數(shù)字邏輯電路 fan6-3

1、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器用以統(tǒng)計(jì)輸入脈沖用以統(tǒng)計(jì)輸入脈沖CPCP個(gè)數(shù)的電路。個(gè)數(shù)的電路。 6.3 6.3 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器的分類：計(jì)數(shù)器的分類：（2 2）按數(shù)字的增減趨勢(shì)可分為加法計(jì)數(shù)器、減）按數(shù)字的增減趨勢(shì)可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和加法計(jì)數(shù)器和加/ /減減( (可控可控, ,可逆可逆) )計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。（1 1）按計(jì)數(shù)進(jìn)制可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和非二進(jìn)）按計(jì)數(shù)進(jìn)制可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。制計(jì)數(shù)器。非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器中最典型的是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器中最典型的是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（3 3）按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否與計(jì)數(shù)脈沖同）按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否與計(jì)數(shù)脈沖同步分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。

2、步分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。 一、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器一、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器1 1二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器 （1 1）二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器（）二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器（4 4位）位） 工作原理：工作原理： 4個(gè)個(gè)JK觸發(fā)器都接成觸發(fā)器都接成T觸發(fā)器。觸發(fā)器。 每當(dāng)每當(dāng)Q2由由1變變0，F(xiàn)F3向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。 每來一個(gè)每來一個(gè)CP的下降沿時(shí)，的下降沿時(shí)，F(xiàn)F0向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次； 每當(dāng)每當(dāng)Q0由由1變變0，F(xiàn)F1向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次； 每當(dāng)每當(dāng)Q1由由1變變0，F(xiàn)F2向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；1J1KC12Q1Q

3、CPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計(jì)數(shù)脈沖清零脈沖QQQQ用用“觀察法觀察法”作出該電路的時(shí)序波形圖和狀態(tài)圖。作出該電路的時(shí)序波形圖和狀態(tài)圖。由時(shí)序圖可以看出，由時(shí)序圖可以看出，Q0 0、Ql、Q2 2、Q3 3的周期分別是計(jì)數(shù)脈沖的周期分別是計(jì)數(shù)脈沖( (CP) )周周期的期的2 2倍、倍、4 4倍、倍、8 8倍、倍、1616倍，因而計(jì)數(shù)器也可作為分頻器。倍，因而計(jì)數(shù)器也可作為分頻器。CPQ0Q1Q2Q3（2 2）二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器）二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器用用4 4個(gè)上升沿觸發(fā)的個(gè)上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器組成的觸發(fā)器組成的4 4位異步二進(jìn)制減法

4、計(jì)數(shù)器。位異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。工作原理工作原理：D觸發(fā)器也都接成觸發(fā)器也都接成T觸發(fā)器。觸發(fā)器。 由于是上升沿觸發(fā)，則應(yīng)將低位觸發(fā)器的由于是上升沿觸發(fā)，則應(yīng)將低位觸發(fā)器的Q端與相鄰高位觸發(fā)器的端與相鄰高位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端相連，即從時(shí)鐘脈沖輸入端相連，即從Q端取借位信號(hào)。端取借位信號(hào)。 它也同樣具有分頻作用。它也同樣具有分頻作用。C1CPFF31DQ3計(jì)數(shù)脈沖QRQ31DQQ22FFC1R2Q1DQQ11FFC1R1Q1DQQ00FFC1R0Q清零脈沖CR二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器的時(shí)序波形圖和狀態(tài)圖。時(shí)序波形圖和狀態(tài)圖。在異步計(jì)數(shù)器中，高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)必須在相鄰觸發(fā)

5、器產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)在異步計(jì)數(shù)器中，高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)必須在相鄰觸發(fā)器產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)（加計(jì)數(shù)）或借位信號(hào)（減計(jì)數(shù)）之后才能實(shí)現(xiàn)，所以工作速度較低。（加計(jì)數(shù)）或借位信號(hào)（減計(jì)數(shù)）之后才能實(shí)現(xiàn)，所以工作速度較低。為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。 231 0QQQ Q0000111111101101110010111001101010000111011001010100001100100001CPQ0Q1Q2Q32 2二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（1 1）二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器）二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器由于該計(jì)數(shù)器的翻轉(zhuǎn)規(guī)律性較強(qiáng)，只需用由于該計(jì)數(shù)器的翻轉(zhuǎn)規(guī)律性較強(qiáng)，

6、只需用“觀察法觀察法”就可設(shè)計(jì)出電路：就可設(shè)計(jì)出電路：因?yàn)槭且驗(yàn)槭恰巴酵健狈绞?，方式，所以將所有觸發(fā)器的所以將所有觸發(fā)器的CPCP端連在一起，接計(jì)端連在一起，接計(jì)數(shù)脈沖。數(shù)脈沖。 然后分析狀態(tài)圖，然后分析狀態(tài)圖，選擇適當(dāng)?shù)倪x擇適當(dāng)?shù)腏KJK信號(hào)。信號(hào)。1KR3FFC1Q1JRFFQC1C12FFC1CP1RQQ0&21KFF&3清零脈沖1JQ&計(jì)數(shù)脈沖RQ&1KQ1J11J1KQ0CR分析狀態(tài)圖可見：分析狀態(tài)圖可見：FF0 0：每來一個(gè)：每來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J0 0= =K0 0=1=1。FF1 1：當(dāng)：當(dāng)Q

7、0 0=1=1時(shí)，來一個(gè)時(shí)，來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J1 1= =K1 1= = Q0 0 。FF2 2：當(dāng)：當(dāng)Q0 0Q1 1=1=1時(shí)，時(shí)， 來一個(gè)來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J2 2= =K2 2= = Q0 0Q1 1FF3 3： 當(dāng)當(dāng)Q0 0Q1 1Q3 3=1=1時(shí)，時(shí)， 來一個(gè)來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選以選J3 3= =K3 3= = Q0 0Q1 1Q3 313 3集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器舉例集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器舉例 （1 1）4 4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制同步加

8、法計(jì)數(shù)器7416174161RC1&Q1J1K&13Q&Q&RC11J1K&12Q&Q&RC11J1K&11Q&Q&RC11J1K&10Q0D1&1EPET11D2D3DCPLDRDRCO 異步清零。異步清零。w7416174161具有以下功能：具有以下功能： 計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)。 同步并行預(yù)置數(shù)。同步并行預(yù)置數(shù)。RCO為進(jìn)位輸出端。為進(jìn)位輸出端。 保持。保持。41235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74161891011121413RD3DDLEPETQ0RCOQCPQ0Q21Q3L

9、DRDDD0D21D3EPETRCO121314150120清零異步同步置數(shù)加法計(jì)數(shù)保持（2）4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74191LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q7419141235671516Vcc741918910111214133D0Q1GNDD1EN D/UQ3Q2QD2LDMAX/MINRCOCP0D二、非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器二、非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器又稱模進(jìn)制計(jì)數(shù)器又稱模N計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。當(dāng)當(dāng)N=2n時(shí)，就是前面討論的時(shí)，就是前面討論的n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；當(dāng)當(dāng)N2n時(shí)，為非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。非二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，為非二進(jìn)制計(jì)

10、數(shù)器。非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器中最常用的是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。器中最常用的是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1 1 84218421BCD碼同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器碼同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器QQ1KR1J2QC10C111JFFRQ計(jì)數(shù)脈沖清零脈沖CR0Q1JRFFQ11KC13FF1KRFFC1CP2Q1Q1K1J3&用前面介紹的同步時(shí)序邏輯電路分析方法對(duì)該電路進(jìn)行分析。用前面介紹的同步時(shí)序邏輯電路分析方法對(duì)該電路進(jìn)行分析。（1）寫出驅(qū)動(dòng)方程：）寫出驅(qū)動(dòng)方程：10J10KnnQQJ031nQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK 然后將各驅(qū)動(dòng)方程代入然后將各驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得

11、各觸發(fā)器的次態(tài)方程：觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：（2）轉(zhuǎn)換成次態(tài)方程：）轉(zhuǎn)換成次態(tài)方程： 先寫出先寫出JK觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程nnQQJ03110J10KnQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK nnnQKQJQ1nnnnQQKQJQ0000010nnnnnnnnQQQQQQKQJQ10103111111nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ201201222212nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ303012333313（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。設(shè)初態(tài)為設(shè)初態(tài)為Q3 3Q2 2Q1 1Q0 0=0000=0000，代

12、入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，代入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表6.3.56.3.5所示。所示。（4 4）作狀態(tài)圖及時(shí)序圖。）作狀態(tài)圖及時(shí)序圖。2310QQQ Q0000100001000011000100101001010101100111CPQ0Q1Q2Q312345678910（5）檢查電路能否自啟動(dòng)）檢查電路能否自啟動(dòng) 用同樣的分析的方法分別求出用同樣的分析的方法分別求出6種無效狀態(tài)下的次態(tài)，得到完整的種無效狀態(tài)下的次態(tài)，得到完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖?？梢?，該計(jì)數(shù)器能夠自啟動(dòng)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖?？梢?，該計(jì)數(shù)器能夠自啟動(dòng)。 由于電路中有由于電路中有4個(gè)觸發(fā)器，它們的狀態(tài)組合共有個(gè)觸發(fā)器，它們

13、的狀態(tài)組合共有16種。而在種。而在8421BCD碼計(jì)數(shù)器中只用了碼計(jì)數(shù)器中只用了10種，稱為有效狀態(tài)。其余種，稱為有效狀態(tài)。其余6種狀態(tài)種狀態(tài)稱為無效狀態(tài)。稱為無效狀態(tài)。當(dāng)由于某種原因，使計(jì)數(shù)器進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，如果能在時(shí)鐘信號(hào)作當(dāng)由于某種原因，使計(jì)數(shù)器進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，如果能在時(shí)鐘信號(hào)作用下，最終進(jìn)入有效狀態(tài)，我們就稱該電路具有用下，最終進(jìn)入有效狀態(tài)，我們就稱該電路具有自啟動(dòng)自啟動(dòng)能力能力。231 0QQQ Q0000100001000011000100101001010101100111101010111101110011111110有效循環(huán)28421BCD碼異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器碼異步十進(jìn)制加

14、法計(jì)數(shù)器CP2 2= =Q1 1 （當(dāng)（當(dāng)FF1 1的的Q1 1由由1010時(shí)，時(shí)，Q2 2才可能改變狀態(tài)。）才可能改變狀態(tài)。）用前面介紹的異步時(shí)序邏輯電路分析方法對(duì)該電路進(jìn)行分析：用前面介紹的異步時(shí)序邏輯電路分析方法對(duì)該電路進(jìn)行分析：（1 1）寫出各邏輯方程式。）寫出各邏輯方程式。 時(shí)鐘方程：時(shí)鐘方程： CP0 0= =CP （時(shí)鐘脈沖源的下降沿觸發(fā)。）（時(shí)鐘脈沖源的下降沿觸發(fā)。）CP1 1= =Q0 0 （當(dāng)（當(dāng)FF0 0的的Q0 0由由1010時(shí)，時(shí)，Q1 1才可能改變狀態(tài)。才可能改變狀態(tài)。) )CP3 3= =Q0 0 （當(dāng)（當(dāng)FF0 0的的Q0 0由由1010時(shí)，時(shí)，Q3 3才可能改

15、變狀態(tài)才可能改變狀態(tài)) )1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計(jì)數(shù)脈沖清零脈沖QQQQ&1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計(jì)數(shù)脈沖清零脈沖QQQQ&各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程：各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程：10J10KnQJ3111K12J12KnnQQJ12313K（2）將各驅(qū)動(dòng)方程代入）將各驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：器的次態(tài)方程：10J10KnQJ3111K12J12KnnQQJ12313Knnn

16、nQQKQJQ0000010（CP由10時(shí)此式有效） nnnnnQQQKQJQ13111111（Q0由10時(shí)此式有效） nnnnQQKQJQ2222212（Q1由10時(shí)此式有效） nnnnnnQQQQKQJQ312333313（Q0由10時(shí)此式有效） （3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。設(shè)初態(tài)為設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。，代入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。3 3集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器舉例集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器舉例（1 1）84218421BCD碼同步加法計(jì)數(shù)器碼同步加法計(jì)數(shù)器74160741603Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q741604123

17、5671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74160891011121413RD3DDLEPETQ0RCOEPRDDL（2 2）二）二五五十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器7429074290二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為CP1 1，輸出端為，輸出端為Q0 0；五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為CP2 2，輸出端為，輸出端為Q1 1、Q2 2、Q3 3。7429074290包含一個(gè)獨(dú)立的包含一個(gè)獨(dú)立的1 1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)獨(dú)立的異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)獨(dú)立的異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如果將如果將Q0 0與與CP2 2相連，相連，CP1 1作時(shí)鐘脈沖輸入端，作時(shí)鐘脈沖輸入端，Q0 0Q3 3作輸出端，則作輸出端，則為為84218421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。RQC1C1RQC11KCPR1K1J1J1J1J1KQ1KRC1Q&SS&3Q0Q1QQ220(1)