數(shù)字電路和邏輯設計

計算機與通信工程系第十八、十九講計數(shù)器及其應用數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯——計數(shù)器一、計數(shù)器概念二、計數(shù)器分類三、典型芯片功能及應用計數(shù)器

1．什么是計數(shù)器？

廣義地說，計數(shù)器是一種能在輸入信號作用下依次通過預定狀態(tài)的時序邏輯電路。就常用的集成電路計數(shù)產品而言，可以對其定義如下：

計數(shù)器：是一種對輸入脈沖進行計數(shù)的時序邏輯電路，被計數(shù)的脈沖信號稱作“計數(shù)脈沖”。常用中規(guī)模時序邏輯電路數(shù)字系統(tǒng)中最典型的時序邏輯電路是計數(shù)器和寄存器。

2．計數(shù)器的種類

計數(shù)器的種類很多，通常有不同的分類方法。

(1)按其工作方式可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；

(2)按其進位制可分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和任意進制計數(shù)器；

(3)按其功能又可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和加/減可逆計數(shù)器等。

3．功能

一般具有計數(shù)、保存、清除、預置等功能。第七章中規(guī)模通用集成電路及其應用計數(shù)器在運行時，所經(jīng)歷的狀態(tài)是周期性的，總是在有限個狀態(tài)中循環(huán)，通常將一次循環(huán)所包含的狀態(tài)總數(shù)稱為計數(shù)器的“?！?。

1．74193的管腳排列圖及邏輯符號

典型芯片

---四位二進制同步可逆計數(shù)器74193

74193管腳排列圖及邏輯符號分別如圖(a)、(b)所示。

2．引腳功能

（一）4位二進制同步加法計數(shù)器芯片74X161引腳分布邏輯符號帶引腳名的邏輯符號一、常用中規(guī)模計數(shù)器芯片第五節(jié)常用中規(guī)模計數(shù)器芯片及應用內部邏輯電路圖簡化符號74X161的功能表異步清零，同步置數(shù)（二）4位二進制同步加法計數(shù)器芯片74X163引腳分布邏輯符號帶引腳名的邏輯符號簡化符號同步清零（三）4位二進制同步可逆計數(shù)器芯片74X191引腳分布邏輯符號帶引腳名的邏輯符號簡化符號74X191的功能表沒有清零，異步置數(shù)（四）4位二進制同步可逆計數(shù)器芯片74X19374X193的功能表異步清零，異步置數(shù)（五）8421BCD碼同步加法計數(shù)器74X160芯片74X160的功能表（六）二-五-十進制異步加法計數(shù)器74X29074X290內部邏輯電路圖74X290的功能表二進制狀態(tài)圖五進制狀態(tài)圖8421碼十進制邏輯電路圖5421碼十進制邏輯電路圖幾種集成計數(shù)器的比較二、集成計數(shù)器的應用*（一）計數(shù)器容量擴展*（二）組成任意進制計數(shù)器（三）組成分頻器（四）組成序列信號發(fā)生器（五）組成順序脈沖發(fā)生器

（一）計數(shù)器容量擴展將多個計數(shù)器進行級聯(lián)，就可以擴大計數(shù)范圍。如：m個模N計數(shù)器級聯(lián)，可以實現(xiàn)Nm的計數(shù)器。

計數(shù)器級聯(lián)的方式有兩種：

1、級間串聯(lián)進位方式—異步級聯(lián)方式

2、級間并聯(lián)進位方式—同步級聯(lián)方式（一）計數(shù)器容量擴展1.同步級聯(lián)方式兩片74X161同步級聯(lián)組成8位二進制加法計數(shù)器的邏輯電路圖2.異步級聯(lián)方式（1）兩片74X161異步級聯(lián)構成256進制計數(shù)器時序圖（2）兩片74X193異步級聯(lián)構成256進制計數(shù)器時序圖（3）兩片74X290異步級聯(lián)構成100進制計數(shù)器時序圖（二）組成任意進制計數(shù)器

實際應用中，可以用現(xiàn)有的二進制或十進制計數(shù)器，利用其清零端或預置數(shù)端，外加適當?shù)拈T電路連接而成。方法有兩種：1、反饋清零法

2、反饋置數(shù)法

用模N的計數(shù)器構成任意模值的M計數(shù)器1.若M<N，只需一片N進制計數(shù)器，使計數(shù)器在N進制的計數(shù)過程中，跳過N-M個狀態(tài)即可。2.若M>N，需要多片N進制計數(shù)器級聯(lián)，同步級聯(lián)或異步級聯(lián)，然后再用反饋清零或反饋置數(shù)法構成M進制計器。1.反饋清零法-適用于有清零輸入端的集成計數(shù)器（1）同步反饋清零法例5-13用集成計數(shù)器74X163和必要的門電路組成6進制計數(shù)器，要求使用反饋清零法。時序圖（2）異步反饋清零法例5-14用集成計數(shù)器74X161和必要的門電路構成6進制計數(shù)器，要求使用反饋清零法。1.反饋清零法時序圖完整狀態(tài)轉換圖2.反饋置數(shù)法—適用于有預置功能的集成計數(shù)器（1）同步反饋置數(shù)法例5-15用集成計數(shù)器74X160和必要的門電路組成7進制計數(shù)器，要求該電路的有效狀態(tài)是Q3Q2Q1Q0按“加1”的順序從0011到1001循環(huán)變化。時序圖完整狀態(tài)轉換圖用RCO端來實現(xiàn)（2）異步反饋置數(shù)法例5-16用集成計數(shù)器74X193和必要的門電路組成10進制計數(shù)器，要求用反饋置數(shù)法實現(xiàn)。邏輯電路圖完整的狀態(tài)圖例5-17用74X160組成48進制計數(shù)器。整體反饋清零法將高位片的Q2和低位片的Q3通過與非門接至兩芯片的清零端大模分解法：

將M分解為多個因數(shù)相乘（每個因數(shù)小于單片計數(shù)器的最大值），可先用n片計數(shù)器分別組成模值為M1、M2、…、Mn的計數(shù)器，然后再級聯(lián)成M=M1M2….

Mn的計數(shù)器。（三）組成分頻器解：因為32768=215，經(jīng)15級二分頻，就可獲得頻率為1Hz的脈沖信號。因此將四片74161級聯(lián)，從高位片（4）的Q2輸出即可。例

某石英晶體振蕩器輸出脈沖信號的頻率為32768Hz，用74161組成分頻器，將其分頻為頻率為1Hz的脈沖信號。（四）組成序列信號發(fā)生器序列信號——在時鐘脈沖作用下產生的一串周期性的二進制信號。例：用74161及門電路構成序列信號發(fā)生器。其中74161與G1構成了一個模5計數(shù)器。由于

因此，這是一個01010序列信號發(fā)生器，序列長度P=5。用計數(shù)器輔以數(shù)據(jù)選擇器可以方便地構成各種序列發(fā)生器。構成的方法如下：第一步構成一個模P計數(shù)器；第二步選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)選擇器，把欲產生的序列按規(guī)定的順序加在數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端，把地址輸入端與計數(shù)器的輸出端適當?shù)剡B接在一起。例

試用計數(shù)器74161和數(shù)據(jù)選擇器設計一個01100011序列發(fā)