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1、计数器与计数器与ALUALU组织组织 1 1 时序逻辑复习时序逻辑复习2 2 计数器计数器11.上节课回顾：时序逻辑电路上节课回顾：时序逻辑电路v(1)触发器触发器v RS触发器，JK，T，D触发器：特征方程特征方程v(2)时序逻辑电路分析基本方法时序逻辑电路分析基本方法v(3)数据寄存器和移位寄存器数据寄存器和移位寄存器QQRSJKCP电路图电路图 时钟方程时钟方程驱动方程驱动方程输出方程输出方程状态状态方程方程状态图、状态图、状态表或状态表或时序图时序图判断电路逻判断电路逻辑功能辑功能2CPCP为秒脉冲为秒脉冲(周期为周期为1秒秒)24进制计数器进制计数器60进制计数器进制计数器60进制计
2、数器进制计数器ag7744874487448744874487448QDQA秒显示秒显示0059秒秒分显示分显示0059分分小时显示小时显示0023小时小时显显示示译译码码器器数数码码管管2.1 2.1 计数器举例奥运倒计时计数器举例奥运倒计时32.2 2.2 计数器概念和分类计数器概念和分类分类分类分类分类加法计数器加法计数器加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器减法计数器减法计数器可逆计数器可逆计数器可逆计数器可逆计数器 (按计数功能按计数功能按计数功能按计数功能 )异步计数器异步计数器异步计数器异步计数器 同步计数器同步计数器同步计数器同步计数器(按计数脉冲引入方式按计数脉冲引入方式按
3、计数脉冲引入方式按计数脉冲引入方式)二进制二进制二进制二进制计数器计数器计数器计数器循环码循环码循环码循环码计数器计数器计数器计数器 BCDBCD码码码码计数器计数器计数器计数器(按计数码制按计数码制按计数码制按计数码制)计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，可累计输入脉冲的个数，可用于定时、分频、时序控制等。可累计输入脉冲的个数，可用于定时、分频、时序控制等。可累计输入脉冲的个数，可用于定时、分频、时序控制等。可累计输入脉冲的个数，
4、可用于定时、分频、时序控制等。模模模模 8 8 计数器计数器计数器计数器模模模模2424计数器计数器计数器计数器 (按模划分按模划分按模划分按模划分)4前缀：前缀：同步二进制模同步二进制模8递增计数器递增计数器4同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器 2.3 2.3 计数器分析例子计数器分析例子（1）、二进制计数器）、二进制计数器分析：分析：驱动方程驱动方程和输出方程和输出方程52.3 2.3 计数器分析例子计数器分析例子状态方程状态方程状态表状态表0 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 0 1 0 11 1 01 1 101100110101010100001111000000
5、0016 画状态图画状态图100Q2Q1Q00010100111011101110002.3 2.3 计数器分析例子计数器分析例子Z Z0 01 10 00 00 00 00 00 0CPQ2Q1Q0Z12345678 画波形图画波形图计满计满8脉冲脉冲72.4 2.4 常用集成计数器常用集成计数器74161741614 4位同步二进制加法计数器位同步二进制加法计数器COCREN CI82.4 741612.4 74161计数器计数器74161 74161 功能表功能表COCOCRENCIENCICR974LS16174LS161状态图状态图 、EN EN 和和 CI CI 均为高电平时，计数
6、器处于计数状态，每输均为高电平时，计数器处于计数状态，每输入一个入一个 CP CP 脉冲，进行一次加法计数。脉冲，进行一次加法计数。2.4 741612.4 74161的功能和特点的功能和特点10 ：异步置：异步置：异步置：异步置“0”0”功能。功能。功能。功能。00001 10 01 10 0 ETET和和和和EPEP是计数器控制端，其是计数器控制端，其是计数器控制端，其是计数器控制端，其中一个为低电平，计数器保持中一个为低电平，计数器保持中一个为低电平，计数器保持中一个为低电平，计数器保持原态。两者均为高电平，计数原态。两者均为高电平，计数原态。两者均为高电平，计数原态。两者均为高电平，计
7、数器才处于计数状态。器才处于计数状态。器才处于计数状态。器才处于计数状态。：同步并行置数控制端：同步并行置数控制端（低电平有效），（低电平有效），=0，且，且 =1 时，时，D0D3上数据上数据 被输出到被输出到Q0Q3。2.4 741612.4 74161的波形图的波形图112.4 2.4 十进制计数器十进制计数器7416074160同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器3Q2QETCP0D1D2D3DC1Q0Q74160EPRDDL120 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5000000000001000100100010001100110100010001010101集成计数器的应
8、用举例集成计数器的应用举例集成计数器的应用举例集成计数器的应用举例反馈法反馈法反馈法反馈法构成模构成模构成模构成模6 6计数器的四种方法计数器的四种方法计数器的四种方法计数器的四种方法例例1：反馈置：反馈置0法法000000000001000100100010001100110100010001010101 由此可见，由此可见，N进制计数器可以利进制计数器可以利用在（用在（N-1）时将）时将 变为变为 0 的方法的方法构成，这种方法称为构成，这种方法称为反馈置反馈置0法法。0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5例例例例2 2：直接清：直接清：直接清：直接清0 0法法法法 当计数器计到当计
9、数器计到当计数器计到当计数器计到6 6 时（状态时（状态时（状态时（状态6 6出现时间极出现时间极出现时间极出现时间极短），短），短），短），Q Q2 2和和和和Q Q1 1均为均为均为均为1 1，使，使，使，使 为为为为0 0，计数器立，计数器立，计数器立，计数器立即被强迫回到即被强迫回到即被强迫回到即被强迫回到0 0状态，开始新的循环。状态，开始新的循环。状态，开始新的循环。状态，开始新的循环。+Vcc 6 6011001101113例例例例3 3：反馈预置法：反馈预置法：反馈预置法：反馈预置法101010111100110111101111101010111100110111101111
10、 当计数器计到状态当计数器计到状态当计数器计到状态当计数器计到状态1111时，进位端时，进位端时，进位端时，进位端 C 为为为为1 1，经非门为，经非门为，经非门为，经非门为0 0，置数，置数，置数，置数控制端控制端控制端控制端 ,下一个时钟到来时，将下一个时钟到来时，将下一个时钟到来时，将下一个时钟到来时，将D D3 D0 3 D0 端的数据端的数据端的数据端的数据10101010送送送送入计数器。此后又从入计数器。此后又从入计数器。此后又从入计数器。此后又从10101010开始计数一直计数到开始计数一直计数到开始计数一直计数到开始计数一直计数到 11111111，又重复上述，又重复上述，又
11、重复上述，又重复上述过程。这种方法称为反馈预置法。过程。这种方法称为反馈预置法。过程。这种方法称为反馈预置法。过程。这种方法称为反馈预置法。=0=0例例例例4 4：用：用：用：用十进制十进制十进制十进制计数器反馈预置法计数器反馈预置法计数器反馈预置法计数器反馈预置法0011010001010110011110001N=15时，时，LD=01 0 1 014对例对例对例对例2 2的的的的 改进的模改进的模改进的模改进的模 6 6 计数器计数器计数器计数器 例例例例2 2反馈复位法的缺点是工作不可靠。原因是在许多情况下，各触发器的反馈复位法的缺点是工作不可靠。原因是在许多情况下，各触发器的反馈复位
12、法的缺点是工作不可靠。原因是在许多情况下，各触发器的反馈复位法的缺点是工作不可靠。原因是在许多情况下，各触发器的复位速度不一致，复位快的触发器复位后，立即将复位信号撤消，使复位慢的复位速度不一致，复位快的触发器复位后，立即将复位信号撤消，使复位慢的复位速度不一致，复位快的触发器复位后，立即将复位信号撤消，使复位慢的复位速度不一致，复位快的触发器复位后，立即将复位信号撤消，使复位慢的触发器来不及复位，因而造成误动作。触发器来不及复位，因而造成误动作。触发器来不及复位，因而造成误动作。触发器来不及复位，因而造成误动作。改进的方法是加一个基本改进的方法是加一个基本改进的方法是加一个基本改进的方法是加
13、一个基本RSRS触发器，如图触发器，如图触发器，如图触发器，如图5.125.12（a a）所示，工作波形见图）所示，工作波形见图）所示，工作波形见图）所示，工作波形见图5.125.12（b b）。当计数器计到）。当计数器计到）。当计数器计到）。当计数器计到 6 6 时，基本时，基本时，基本时，基本RSRS触发器置触发器置触发器置触发器置0 0，使，使，使，使 端为端为端为端为0 0，该，该，该，该0 0一直持续一直持续一直持续一直持续到下一个计数脉冲的下降沿到来为止。因此计数器能可靠置到下一个计数脉冲的下降沿到来为止。因此计数器能可靠置到下一个计数脉冲的下降沿到来为止。因此计数器能可靠置到下一
14、个计数脉冲的下降沿到来为止。因此计数器能可靠置0 0。15异步计数器异步计数器异步计数器：计数脉冲异步计数器：计数脉冲异步计数器：计数脉冲异步计数器：计数脉冲C C不是同时加到各位触发器不是同时加到各位触发器不是同时加到各位触发器不是同时加到各位触发器。最低位触发器由计数脉冲触发翻转，其他各位触发最低位触发器由计数脉冲触发翻转，其他各位触发最低位触发器由计数脉冲触发翻转，其他各位触发最低位触发器由计数脉冲触发翻转，其他各位触发器有时需由相邻低位触发器输出的进位脉冲来触发，器有时需由相邻低位触发器输出的进位脉冲来触发，器有时需由相邻低位触发器输出的进位脉冲来触发，器有时需由相邻低位触发器输出的进
15、位脉冲来触发，因此各位触发器状态变换的时间先后不一，只有在因此各位触发器状态变换的时间先后不一，只有在因此各位触发器状态变换的时间先后不一，只有在因此各位触发器状态变换的时间先后不一，只有在前级触发器翻转后前级触发器翻转后前级触发器翻转后前级触发器翻转后,后级触发器才能翻转。后级触发器才能翻转。后级触发器才能翻转。后级触发器才能翻转。161010 当当当当J J、K K=1=1时，具有计数功能，每来时，具有计数功能，每来时，具有计数功能，每来时，具有计数功能，每来一个脉冲触发器就翻转一次一个脉冲触发器就翻转一次一个脉冲触发器就翻转一次一个脉冲触发器就翻转一次.清零清零RDQJKQQ0F0QJK
16、QQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲计数脉冲三位异步二进制加法计数器三位异步二进制加法计数器在电路图中在电路图中J、悬空表示悬空表示J、K=1下降沿下降沿下降沿下降沿触发翻转触发翻转触发翻转触发翻转每来一个每来一个每来一个每来一个C C翻转一次翻转一次翻转一次翻转一次 由相邻低位触发由相邻低位触发器从器从1变变 0 时翻转时翻转17异步二进制加法器工作波形异步二进制加法器工作波形2 2分频分频分频分频4 4分频分频分频分频8 8分频分频分频分频 每个触发器翻转的时间有先后，每个触发器翻转的时间有先后，与计数脉冲不同步与计数脉冲不同步C12345678Q0Q1Q2 优点：优点：简单，易组合，速度
17、低，简单，易组合，速度低，CP宽于总延迟宽于总延迟 缺点：缺点：速度慢，容易产生延迟，外部逻辑处理时易出错。速度慢，容易产生延迟，外部逻辑处理时易出错。总的说来是总的说来是同步同步计数器计数器的集成电的集成电路型号较多路型号较多18计数器的级联应用计数器的级联应用v同步计数器的普通级联电路同步计数器的普通级联电路v 速度不快，进位逐级传递，容易存在险象速度不快，进位逐级传递，容易存在险象v同步计数器的高速级联电路同步计数器的高速级联电路v 通过通过CO到到EN连接，一个门延迟即可完成所有状连接，一个门延迟即可完成所有状态跳变态跳变v同步计数器的异步级联电路同步计数器的异步级联电路v 折中的常见
18、的方案，使用较多，速度慢折中的常见的方案，使用较多，速度慢见课本见课本143页页19当当MNMN时：必须将多片计数器时：必须将多片计数器级联级联。1 1）整体清）整体清“0 0”法或整体置数法法或整体置数法基本思路：先将基本思路：先将n n片计数器级联组成片计数器级联组成Nn（NnM）进制计数器，计满）进制计数器，计满M M个状态后，采用整体清个状态后，采用整体清“0 0”或整体置数法实现或整体置数法实现M M进制计数器。进制计数器。2 2）分解法）分解法基本思路：将基本思路：将M=MM=M1 1M M2 2M Mn n，其中，其中M M1 1、M M2 2、M Mn n均不大于均不大于N N
19、，则用，则用n n片计数器分别组成片计数器分别组成M1 1、M2 2、Mn n进制的计数器，然后级联即可构成进制的计数器，然后级联即可构成M进进制计数器。制计数器。芯片级联的方式：芯片级联的方式：串行进位方式：以低位片的进位输出信号串行进位方式：以低位片的进位输出信号C作为高位片的时钟作为高位片的时钟输入信号输入信号CP。并行进位方式：以低位片的进位输出信号并行进位方式：以低位片的进位输出信号C作为高位片的工作作为高位片的工作状态控制信号状态控制信号EP和和ET。20计数器级联应用计数器级联应用例：试用例：试用7416074160组成百进制计数器。组成百进制计数器。串行进位方式（异步计数器）串
20、行进位方式（异步计数器）并行进位方式（同步计数器）并行进位方式（同步计数器）21计数器级联应用计数器级联应用例：试用两片例：试用两片7416074160实现实现5454进制计数器。进制计数器。解：解：M=54M=54，7416074160是具有异步清零、同步置数的十进制计是具有异步清零、同步置数的十进制计数器。数器。整体置数法整体置数法计数：计数：0 05353。5 53 30 1 0 1 0 0 1 1 Q3Q2Q1Q022计数器的级联应用计数器的级联应用分解法分解法M=54=6M=54=69 9，用两片，用两片7416074160分别构成六进制和九进制，然后级联即可。分别构成六进制和九进制，然后级联即可。六进制六进制九进制九进制23总结回顾和习题总结回顾和习题v1 计数器计数器v概念：计数器，分类，同步，异步概念：计数器，分类，同步，异步v原理：同步计数器原理，异步原理，原理：同步计数器原理，异步原理，74161v方法：方法：M数制计数器方法，级联方法，多片级联任意模方法数制计数器方法，级联方法，多片级联任意模方法v2 习题习题 P402页，页，3.22;3.23；3.29；3.30；3.34；3.41；3.45；3.64；3.65；3.67；3.68 24