LS191b.双时钟方式双时钟方式74LS193【】内

2、容内容回顾回顾2二、同步十进制计数器二、同步十进制计数器（P287）1、同步十进制加法计数器、同步十进制加法计数器示例芯片示例芯片*中规模集成的同步十进制计数器中规模集成的同步十进制计数器74160(74LS160):74160(74LS160):2、同步十进制减法计数器（、同步十进制减法计数器（P292）新授内容新授内容【】内容内容回顾回顾3【】内容内容回顾回顾*中规模集成的中规模集成的4 4位同步二进制计数器位同步二进制计数器74161(74LS161):74161(74LS161):其逻辑图形符号及功能表如图所示。其逻辑图形符号及功能表如图所示。6.3.2 计数器计数器注：注：74161

3、和和74LS161只是内部电路结构有些区别。只是内部电路结构有些区别。74LS163也是也是4位二进制加法计数器，但清零方式是同位二进制加法计数器，但清零方式是同步清零步清零EPETCLKD0D1D2D3CQ1Q2Q3Q074161CLKR DLD EPET输出端工作状态输出端工作状态0异步清零异步清零1011111111100预置数预置数（同步同步）保持保持（包括包括C）保持保持（但但C0）计数计数(a)逻辑图形符号逻辑图形符号（b）功能表功能表四位同步计数器四位同步计数器74161（74LS161）的图形符号及功能表）的图形符号及功能表RDLDLD R D4【】内容内容回顾回顾*中规模集成

4、同步十进制计数器中规模集成同步十进制计数器74160(74LS160):74160(74LS160)逻辑符号和功能表如图所示。逻辑符号和功能表如图所示。注：注：74LS160为十进制计数器，故进位脉冲是在为十进制计数器，故进位脉冲是在1001时出现的，而时出现的，而161为十六进制，进位脉冲是在为十六进制，进位脉冲是在1111时出时出现的。现的。6.3.2 计数器计数器EPETCLKD0D1D2D3RDLDCQ1Q2Q3Q074160R DLD EP ET输出端工作状态输出端工作状态0清零清零(异步异步）1011111111100预置数预置数(同步同步）保持保持（包括包括C）保持保持（但但C0

5、）计数计数(a)逻辑图形符号逻辑图形符号（b）功能表功能表同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器74160(74LS160)的图形符号及功能表的图形符号及功能表CLK5 52、同步十进制减法计数器（、同步十进制减法计数器（P292）基本原理：对二进基本原理：对二进制减法计数器进行制减法计数器进行修改，在修改，在0000时减时减“1”后跳变为后跳变为1001，然后按二进制减法然后按二进制减法计数就行了。计数就行了。6.3.2 计数器计数器)(123001QQQQQT)(32101012QQQQQQQT6 6驱动方程：驱动方程：同步十进制减法计数器同步十进制减法计数器其逻辑电路如图所示：其逻辑电

6、路如图所示：0123321012123010)()(1QQQTQQQQQTQQQQTT6.3.2 计数器计数器7 7状态转换图为：状态转换图为：6.3.2 计数器计数器能自启动能自启动8 83、十进制可逆计数器、十进制可逆计数器74LS190：其逻辑图形符号及功能表如图所示。其逻辑图形符号及功能表如图所示。注：注：74LS190为单时钟十进制可逆计数器，其他各输为单时钟十进制可逆计数器，其他各输入端、输出端的功能及用法与入端、输出端的功能及用法与74LS191完全相同，功完全相同，功能表参见能表参见74LS191的功能表。的功能表。6.3.2 计数器计数器U/DSCLKID0D1D2D3LDC

7、/BQ1Q2Q3Q074LS190输出端工作状态输出端工作状态00111100预置数预置数(异步异步）保持保持加法计数加法计数(a)逻辑图形符号逻辑图形符号（b）功能表功能表同步十进制可逆计数器同步十进制可逆计数器74LS19074LS190的图形符号及功能表的图形符号及功能表CLKo减法计数减法计数1CLKIS LD U/DLD S 9三、异步计数器三、异步计数器 在异步计数器中，有的触发器直接受在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的

8、时间脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为先后不一，故被称为“异步计数器异步计数器”。10三三、异步计数器、异步计数器1.异步二进制计数器异步二进制计数器6.3.2 计数器计数器原则：每原则：每1位从位从“1”变变“0”时，向时，向高位发出进位，使高位翻转高位发出进位，使高位翻转构成方法：触发器接成计数器形构成方法：触发器接成计数器形式，时钟式，时钟CLK加在最低位，高位加在最低位，高位脉冲接在低位的脉冲接在低位的Q 端。在末位端。在末位+1时，从低位到高位逐位进位方式时，从低位到高位逐位进位方式工作。工作。.异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器11右图是由右图是由JK触发器

9、触发器构成的异构成的异步步3位二进位二进制加法计制加法计数器。数器。波形如图波形如图所示所示6.3.2 计数器12异步二进制减法计数器异步二进制减法计数器6.3.2 计数器计数器构成方法：触发器接成计数器构成方法：触发器接成计数器形式，时钟形式，时钟CLK加在最低位，加在最低位，高位脉冲接在低位的高位脉冲接在低位的Q 端。在端。在末位末位-1时，从低位到高位逐位时，从低位到高位逐位借位方式工作。借位方式工作。原则：每原则：每1位从位从“0”变变“1”时，时，向高位发出借位，使高位翻向高位发出借位，使高位翻转转13右图是由右图是由JK触发器构成的触发器构成的异步异步3位二进位二进制减法计数器。制

10、减法计数器。波形如图所示波形如图所示6.3.2 计数器计数器142.异步十进制（加法）计数器异步十进制（加法）计数器6.3.2 计数器计数器原理：在原理：在4位二进制异步位二进制异步加法计数器上修改而成，加法计数器上修改而成，要跳过要跳过1010 1111这六个这六个状态状态15由由JK触发器构成的异步十进制计数器触发器构成的异步十进制计数器,其逻辑电路如图其逻辑电路如图所示，其状态表及时序图与同步十进制计数器相同。所示，其状态表及时序图与同步十进制计数器相同。6.3.2 计数器计数器111131232213100KQQJKJKQJKJ16*二五十进制异步计数器二五十进制异步计数器74LS29

11、0:其逻辑图如图所示其逻辑图如图所示6.3.2 计数器示例芯片（示例芯片（P298）17CLK0为计数输入端，为计数输入端，Q0为输出：二进制计数器；为输出：二进制计数器；CLK1为输入端，为输入端，Q1、Q2、Q3为输出：五进制计数器；为输出：五进制计数器；CLK0为计数输入端，为计数输入端，CLK1与与Q0相连相连，Q0、Q1、Q2、Q3为输出：十进制计数器。为输出：十进制计数器。R01、R02：异步置异步置0(0000)输入端输入端S91、S92：异步置异步置9(1001)输入端输入端18其逻辑符号及功能表如图所示其逻辑符号及功能表如图所示6.3.2 计数器R01R02CLK0S91S9

12、2Q1Q2Q3Q074LS290R01R02S91S921100Q3Q2Q1Q000000011置零置零说明说明置九置九000000二进制计数器二进制计数器从从Q0输出输出五进制计数器五进制计数器从从Q3Q2Q1输出输出与与Qo相接相接十进制计数器十进制计数器从从Q3Q2Q1Q0输出输出异步计数器异步计数器74LS29074LS290的逻辑符号和功能表的逻辑符号和功能表（a）逻辑符号逻辑符号（b）功能表功能表CLK1CLK0CLK119常用TTL计数器 20四、任意进制计数器的构成方法四、任意进制计数器的构成方法 若已有若已有N进制计数器（如进制计数器（如74LS161)，现在要实现，现在要实

13、现M进制计数器进制计数器6.3.2 计数器计数器NMNM 任意进制计数器任意进制计数器只能用已有的计数器芯片只能用已有的计数器芯片通过通过外电路的不同连接方式实现外电路的不同连接方式实现，即用组合电路产生，即用组合电路产生复位、置位信号得到任意进制计数器。复位、置位信号得到任意进制计数器。211.MN的情况的情况 在在N进制计数器的顺序计数过程中，若设法使之跳进制计数器的顺序计数过程中，若设法使之跳过（过（NM）个状态，就可以得到）个状态，就可以得到M进制计数器了，其进制计数器了，其方法有置零法（复位法）和置数法（置位法）。方法有置零法（复位法）和置数法（置位法）。6.3.2 计数器计数器置数

14、法置数法置零法置零法22a.置零法：置零法：置零法适用于有置置零法适用于有置零（有零（有异步异步和同步）输和同步）输入端的计数器，如异步入端的计数器，如异步置零的有置零的有74LS160、161、191、190、290,同步置同步置零的有零的有74LS163、162，其工作原理示意图如图其工作原理示意图如图所示。所示。6.3.2 计数器计数器异步清零异步清零暂态暂态23 a.置零法（复位法）置零法（复位法）基本思想是：计数器从全基本思想是：计数器从全0状态状态S0开始计数，计满开始计数，计满M个个状态后产生清零信号，使计数器恢复到初态状态后产生清零信号，使计数器恢复到初态S0，然后，然后再重复

15、上述过程。再重复上述过程。异步清零异步清零SM状态进行译码产生置状态进行译码产生置零信号并反馈到异步清零信号并反馈到异步清零端零端()，使计数器立，使计数器立即返回即返回S0状态。状态。SM状态只在极短的瞬间状态只在极短的瞬间出现，通常称它为出现，通常称它为“过过渡态渡态”。DR 暂态暂态10ns左右左右24异步复位法异步复位法（异步置零）（异步置零）适用于异步清适用于异步清0 0的集的集成计数器，当满足清成计数器，当满足清0 0条件时，立即清条件时，立即清0 0。计数到计数到M M时，清时，清0 0，写写S SM M=（）2 2，全部，全部Q Q为为1 1的端相与非的端相与非 DR 利用异步

16、复位端利用异步复位端 ，跳过多余状态，实现任意进制计数。，跳过多余状态，实现任意进制计数。DR 25【例】用【例】用7416074160实现实现7 7进制计数器。进制计数器。置零法，置零法，M=7，在，在SM=S7=0111处反馈清零。处反馈清零。CLK计数输入计数输入1进位输出进位输出1Q0Q1Q2Q3EPCLK74160ETRDLDCD0D1D2D3)(012 QQQRD26【例】用【例】用7416174161实现实现1212进制计数器。进制计数器。置零法，置零法，M=12，在，在SM=S12=1100处反馈清零。处反馈清零。CLK计数输入计数输入1进位输出进位输出1Q0Q1Q2Q3EPC

17、LK74161ETRDLDCD0D1D2D3)(23 QQRD27注：由于清零信号随着计数器被清零而立即消失，其持续注：由于清零信号随着计数器被清零而立即消失，其持续的时间很短，有时触发器可能来不及动作（复位），清零的时间很短，有时触发器可能来不及动作（复位），清零信号已经过时，导致电路误动作，故置零法的电路工作可信号已经过时，导致电路误动作，故置零法的电路工作可靠性低。为了改善电路的性能，在清零信号产生端和清零靠性低。为了改善电路的性能，在清零信号产生端和清零信号输入端之间接一基本信号输入端之间接一基本RS触发器，如图所示。触发器，如图所示。6.3.2 计数器计数器01011000 0012

18、8b.置数法：置数法：有有预置数功能预置数功能的计数器可用此方法构成的计数器可用此方法构成M进制计进制计数器。但注意数器。但注意74LS161(160)为同步预置数，为同步预置数，74LS191(190)为异步预置数。为异步预置数。置数法的原理是通过给计数器重复置入某个数置数法的原理是通过给计数器重复置入某个数值的方法跳过（值的方法跳过（NM）个状态，从而获得）个状态，从而获得M进制进制计数器的。计数器的。6.3.2 计数器利用利用 端重复置入某个数值，跳过多余状态端重复置入某个数值，跳过多余状态（N-M个），实现任意进制计数。个），实现任意进制计数。DL 296.3.2 计数器计数器置数法的

19、应用可以分三种情况置数法的应用可以分三种情况:（现有（现有N进制计数器，构成进制计数器，构成M进制）进制）取前取前M种状态种状态取前取前M种状态种状态置置零零取取0000（M-1）2个状态个状态(以具有同步预置数端以具有同步预置数端 的集成计数器为例的集成计数器为例)DL 30【例】用【例】用7416074160实现实现7 7进制计数器进制计数器(置数法置数法)。(1)置数法（取前置数法（取前M种状态），种状态），CLK计数输入计数输入1进位输出进位输出1Q0Q1Q2Q3EPCLK74160ETRDLDCD0D1D2D3)(12 QQDL00000 SM=7，在，在SM-1=S6=0110处反

20、馈置零。处反馈置零。316.3.2 计数器计数器置数法的应用可以分三种情况置数法的应用可以分三种情况:（现有（现有N进制计数器，构成进制计数器，构成M进制）进制）取前取前M种状态种状态取后取后M种状态种状态取后取后M种状态种状态取取(N-M)2(N-1)2个状态。个状态。可采用进位输出端可采用进位输出端置最小数置最小数(N-M)2法法(以具有同步预置数端以具有同步预置数端 的集成计数器为例的集成计数器为例)DL 32【例】用【例】用7416074160实现实现7 7进制计数器进制计数器(置数法置数法)。(2)置数法（取后置数法（取后M种状态），种状态），CLK计数输入计数输入11Q0Q1Q2Q

21、3EPCLK74160ETRDLDCD0D1D2D3)(CDLM=7，在进位输出端处反馈置最小数，在进位输出端处反馈置最小数数数SN-M=S10-7=S3=00111336.3.2 计数器计数器置数法的应用可以分三种情况置数法的应用可以分三种情况:（现有（现有N进制计数器，构成进制计数器，构成M进制）进制）取前取前M种状态种状态取中间取中间M种状态种状态取后取后M种状态种状态取中间取中间M种状态种状态取取(i)2(i+M-1)2共共M个状态个状态(以具有同步预置数端以具有同步预置数端 的集成计数器为例的集成计数器为例)DL 34 选定循环初态选定循环初态S Si i，确定，确定i i，写，写i

22、=（）2，D3D2D1D0 判定循环末态判定循环末态S Si+M-1i+M-1 写写i+M-1=（）2，将，将Si+M-1i+M-1 全部全部Q为为1的端相与非的端相与非DL 同步预置数法同步预置数法:35【例】用【例】用7416174161实现实现1212进制计数器。进制计数器。(2)置数法（置数法（i=1），），CLK计数输入计数输入11进位输出进位输出1Q0Q1Q2Q3EPCLK74161ETRDLDCD0D1D2D300011 S)(23 QQDLM=12，在，在SM+i-1=S12=1100处反馈处反馈置置1。36【例】用【例】用7416174161实现实现1212进制计数器。进制计

23、数器。(2)置数法（置数法（i=3），），CLK计数输入计数输入11进位输出进位输出1Q0Q1Q2Q3EPCLK74161ETRDLDCD0D1D2D300113 S)(123 QQQDLM=12，在，在SM+i-1=S14=1110处反馈处反馈置置1。37【例】如图所示电路是可变计数器。试分析当控制【例】如图所示电路是可变计数器。试分析当控制变量变量A为为1和和0时电路为几进制计数器。时电路为几进制计数器。进制计数器进制计数器为为时，时，10,)(003 QQDLA6.3.2 计数器计数器解：解：置位信号为置位信号为)(DL01303QQAQQQAY预置数为预置数为D3D2D1D00000EPETCLKD0D1D2D3RDLDCQ1Q2Q3Q074LS161111AY进位输出进位输出CLK进进制制计计数数器器为为时时，12,)(1013 QQQDLA38小结小结基本要求：基本要求：掌握掌握74160、74161各管脚的功能；各管脚的功能；1.掌握用掌握用74160、74161实现不同进制的实现不同进制的方法。方法。作业：作业：P349思考题和习题思考题和习题6-12题、题、6-13题、题、6-14题题、6-16题题