數(shù)字邏輯同步計(jì)數(shù)器實(shí)用教案

二、同步(tóngbù)計(jì)數(shù)器1.同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器1）同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)思想：同步計(jì)數(shù)器中，所有觸發(fā)器的CP端相連，CP的每一個(gè)觸發(fā)沿都會(huì)使所有的觸發(fā)器狀態(tài)更新。因此不能使用T’觸發(fā)器。應(yīng)控制觸發(fā)器的輸入端，即將觸發(fā)器接成T觸發(fā)器。只有(zhǐyǒu)當(dāng)?shù)臀幌蚋呶贿M(jìn)位時(shí)（即低位全1時(shí)再加1），令高位觸發(fā)器的T=1，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)加1。第1頁(yè)/共36頁(yè)第一頁(yè)，共36頁(yè)。二、同步(tóngbù)計(jì)數(shù)器1.同步(tóngbù)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器1）同步(tóngbù)二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器3位二進(jìn)制同步(tóngbù)加法計(jì)數(shù)器選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出方程：時(shí)鐘方程：第2頁(yè)/共36頁(yè)第二頁(yè)，共36頁(yè)。時(shí)序(shíxù)圖FF0每輸入一個(gè)(yīɡè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF1在Q0=1時(shí)，在下一個(gè)(yīɡè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。FF2在Q0=Q1=1時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。第3頁(yè)/共36頁(yè)第三頁(yè)，共36頁(yè)。電路圖由于(yóuyú)沒(méi)有無(wú)效狀態(tài),電路能自啟動(dòng)。推廣(tuīguǎng)到n位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)(qūdònɡ)方程輸出方程第4頁(yè)/共36頁(yè)第四頁(yè)，共36頁(yè)。2）同步(tóngbù)二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)思想：同步(tóngbù)計(jì)數(shù)器中，所有觸發(fā)器的CP端相連，CP的每一個(gè)觸發(fā)沿都會(huì)使所有的觸發(fā)器狀態(tài)更新。因此不能使用T’觸發(fā)器。應(yīng)控制觸發(fā)器的輸入端，即將觸發(fā)器接成T觸發(fā)器。只有當(dāng)?shù)臀幌蚋呶唤栉粫r(shí)（即低位全0時(shí)再減1），令高位觸發(fā)器的T=1，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)減1。為此，只要將二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出由Q端改為端,便成為同步(tóngbù)二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器了。第5頁(yè)/共36頁(yè)第五頁(yè)，共36頁(yè)。3位二進(jìn)制同步(tóngbù)減法計(jì)數(shù)器選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別(fēnbié)用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出(shūchū)方程：時(shí)鐘方程：第6頁(yè)/共36頁(yè)第六頁(yè)，共36頁(yè)。時(shí)序(shíxù)圖FF0每輸入(shūrù)一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF1在Q0=0時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)(dàolái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。FF2在Q0=Q1=0時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。第7頁(yè)/共36頁(yè)第七頁(yè)，共36頁(yè)。電路圖由于沒(méi)有無(wú)效(wúxiào)狀態(tài)，電路能自啟動(dòng)。推廣到n位二進(jìn)制同步(tóngbù)減法計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)(qūdònɡ)方程輸出方程第8頁(yè)/共36頁(yè)第八頁(yè)，共36頁(yè)。3位二進(jìn)制同步(tóngbù)可逆計(jì)數(shù)器設(shè)用U/D表示加減控制信號(hào)，且U/D＝0時(shí)作加計(jì)數(shù)，U/D＝1時(shí)作減計(jì)數(shù)，則把二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程和U/D相與，把減法計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程和U/D相與，再把二者相加，便可得到二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程。輸出(shūchū)方程第9頁(yè)/共36頁(yè)第九頁(yè)，共36頁(yè)。電路圖第10頁(yè)/共36頁(yè)第十頁(yè)，共36頁(yè)。4位集成(jíchénɡ)二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161/163①CR=0時(shí)異步清零。②CR=1、LD=0時(shí)同步置數(shù)。③CR=LD=1且CTT=CTP=1時(shí)，按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)行同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)。④CR=LD=1且CTT·CTP=0時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變。74LS163的引腳排列和74LS161相同，不同之處是74LS163采用(cǎiyòng)同步清零方式。第11頁(yè)/共36頁(yè)第十一頁(yè)，共36頁(yè)。選用4個(gè)CP下降(xiàjiàng)沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，用FF0、FF1、FF2、FF3表示。狀態(tài)圖輸出(shūchū)方程：時(shí)鐘(shízhōng)方程：十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器第12頁(yè)/共36頁(yè)第十二頁(yè)，共36頁(yè)。狀態(tài)方程000111100000×10100×01101××1000××nnQQ23nnQQ01(d)13+nQ的卡諾圖第13頁(yè)/共36頁(yè)第十三頁(yè)，共36頁(yè)。電路圖比較(bǐjiào)得驅(qū)動(dòng)方程將無(wú)效狀態(tài)1010～1111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，可以驗(yàn)證(yànzhèng)在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動(dòng)。第14頁(yè)/共36頁(yè)第十四頁(yè)，共36頁(yè)。第15頁(yè)/共36頁(yè)第十五頁(yè)，共36頁(yè)。十進(jìn)制同步(tóngbù)減法計(jì)數(shù)器選用(xuǎnyòng)4個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，用FF0、FF1、FF2、FF3表示。狀態(tài)圖輸出(shūchū)方程：時(shí)鐘方程：第16頁(yè)/共36頁(yè)第十六頁(yè)，共36頁(yè)。狀態(tài)方程次態(tài)卡諾圖第17頁(yè)/共36頁(yè)第十七頁(yè)，共36頁(yè)。比較(bǐjiào)得驅(qū)動(dòng)方程將無(wú)效狀態(tài)1010～1111分別(fēnbié)代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動(dòng)。電路圖第18頁(yè)/共36頁(yè)第十八頁(yè)，共36頁(yè)。集成十進(jìn)制同步(tóngbù)加法計(jì)數(shù)器74LS160主要功能與74LS161基本相同，只是(zhǐshì)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。功能表和進(jìn)位信號(hào)如下。CO=CTTQ3Q0=Q3Q0第19頁(yè)/共36頁(yè)第十九頁(yè)，共36頁(yè)。2）集成(jíchénɡ)十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS19074190是單時(shí)鐘集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能(gōngnéng)示意圖與74191相同。為異步置數(shù)控制端為計(jì)數(shù)控制端D0~D3為并行數(shù)據(jù)輸入端Q0~Q3為輸出端為加/減計(jì)數(shù)方式控制端CO/BO為進(jìn)位/借位輸出端為行波時(shí)鐘輸出端（1）異步置數(shù)當(dāng)=0時(shí)，與CP無(wú)關(guān)，立即置數(shù)。即D3D2D1D0=d3d2d1d0（2）計(jì)數(shù)功能：=0、=1當(dāng)=0時(shí)，對(duì)應(yīng)CP脈沖(màichōng)上升沿，十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。當(dāng)=1時(shí)，對(duì)應(yīng)CP脈沖(màichōng)上升沿，十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)。（3）保持功能：當(dāng)時(shí)，計(jì)數(shù)器保持原來(lái)的狀態(tài)不變。第20頁(yè)/共36頁(yè)第二十頁(yè)，共36頁(yè)。十進(jìn)制同步(tóngbù)可逆計(jì)數(shù)器集成(jíchénɡ)十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74160、74162的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同，不同的是，74160和74162是十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，而74161和74163是4位二進(jìn)制（16進(jìn)制）同步加法計(jì)數(shù)器。此外，74160和74162的區(qū)別是，74160采用的是異步清零(qīnɡlínɡ)方式，而74162采用的是同步清零(qīnɡlínɡ)方式。十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器用與或門(mén)組合起來(lái)，并用U/D作為加減控制信號(hào)，即可獲得十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。第21頁(yè)/共36頁(yè)第二十一頁(yè)，共36頁(yè)。4）用反饋置數(shù)法獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1）計(jì)數(shù)器的置數(shù)功能(gōngnéng)應(yīng)先將計(jì)數(shù)器起始數(shù)據(jù)預(yù)先置入計(jì)數(shù)器。異步置數(shù)：與時(shí)鐘脈沖CP沒(méi)有任何關(guān)系，只要異步置數(shù)控制端出現(xiàn)置數(shù)信號(hào)，并行數(shù)據(jù)便立刻被置入。同步置數(shù)：輸入端獲得置數(shù)信號(hào)后，只是為置數(shù)創(chuàng)造了條件，還需要再輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器才能將預(yù)置數(shù)置入。N進(jìn)制計(jì)數(shù)器利用集成計(jì)數(shù)器的清零端和置數(shù)端實(shí)現(xiàn)歸零，從而構(gòu)成按自然(zìrán)態(tài)序進(jìn)行計(jì)數(shù)的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。清零、置數(shù)均采用(cǎiyòng)同步方式的有74LS163；清零采用(cǎiyòng)異步方式、置數(shù)采用(cǎiyòng)同步方式的有74LS161、74LS160；第22頁(yè)/共36頁(yè)第二十二頁(yè)，共36頁(yè)。（2）用反饋(fǎnkuì)置數(shù)法獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器用S0，S1，S2，…，SN表示(biǎoshì)輸入0，1，2，…，N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)工作狀態(tài)為N個(gè)：S0，S1，S2,…，SN-1對(duì)于異步置數(shù)：在輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，通過(guò)控制電路，利用狀態(tài)SN產(chǎn)生一個(gè)有效置數(shù)信號(hào)，送給異步置數(shù)控制端，使計(jì)數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)了N進(jìn)制計(jì)數(shù)。對(duì)于同步置數(shù)：在輸入第N-1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，利用狀態(tài)SN-1產(chǎn)生一個(gè)有效置數(shù)信號(hào)，送給同步置數(shù)控制端，等到輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，計(jì)數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)。第23頁(yè)/共36頁(yè)第二十三頁(yè)，共36頁(yè)。反饋置數(shù)法獲得(huòdé)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的步驟A）寫(xiě)出計(jì)數(shù)器狀態(tài)的二進(jìn)制代碼。利用異步置數(shù)輸入端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，寫(xiě)出SN對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼。利用同步置數(shù)輸入端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，寫(xiě)出SN-1對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼。B）寫(xiě)出反饋歸零函數(shù)。根據(jù)SN或SN-1寫(xiě)出置數(shù)端的邏輯表達(dá)式。C）畫(huà)連線(liánxiàn)圖。主要根據(jù)反饋置數(shù)函數(shù)畫(huà)連線(liánxiàn)圖。第24頁(yè)/共36頁(yè)第二十四頁(yè)，共36頁(yè)。例1用74LS163來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（1）寫(xiě)出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（2）求歸零邏輯(luójí)。（3）畫(huà)連線圖。SN-1＝S12-1＝S11＝1011D0～D3可隨意(suíyì)處理D0～D3必須(bìxū)都接0第25頁(yè)/共36頁(yè)第二十五頁(yè)，共36頁(yè)。例2用74LS161來(lái)構(gòu)成(gòuchéng)一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。SN＝S12＝1100D0～D3可隨意(suíyì)處理D0～D3必須(bìxū)都接0SN-1＝S11＝1011第26頁(yè)/共36頁(yè)第二十六頁(yè)，共36頁(yè)。提高(tígāo)歸零可靠性的方法第27頁(yè)/共36頁(yè)第二十七頁(yè)，共36頁(yè)。例3用74LS160實(shí)現(xiàn)(shíxiàn)7進(jìn)制計(jì)數(shù)器解：用同步置數(shù)控制(kòngzhì)端歸零。（思考：若用異步清零端歸零如何實(shí)現(xiàn)？）（1）寫(xiě)出SN-1的二進(jìn)制代碼：SN-1=S7-1=S6=0110（2）寫(xiě)出反饋歸零（置數(shù)）函數(shù)。設(shè)計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，為此，應(yīng)取D3D2D1D0=0000，故（3）畫(huà)連線圖。第28頁(yè)/共36頁(yè)第二十八頁(yè)，共36頁(yè)。同步(tóngbù)大容量N進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器一般沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的進(jìn)位信號(hào)輸出(shūchū)端，通?？梢杂帽炯?jí)的高位輸出(shūchū)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下一級(jí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，即采用串行進(jìn)位方式來(lái)擴(kuò)展容量。同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號(hào)→高位的保持功能控制端（相當(dāng)于觸發(fā)器的T端）。有進(jìn)位時(shí)，高位計(jì)數(shù)功能；無(wú)進(jìn)位時(shí)，高位保持功能。第29頁(yè)/共36頁(yè)第二十九頁(yè)，共36頁(yè)。用2片74LS160實(shí)現(xiàn)(shíxiàn)100進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器低位芯片（1）在計(jì)到9以前，其進(jìn)位輸出CO=Q3Q0=0，高位芯片（2）的CTT=0，保持原狀態(tài)不變。當(dāng)?shù)臀恍酒?）計(jì)到9時(shí)，其輸出CO=1，即高位片的CTT=1，這時(shí)，高位芯片（2）才能接收到CP端輸入的計(jì)數(shù)脈沖。所以(suǒyǐ)，輸入第10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，低位片回到零狀態(tài)，同時(shí)使高位片加1。第30頁(yè)/共36頁(yè)第三十頁(yè)，共36頁(yè)。用2片74LS161實(shí)現(xiàn)(shíxiàn)50進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制數(shù)50對(duì)應(yīng)(duìyìng)的二進(jìn)制數(shù)為00110010。所以，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到50時(shí)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為Q3’Q2’Q1’Q0’Q3Q2Q1Q0=00110010。其反饋歸零函數(shù)為這時(shí)，與非門(mén)輸出低電平0，使兩片74LS161同時(shí)被異步置0，從而實(shí)現(xiàn)了50進(jìn)制計(jì)數(shù)。第31頁(yè)/共36頁(yè)第三十一頁(yè)，共36頁(yè)。同步計(jì)數(shù)器有進(jìn)位或借位輸出端，可以選擇合適的進(jìn)位或借位輸出信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)下一級(jí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。同步計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)的方式有兩種，一種(yīzhǒnɡ)級(jí)間采用串行進(jìn)位方式，即異步方式，這種方式是將低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出直接作為高位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖，異步方式的速度較慢。另一種(yīzhǒnɡ)級(jí)間采用并行進(jìn)位方式，即同步方式，這種方式一般是把各計(jì)數(shù)器的CP端連在一起接統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖，而低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出送高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制端。12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)(jìshù)器（慢速計(jì)