電子技術第12講(計數(shù)器)new

1、1第第12講講第第21章章 時序邏輯電路時序邏輯電路21.3 計數(shù)器計數(shù)器2作用作用: 累計輸入的脈沖個數(shù)，最后給出累計的總數(shù)。累計輸入的脈沖個數(shù)，最后給出累計的總數(shù)。 也可用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等。也可用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等。基本結構基本結構: 由觸發(fā)器和門電路組合而成。由觸發(fā)器和門電路組合而成。基本要求：基本要求： 掌握各類計數(shù)器分析方法及集成計數(shù)器的應用。掌握各類計數(shù)器分析方法及集成計數(shù)器的應用。3按數(shù)值增減趨勢分類按數(shù)值增減趨勢分類:計數(shù)器計數(shù)器加法計數(shù)器加法計數(shù)器減法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器可逆計數(shù)器4按計數(shù)進制分類：按計數(shù)進制分類：計數(shù)器計數(shù)器二進制計數(shù)器二進制計數(shù)

2、器十進制計數(shù)器十進制計數(shù)器按時鐘脈沖輸入方式分類按時鐘脈沖輸入方式分類 ：計數(shù)器計數(shù)器同步計數(shù)器同步計數(shù)器異步計數(shù)器異步計數(shù)器4位二進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換表位二進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0要求要求: 每來一個每來一個CP,計數(shù)器加計數(shù)器加1CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1

3、0 15 1 1 1 1 16 0 0 0 021. 3計數(shù)器計數(shù)器21.3.1 二進制計數(shù)器二進制計數(shù)器6計數(shù)規(guī)律計數(shù)規(guī)律CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 16 0 0 0 0計數(shù)之前輸出全為計數(shù)之前輸出全為0；最低位觸發(fā)器在每來最低位觸發(fā)器

4、在每來一個一個CP翻轉一次；翻轉一次；低位觸發(fā)器由低位觸發(fā)器由10時時,相鄰高位觸發(fā)器狀態(tài)相鄰高位觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生變化。發(fā)生變化?？偟囊?guī)律總的規(guī)律:當本位觸發(fā)當本位觸發(fā) 器的輸出狀態(tài)下跳時器的輸出狀態(tài)下跳時(1 0),相鄰位觸發(fā)器相鄰位觸發(fā)器發(fā)生翻轉。發(fā)生翻轉。71. 異步二進制加法計數(shù)器異步二進制加法計數(shù)器用觸發(fā)器組成計數(shù)器用觸發(fā)器組成計數(shù)器J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nCP下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)例例: 用主從用主從J-K觸發(fā)器組成觸發(fā)器組成異步異步二進制加法計數(shù)器二進制加法計數(shù)器由由JK=11控制觸控制觸發(fā)器翻發(fā)器翻轉計數(shù)轉計數(shù)Qn+1=JQn+KQnQQRDS

5、DJKCP8用用4個主從個主從J-K觸發(fā)器組成觸發(fā)器組成 4位位異步異步二進制加法計數(shù)器二進制加法計數(shù)器R 清清0脈沖脈沖進位脈沖進位脈沖Q0Q1Q2Q3CP計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJK94位位異步異步二進制加法二進制加法計數(shù)器時序圖計數(shù)器時序圖1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPQ0Q1Q2Q3000010001000100011110000異步異步: 各觸發(fā)器不同時翻轉各觸發(fā)器不同時翻轉, 從低位到高位依次翻轉從低位到高位依次翻轉 CP的下降沿的下降沿Q0翻轉翻轉Q0的下降沿的下降沿Q1翻轉翻轉Q1的下降沿的下

6、降沿Q2翻轉翻轉Q2的下降沿的下降沿Q3翻轉翻轉RQ0Q1Q2Q3QRQRSQQCP104位異步二進制加法計數(shù)器位異步二進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換表狀態(tài)轉換表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 16 0 0 0 0每每16 個個CP 循環(huán)一周循環(huán)一周

7、11參照：參照：P314圖圖21.3.3(a)，三位二進制加法計數(shù)器。，三位二進制加法計數(shù)器。CQDQQDQQ0Q1Q2QDQF2F0F1CP的上升沿的上升沿Q0翻轉翻轉Q0的上升沿的上升沿Q1翻轉翻轉Q1的上升沿的上升沿Q2翻轉翻轉1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPQ0Q1Q200010010000011100012CQDQQDQQ0Q1Q2QDQF2F0F1參照：參照： P314圖圖21.3.3(b) ，三位二進制減法計數(shù)器。，三位二進制減法計數(shù)器。CP的上升沿的上升沿Q0翻轉翻轉Q0的上升沿的上升沿Q1翻轉翻轉Q1的上升沿的上升沿Q2翻轉翻轉

8、132. 同步二進制加法計數(shù)器同步二進制加法計數(shù)器同步同步: 每個觸發(fā)器都用同一個每個觸發(fā)器都用同一個CP觸發(fā)，當時鐘脈沖到觸發(fā)，當時鐘脈沖到來時，各觸發(fā)器同時翻轉。來時，各觸發(fā)器同時翻轉。J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nJ-K觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表 加法計數(shù)器的加法計數(shù)器的另一規(guī)律：另一規(guī)律：最低位最低位Q0每來一個鐘脈沖翻轉一次，而其它每來一個鐘脈沖翻轉一次，而其它位在所有低位為位在所有低位為1時，再來一個時時，再來一個時鐘脈沖翻轉一次。由此可推出由鐘脈沖翻轉一次。由此可推出由JKJK觸發(fā)器組成計數(shù)器電路的驅動方程：觸發(fā)器組成計數(shù)器電路的驅動方程： J0=K

9、0=1 J1= K1= Q0n J2= K2= Q0nQ1n 14設計方法設計方法: 用低位的用低位的Q控制高位的控制高位的J、K，決定其翻轉還是不翻轉。決定其翻轉還是不翻轉。 JK00時，不翻轉時，不翻轉(保持原狀保持原狀) JK11時，翻轉時，翻轉J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nJ-K觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表15同步二進制加法計數(shù)器設計同步二進制加法計數(shù)器設計 用維用維阻型阻型J-K觸發(fā)器觸發(fā)器(1) Q0的翻轉：的翻轉： 每來一個每來一個CP，Q0翻轉翻轉 一次一次(2) Q1的翻轉的翻轉: Q0=1時時,再來一個再來一個CP , Q1翻轉一次翻轉一次(3)

10、 Q2的翻轉的翻轉: Q1Q0=11時時,再來一個再來一個 CP,Q2翻轉一次翻轉一次JK=11J,K=Q0J,K=(Q1Q0)(4) Q3的翻轉的翻轉:Q2Q1Q0=111時時,再來一個再來一個CP,Q3翻轉一次翻轉一次J,K=(Q2Q1Q0)QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKR 清清0脈沖脈沖CP&Q1Q0Q0Q1Q2Q3&Q2Q1Q016同步二進制加法計數(shù)器同步二進制加法計數(shù)器QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKR 清清0脈沖脈沖CP&Q1Q0Q0Q1Q2Q3&Q2Q1Q0同步二進制加法計數(shù)器的同步二進制加法計數(shù)器的波形圖波形圖與異步二進制加法計數(shù)器的畫法與異步

11、二進制加法計數(shù)器的畫法相同相同,狀態(tài)轉換表狀態(tài)轉換表也相同，但是也相同，但是.波形圖波形圖174位同步二進制加法計數(shù)器位同步二進制加法計數(shù)器時序圖時序圖1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPQ0Q1Q2Q3000010001000100011110000同步計數(shù)器各觸發(fā)器在同一時刻翻轉同步計數(shù)器各觸發(fā)器在同一時刻翻轉而異步計數(shù)器各觸發(fā)器而異步計數(shù)器各觸發(fā)器翻轉時刻不同翻轉時刻不同,低位的領先低位的領先,高位的滯后高位的滯后, 延遲時間為延遲時間為納秒納秒(ns)級級18CP Q3 Q2 Q1 Q0 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1

12、1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1十十進進制制數(shù)數(shù)的的編編碼碼方方法法例例: 3位十進制數(shù)位十進制數(shù): 100, 用用BCD碼表示碼表示1000001 0000 0000BCD碼碼十進制數(shù)十進制數(shù)21.3.2 十進制計數(shù)器十進制計數(shù)器19異步十進制加法計數(shù)器設計異步十進制加法計數(shù)器設計(用下降沿觸發(fā)的主從用下降沿觸發(fā)的主從J-K

13、觸發(fā)器觸發(fā)器)J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nQQRSJKCP在在CP 時時,根據(jù)根據(jù)JK狀態(tài)狀態(tài)Q變化變化 20(1) CP 時時,Q0翻轉翻轉,JK=11異步十進制加法計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器(用下降沿觸發(fā)的主從用下降沿觸發(fā)的主從J-K觸發(fā)器觸發(fā)器)(2) Q0 時時,Q1翻轉翻轉(3) Q1 時時, Q2翻轉翻轉,JK=11 (4) Q0 時時, Q3翻轉翻轉,且且 Q2Q1=11時時,Q3由由0翻轉成翻轉成1 Q2Q1=00時時,Q3被清成被清成0(5)當當Q3=1(Q3=0)且且Q0 時時,將將Q1清清0R QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRS

14、JKCPQ0Q1Q2Q3&21異步十進制加法計數(shù)器狀態(tài)表異步十進制加法計數(shù)器狀態(tài)表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1根據(jù)根據(jù)JK控制規(guī)律，分析狀態(tài)轉換表控制規(guī)律，分析狀態(tài)轉換表(1) CP 時時,Q0翻轉翻轉,JK=11(2) Q0 時時,Q1翻轉翻轉(3) Q1 時時, Q2翻轉翻轉,JK=11 10 1 0 1 0 0000(5)當當Q3=1(Q3=0)且且Q0 時時,將將Q1清清0(4) Q0 時

15、時, Q3翻轉翻轉,且且 Q2Q1=11時時,Q3由由0翻轉成翻轉成1 Q2Q1=00時時,Q3被清成被清成022異步十進制加法計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器 (用下降沿觸發(fā)的主從用下降沿觸發(fā)的主從J-K觸發(fā)器觸發(fā)器)時序圖時序圖1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CPQ0Q1Q2Q30000100010001000100100001100001010101010111023十進制加法計數(shù)器十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換表狀態(tài)轉換表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0

16、 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 110 0 0 0 0每每10個個CP循環(huán)一周循環(huán)一周24R QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKCPQ0Q1Q2Q3&異步十進制加法計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器2個十進制計數(shù)器組成個十進制計數(shù)器組成1個個100進制計數(shù)器進制計數(shù)器Q3 Q2 Q1 Q0CPR異步十進制加法計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器Q3 Q2 Q1 Q0CPR異步十進制加法計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器Q3 Q2 Q1 Q0CPR異步十進制加法計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器CP進位脈沖進位脈沖個位數(shù)個位數(shù)十位數(shù)十位數(shù)RQ3由由1變成變成0時，向十位數(shù)送一個進位脈沖，時

17、，向十位數(shù)送一個進位脈沖，使十位數(shù)計一個數(shù)，同時個位數(shù)全變成使十位數(shù)計一個數(shù)，同時個位數(shù)全變成00002521.3.3. 任意進制計數(shù)器任意進制計數(shù)器M進制計數(shù)器：進制計數(shù)器：觸發(fā)器內含狀態(tài)組合的個數(shù)。N位二進制計數(shù)器（滿進制計數(shù)器）：位二進制計數(shù)器（滿進制計數(shù)器）：n個觸發(fā)器組成，有2n=M 個計數(shù)狀態(tài)。無效狀態(tài)：無效狀態(tài)：對于非二進制計數(shù)器來說，當有效狀態(tài)數(shù)N和所用觸發(fā)器的位數(shù)n之間存在NM，所以要用所以要用2片片74LS90。一片接成十進制（個位），輸出為一片接成十進制（個位），輸出為QDQCQBQA，另一片接成六進制（十位），輸出為另一片接成六進制（十位），輸出為QCQBQA。41數(shù)字

18、電子秒表計數(shù)、譯碼及顯示電路數(shù)字電子秒表計數(shù)、譯碼及顯示電路 42總結總結: 用一片用一片74LS290設計設計N進制計數(shù)器的一般方法進制計數(shù)器的一般方法第第N個個CP脈沖后，由輸出端的脈沖后，由輸出端的“1”去控制清去控制清0端端R0(1)、R0(2)，將輸出端全部清，將輸出端全部清0（清零法）（清零法）練習練習1: 下圖是幾進制計數(shù)器下圖是幾進制計數(shù)器?答答: 8進制進制QD QC QB QAS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CPB CPACP74LS290輸出端狀態(tài)輸出端狀態(tài)的變化范圍的變化范圍:0000011143練習練習2: 下圖是幾進制計數(shù)器下圖是幾進制計數(shù)器?答答: 7進制

19、進制QD QC QB QAS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CPB CPACP&74LS2904474161計數(shù)器：計數(shù)器：4位二進制同步加法計數(shù)器位二進制同步加法計數(shù)器 清零清零置數(shù)置數(shù)使使 能能時鐘時鐘置置 數(shù)數(shù) 輸輸 入入輸出輸出RDLDEP ETCPDCBAQDQCQBQA0000010DCBADCBA110保保 持持110保持保持 RCO=01111計計 數(shù)數(shù)4574161計數(shù)器四種工作方式計數(shù)器四種工作方式異步清零：異步清零：RD=O ，QDQCQBQA =0000，清零不受時，清零不受時鐘控制。鐘控制。 同步并行置數(shù)同步并行置數(shù) ：RD=1，LD=0，CP ， QDQCQB

20、QA=DCBA。計數(shù)計數(shù) ：RD=LD=ET=EP=1 ，CP ，實現(xiàn)四位二進制，實現(xiàn)四位二進制計數(shù)計數(shù) ，當，當QDQCQBQA=1111，進位輸出，進位輸出RCO=ETQDQCQBQA =1。保持保持 ：RD= LD=1，ETEP=0 ，輸出不變。若，輸出不變。若EP=0，ET=l， RCO不變，若不變，若ET=0， RCO=0。應用應用 利用利用74161清零方式和置數(shù)方式可以實現(xiàn)模清零方式和置數(shù)方式可以實現(xiàn)模大于或小于芯片模數(shù)大于或小于芯片模數(shù)M的的N進制計數(shù)器。進制計數(shù)器。 （1）利用清零方式，用）利用清零方式，用74161構成九進制計數(shù)構成九進制計數(shù)器。器。47（2）利用）利用74

21、161的置數(shù)方式，設計九進制計的置數(shù)方式，設計九進制計數(shù)器。數(shù)器。 解：方法一：利用解：方法一：利用置數(shù)方式，舍掉計置數(shù)方式，舍掉計數(shù)序列最后幾個狀數(shù)序列最后幾個狀態(tài)，構成九進制計態(tài)，構成九進制計數(shù)器。數(shù)器。10001000QDQCQBQA001000100111011100000000000100010011001101000100010101010110011048（2）利用）利用74161的置數(shù)方式（方法一）的置數(shù)方式（方法一）利用與非門對第九個利用與非門對第九個輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)1000譯碼，譯碼，產(chǎn)生置數(shù)控制信號產(chǎn)生置數(shù)控制信號0并送至并送至LD端，置數(shù)的端，置數(shù)的輸入數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)為

22、0000。這。這樣，在下一個時鐘脈樣，在下一個時鐘脈沖正跳沿到達時，計沖正跳沿到達時，計數(shù)器置入數(shù)器置入0000狀態(tài)，狀態(tài)，舍掉舍掉1001100111111111七個七個狀態(tài)，使計數(shù)器按九狀態(tài)，使計數(shù)器按九進制計數(shù)。進制計數(shù)。 10001000QDQCQBQA001000100111011100000000000100010011001101000100010101010110011049利用利用74161的置數(shù)方式（方法二）的置數(shù)方式（方法二）舍掉計數(shù)序列最前舍掉計數(shù)序列最前幾個狀態(tài)，構成九幾個狀態(tài)，構成九進制計數(shù)器。進制計數(shù)器。從從1111開始倒數(shù)，開始倒數(shù)，第第9個狀態(tài)是個狀態(tài)是011

23、1。所以利用與非門將所以利用與非門將進位信號進位信號RCO譯碼，譯碼，送至送至LD端，置數(shù)端，置數(shù)輸入為輸入為0111。01110111QDQCQBQA101010101111111110001000100110011011101111001100110111011110111050計數(shù)器從計數(shù)器從0111開始加開始加1計數(shù)，當?shù)谟嫈?shù)，當?shù)?個時鐘個時鐘脈沖脈沖CP作用后電路到作用后電路到達達1111狀態(tài)，此時狀態(tài)，此時RCO=ETQDQCQBQA =1，LD=0，在，在第第9個個CP脈沖作用后，脈沖作用后，QDQCQBQA被置成被置成0111狀態(tài)，電路進入狀態(tài)，電路進入新的一輪計數(shù)周期。新的一輪計數(shù)周期。 01110111QDQCQBQA10101010111111111000100010011001101