《时序逻辑电路-计数器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《时序逻辑电路-计数器.ppt（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、21.3 计数器计数器(Counter)21.3.1 计数器的特点和分类计数器的特点和分类一、计数器的功能及应用一、计数器的功能及应用1.功能：功能：对时钟脉冲对时钟脉冲 CP 计数。计数。2.应用：应用：分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列、进行数字运算等。序列、进行数字运算等。二、计数器的特点二、计数器的特点1.输入信号：输入信号：计数脉冲计数脉冲 CPMoore 型型2.主要组成单元：主要组成单元：时钟触发器时钟触发器三、三、计数器的分类计数器的分类按数制分：按数制分：二进制计数器二进制计数器十进制计数器十进制计数器N 进制进制(任意进制任意进制)计数器计数器
2、按计数按计数方式分：方式分：加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数可逆计数(Up-Down Counter)按时钟按时钟控制分：控制分：同步计数器同步计数器(Synchronous )异步计数器异步计数器(Asynchronous )按开关按开关元件分：元件分：TTL 计数器计数器CMOS 计数器计数器21.3.2 21.3.2 二进制计数器二进制计数器二进制计数器二进制计数器计数器计数器计数容量计数容量、长度长度或或模模的概念的概念 计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效状态数状态数 M M 。3 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加
3、法计数器：00001111/14 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器：000111/1n 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器：一、二进制同步计数器一、二进制同步计数器一、二进制同步计数器一、二进制同步计数器(一一)3 3 位位位位二进制同步加法计数器二进制同步加法计数器FF2、FF1、FF0Q2、Q1、Q0设计方法一：设计方法一：000/0001010011100101/0/0/0/0110/0111/0/1/1/C排列：排列：解解 选用下降沿触发的选用下降沿触发的 JK 触发器触发器时钟方程时钟方程时钟方程时钟方程输出方程输出方程输出方程输出方程状态方程状态方程状态方
4、程状态方程00 01 11 1001 1001110000 01 11 1001 0111100000 01 11 1001 00 101011JK 触发器特性方程触发器特性方程求驱动方程，得求驱动方程，得求驱动方程，得求驱动方程，得逻辑图逻辑图逻辑图逻辑图CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2串串行进位行进位触发器触发器负载均匀负载均匀(四四)集成二进制同步计数器（掌握）集成二进制同步计数器（掌握）1.集成集成 4 位二进制同步加法计数器位二进制同步加法计数器1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974161
5、74161VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 ET LDCR CP D0 D1 D2 D3 EP 地地引脚排列图引脚排列图逻辑功能示意图逻辑功能示意图7416174161Q0 Q1 Q2 Q3EPLDCOCPETCR D0 D1 D2 D30 0 0 00 0 1 1 0 0 1 1CR=0Q3 Q0=0000同步同步并行置数并行置数CR=1，LD=0，CP 异步异步清零清零Q3 Q0=D3 D0 1)74LS1617416174161功能表功能表功能表功能表输入输入000输出输出01001111011101计数计数保持保持保持保持D 触发器构成的触发器构成的 T 触发器触发器(D=Q)，下
6、降沿下降沿触发触发若改用若改用上升沿上升沿触发的触发的 D 触发器触发器？Q0Q1CPCPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0C CQ0Q1CPCPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0C C5.2.3 5.2.3 十进制计数器十进制计数器十进制计数器十进制计数器（8421BCD 码）（掌握）码）（掌握）一、十进制同步计数器一、十进制同步计数器一、十进制同步计数器一、十进制同步计数器(一一)十进制同步加法计数器十进制同步加法计数器*00000001/00010/00011/00100/00101/00110/0011110001001/0/0/0/
7、1状态图状态图状态图状态图时钟方程时钟方程时钟方程时钟方程输出方程输出方程输出方程输出方程00000000Q3nQ2nQ1nQ0n00 01 11 10 10 0001 11 10CCP1KC1FF2&1JC1J1KC1FF01KC1FF3&1J1&Q1Q01KC1FF1&1J&Q2Q3Q3Q1nQ0nQ3nQ2n 00 01 11 100001 11 10Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 10 1 0 11 0 0 1 0 0 0 00 0 1 00 1 1 00 1 0 01 0 0 00 0 1 10 1 1 1 状态方程状态方程选择选择下降沿下降沿、JK 触发
8、器触发器驱动方程驱动方程J0=K0=1,J1=Q3nQ0n,K1=Q0J2=K2=Q1nQ0nJ3=Q2nQ1nQ0n,K3=Q0n 逻辑图逻辑图检查能否自启动检查能否自启动将将无效状态无效状态1010 1111代入状态方程：代入状态方程：1010 1011 01001110 1111 10001100 1011 0100能自能自启动启动(四四)集成十进制同步计数器（集成十进制同步计数器（*）74160、741621 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 97416074160(2)(2)VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D
9、2 D3 CTP 地地(引脚排列与引脚排列与74161相同相同)异步清零功能异步清零功能异步清零功能异步清零功能：(74162 同步清零同步清零)同步置数功能同步置数功能同步置数功能同步置数功能：同步计数功能：同步计数功能：同步计数功能：同步计数功能：保持功能保持功能保持功能保持功能：进位信号保持进位信号保持进位输出低电平进位输出低电平1.集成十进制同步加法计数器集成十进制同步加法计数器1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 87429074290S9A S9B Q2 Q1 地地VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3二、十进制异步计数器（二、十进制异步计数器（二、
10、十进制异步计数器（二、十进制异步计数器（掌握掌握掌握掌握）(三三)集成十进制异步计数器集成十进制异步计数器异步清零功能异步清零功能异步清零功能异步清零功能S9A S9BQ0 Q1 Q2 Q3R0B R0AM1=2M1=5CP0CP11 1 0 0 0 0异步置异步置异步置异步置“9 9”功能功能功能功能 1 11 0 0 1异步计数功能异步计数功能异步计数功能异步计数功能M=2M=5M=10CPCPCP21.2 寄存器寄存器 寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放数
11、码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能存放一位二进制数，存放发器只能存放一位二进制数，存放发器只能存放一位二进制数，存放发器只能存放一位二进制数，存放 n n 位二进制时，位二进制时，位二进制时，位二进制时，要要要要 n n个触发器。个触发器。个触发器。个触发器。按功能分按功能分数码寄存器数码寄存器数码寄存器数码寄存器移位寄存器移位寄存器移位寄存器移位寄存器21.2.2 21.2.2 移位寄存器移位寄存器移位寄存器移位寄存器不仅能不仅能不仅能不仅能寄存
12、寄存寄存寄存数码，还有数码，还有数码，还有数码，还有移位移位移位移位的功能。的功能。的功能。的功能。所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。按移位方式分类按移位方式分类按移位方式分类按移位方式分类单向移位寄存器单向移位寄存器单向移位寄存器单向移位寄存器双向移位寄存器双向移位寄存器双向移位寄存器双向移位寄存器寄存数码寄存数码寄存
13、数码寄存数码1.1.单向移位寄存器单向移位寄存器单向移位寄存器单向移位寄存器清零清零D1移位脉冲移位脉冲23410111QQ3Q1Q2RD000000010010 010 011 1010 01101110 011 1QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3数据依次向左移动，称左移寄存器，数据依次向左移动，称左移寄存器，数据依次向左移动，称左移寄存器，数据依次向左移动，称左移寄存器，输入方式为串行输入。输入方式为串行输入。输入方式为串行输入。输入方式为串行输入。QQQ从高位向低从高位向低位依次输入位依次输入动画动画1110 0010110011000输出输出再输入四个移再输入四个移再输入四
14、个移再输入四个移位脉冲，位脉冲，位脉冲，位脉冲，10111011由高位至低位由高位至低位由高位至低位由高位至低位依次从依次从依次从依次从Q Q3 3端输端输端输端输出。出。出。出。串行输出方式串行输出方式串行输出方式串行输出方式清零清零D10111QQ3Q1Q2RD101110 011 1QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脉冲移位脉冲786动画动画四位四位四位四位左移移位寄存器状态表左移移位寄存器状态表左移移位寄存器状态表左移移位寄存器状态表0001123移位脉冲移位脉冲Q2 Q1 Q0移位过程移位过程Q3寄寄 存存 数数 码码 D001110000清清 零零110左移一
15、位左移一位001011左移二位左移二位01011左移三位左移三位10114左移四位左移四位101并并 行行 输输 出出再继续输入四个移位脉冲再继续输入四个移位脉冲再继续输入四个移位脉冲再继续输入四个移位脉冲,从从从从 Q Q3 3端串行输出端串行输出端串行输出端串行输出10111011数码数码数码数码动画动画右移移位寄存器右移移位寄存器右移移位寄存器右移移位寄存器5.2.4 5.2.4 N N 进制计数器进制计数器进制计数器进制计数器方法方法用触发器和门电路设计用触发器和门电路设计用集成计数器构成用集成计数器构成清零端清零端置数端置数端(同步、异步同步、异步)一、利用同步清零或置数端获得一、利
16、用同步清零或置数端获得 N 进制计数进制计数思思思思 路：路：路：路：当当 M 进制计数到进制计数到 SN 1 后使计数回到后使计数回到 S0 状态状态2.求归零逻辑表达式；求归零逻辑表达式；1.写出状态写出状态 SN 1 的二进制代码；的二进制代码；3.画连线图。画连线图。步步步步 骤：骤：骤：骤：例例 用用4位二进制计数器位二进制计数器 74163 构成构成十二进制十二进制计数器。计数器。解：解：1.=10112.归零表达式：归零表达式：3.连线图连线图7416374163Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&同步清零同步清零同步置零同步置零二、利用异
17、步清零或置数端获得二、利用异步清零或置数端获得 N 进制计数进制计数 当计数到当计数到 SN 时，立即产生清零或置数信号，时，立即产生清零或置数信号，使返回使返回 S0 状态。状态。（瞬间即逝）（瞬间即逝）思思思思 路：路：路：路：步步步步 骤：骤：骤：骤：1.写出状态写出状态 SN 的二进制代码；的二进制代码；2.求归零逻辑表达式；求归零逻辑表达式；3.画连线图。画连线图。例例 用二用二-八八-十六进制异步计数器十六进制异步计数器74197构成十二进制计数器。构成十二进制计数器。7419774197Q0 Q1 Q2 Q3CP0D0 D1 D2 D3CRCPCPCP1LDCT/&状态状态S12
18、的作用：的作用：产生归零信号产生归零信号异步清零异步清零异步置零异步置零(二二)计数容量的扩展计数容量的扩展1.集成计数器的级联集成计数器的级联7416174161(1 1)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q77416174161(0 0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP11111CO016 16=2567429074290(个位个位个位个位)Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1CPCP74290 74290(十位十位十位十位)Q0 Q
19、1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q31 2 4 810 20 40 8010 10=1002.利用级联获得大容量利用级联获得大容量 N 进制计数器进制计数器1)级联级联 N1 和和 N2 进制计数器，容量扩展为进制计数器，容量扩展为 N1 N2N1进制进制计数器计数器N2进制进制计数器计数器CP进位进位CCP 例例 用用用用 74290 74290 构成构成构成构成 六十六十六十六十 进制进制进制进制计数器计数器计数器计数器7429074290Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1CPCP74290742
20、90 Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3N1=10N2=6个位个位个位个位十位十位十位十位异步清零异步清零异步清零异步清零个位芯片应逢十进一个位芯片应逢十进一60=6 60=6 10 10=N=N1 1 N N2 2=N N 2)用用归零法归零法或或置数法置数法获得大容量的获得大容量的 N 进制计数器进制计数器 例例 试分别用试分别用 74161 和和 74162 接成六十进制计数器。接成六十进制计数器。Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q77416174161(0
21、)(0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO07416174161(1)(1)用用 S SN N 产生产生异步清零异步清零异步清零异步清零信号：信号：用用 S SN N 1 1 产生产生同步置数同步置数同步置数同步置数信号：信号：&11&先用两片先用两片74161构成构成 256 进制计数器进制计数器74162 同步清零，同步置数同步清零，同步置数同步清零，同步置数同步清零，同步置数。再用归零法将再用归零法将M=100改为改为N=60进制计数器，进制计数器，即用即用SN1产生产生同步同步清零、置数信号。清零、置数信号。先用
22、两片先用两片74162构成构成 10 10 进制计数器，进制计数器，Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q77416274162(0)(0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO07416274162(1)(1)11&111.同步同步同步同步 清零清零(或置数或置数)端计数终值为端计数终值为 S SN N 1 1 异步异步异步异步 清零清零(或置数或置数)端计数终值为端计数终值为 S SN N2.用集成用集成 二进制二进制二进制二进制 计数器扩展容量后计数器扩展容量后，终值终值 SN(或或 SN1)是是二进制代码二进制代码二进制代码二进制代码；用集成用集成十进制十进制十进制十进制计数器扩展容量后，计数器扩展容量后，终值终值 SN(或或SN1)的代码由个位、十位、的代码由个位、十位、百位的百位的十进制数十进制数十进制数十进制数对应的对应的 BCD BCD 代码代码代码代码构成。构成。注意注意