第十六、十七讲 计数器

1、 本次授课内容与重难点 内 容： 重 点： 6.5.2计数器 1.运用EWB计算机仿真平台，通过对功能表的验 证，理解集成计数器的功能表和使用方法。 2.掌握用集成计数器构成任意进制计数器的设计思 路。并由仿真实验验证设计的结果。 难 点：MN时如何构成任意进制计数器 计数器的基本概念 计数的对象：计数的对象： 计数的结果：计数的结果： 时钟脉冲时钟脉冲 CP 的个数的个数 用用N位触发器输出位触发器输出QN-1Q0的状态表示的状态表示 计数器的结构：计数器的结构： 主要由主要由N位触发器组成位触发器组成 计数器计数器 模模16加计数器：加计数器：0000000100101111 CP Q1

2、Q2 Q0 Q3 计数脉冲计数脉冲 计数结果计数结果 计数器的计数容量、长度、进制、模(M): 计数器能记忆的输入脉冲数，即电路的不重复状态数计数器能记忆的输入脉冲数，即电路的不重复状态数 8进制计数器：进制计数器： 8M 00001111 /1（进位）（进位） 4 位二进制（位二进制（16进制）加计数器：进制）加计数器： 000111 /1 （进位）（进位） 1624 M 十进制计数器：十进制计数器： 10M 00001001 /1（进位）（进位） 计数器的分类 按脉冲输入方式，分为同步和异步计数器按脉冲输入方式，分为同步和异步计数器 按进位体制，分为二进制、十进制和任意进制计数器按进位体制

3、，分为二进制、十进制和任意进制计数器 按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器 计数器的逻辑功能 计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数。计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数。 也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列 (1) 异步二进制计数器异步二进制计数器74HC393 -4位异步二进制加法计数器位异步二进制加法计数器 1、 二进制计数器二进制计数器 典型集成计数器 （2）同步二进制计数器：同步二进制计数器： 74HC161 - 4位二进制同步加计数器位二进制同步加计数器 （1）中规模集成电路74HC39

4、3 双4位异步二进制计数器，每级触发器的传输延迟时间 典型值为6ns。 74HC393的逻辑符号和引脚图的逻辑符号和引脚图 计数脉冲计数脉冲 计数脉冲计数脉冲 清零清零 清零清零 00001111 /1（进位）（进位） 在EWB库中找出 74393 （四位异步二进制加计数器）连接成电路， 研究其清零、模16计数功能。 EWB仿真演示仿真演示 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Q1 1 1 0 0 1

5、 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 Q3 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 结论结论: CPQ ff 2 1 0 CPQ ff 4 1 1 CPQ ff 8 1 2 计数器的功能：不仅可以计数也可作为分频器计数器的功能：不仅可以计数也可作为分频器。 CPQ ff 16 1 3 4位异步二进制计数器的时序图 讨论：讨论：计数器与分频器有什么区别？计数器与分频器有什么区别？ Q 0 CP Q 1 Q 2 Q 3 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 9 10 1

6、1 12 13 14 15 16 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1tpd 2tpd 3tpd 4tpd 4tpd 讨论：讨论：如每个触发器都有如每个触发器都有1tpd的延时，电路会出现什么问题？的延时，电路会出现什么问题？ 异步计数脉冲异步计数脉冲CP的周期的周期 TCPN tpd。（。（N为位数）为位数） 各触发器翻转时间有延迟，可能出现瞬间逻辑错误各触发器翻转时间有延迟，可能出现瞬间逻辑错误 。 如由如由01111000，要经，要经0110，01

7、00，0000才到才到1000 (2)典型集成计数器74LVC161 74LVC系列特点：低压CMOS，电源电压1.2V3.6V,延迟时间3.9ns 161功能：同步四位二进制（模16） 加计数器。 阅读理解292页74161功能表。 用EWB仿真研究161的功能。 读计数器功能表关注要点： 1.模几？ 2.计数方式：加/减/可逆？ 3.CP的有效边沿？ 4.使能信号及其有效电平？ 5.进位信号的波形及有效边沿？ 1.有无清零端？ 有效电平？同步/异步？ 2.有无预置数端？ 有效电平？同步/异步？ 74LVC161（74LS161）逻辑功能表）逻辑功能表 CR的作用？的作用？PE的作用？的作用

8、？ CEP,CET 进位进位TC， TC在输出为在输出为1111时，且时，且CTE=1时，输出正脉冲时，输出正脉冲 即：进位时，计数满即：进位时，计数满16时，时，TC输出输出 。 #：TC=CETQ3Q2Q1Q0 用用EWB研究：研究： 异步清零 （CR=0，与CP无关) w小结小结161161计数器功能：计数器功能： 计数计数 （CETCEP=1时）时） 同步并行预置数同步并行预置数(PE=0且且CP） 有有进位输出进位输出TC （最大值时输出高电平（最大值时输出高电平,进位时产生进位时产生） 数据保持数据保持（CETCEP=0时时） 有使能输入有使能输入CET、CEP，便于控制、扩展。，

9、便于控制、扩展。 Q0 CP Q1 Q2 Q3 1tpd 各触发器输出比CP作用时间滞后一个tpd,速度较高 (2)(2)时序图时序图 CR PE CP CEP CET Q0 Q1 Q2 Q3 TC 计计数数 保保持持 异异步步清清零零 同同步步预预置置 D3 D0 D1 D2 TC=CETQ3Q2Q1Q0 例6.5.1 试用74LVC161构成模216的同步二进制计数器。 模216=24242424=65536 161:模计数器； 需几块161？ 几块161如何连接？ 讨论： 设计的思路？ 4块 串接级连 （1）同步，CP相同； （2）低位的进位TC作相邻高位的使能CEP； （3）为提高抗干

10、扰能力和速度，最低位的TC作各高位的另一使能信号CET. （思考原因，为什么？） 例例6.5.1 试用试用74LVC161构成模构成模216的同步二进制计数器。的同步二进制计数器。 LD PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC0 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 CE CLK RESET PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC1 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D4 D5 D6 D7 Q4 Q5 Q6 Q7 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC2 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D

11、8 D9 D10 D11 Q11 Q8 Q9 Q10 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D12 D13 D14 D15 Q15 Q12 Q13 Q14 设已有设已有M进制的集成计数器，要构成任意进制的集成计数器，要构成任意N进制计数器进制计数器 （2） MN, , 需多片级联。需多片级联。 （1）M N, 只需只需1片片M进制的集成计数器，进制的集成计数器， 设法跳过多余状态。设法跳过多余状态。 构成的思路是： 从0N-1正常计数，逢N进位，计数器回0 如何构成小于M的任意N进制计数器？ 1）反馈清零法： 2）反馈置数法： 实现的方

12、法： 由输出Q逢N产生归零信号 CR（RD ） 清零 预置0 由Q逢N产生归零信号 PE（LD ）清零 如何实现 逢N产生归零信号？ 1 1）反馈清零法：反馈清零法： 由输出由输出Q逢逢N产生归零信号产生归零信号 CR（RD ） 清零清零 解：解：九进制九进制9个状态，个状态，161异步清零异步清零。当。当CP9来到时产生来到时产生0， 送至送至CR，则可实现模，则可实现模9计数器。计数器。 例例 用用74LVC161构成九进制加计数器。构成九进制加计数器。 当当S9=Q3Q2Q1Q0=1001 RD=0得归零表达式：得归零表达式： 03Q QCR 0010 0110 0000 0101 01

13、00 0011 0001 1000 0111 1001 Q3Q2Q1Q0 例：用例：用7416174161构成构成6 6进制计数器进制计数器 & 对对异步异步清零（置数），反馈信号（与非门的输入）是清零（置数），反馈信号（与非门的输入）是N的二进的二进 制代码中制代码中为为1的的Q端。与非门起译码的作用，只对端。与非门起译码的作用，只对SN出出0。 7416174161是是M16 6，异步清零，异步清零，同步置数，同步置数，欲构欲构N=6N=6。 S6=Q3Q2Q1Q0=0110 RD=0；取输出为；取输出为1的的Q端作反馈信号端作反馈信号 写归零表达式：写归零表达式： 12Q QRD 画反馈

14、清零电路图：画反馈清零电路图： 用异步清零端构成：用异步清零端构成： 2 2）反馈置数法：反馈置数法： 预置预置0 由由Q逢逢N-1产生预置信号产生预置信号 PE送预置送预置0 为什么逢为什么逢N-1产生预置信号？产生预置信号？ 161是同步预置，当是同步预置，当PE=0,且且CP有效才送预置数有效才送预置数 在在CPN-1后由后由Q产生产生PE=0，到，到CPN时预置数才能送出时预置数才能送出 对同步置数（清零），计数终值是对同步置数（清零），计数终值是N-1。 C P CET CEP CR PE TC D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 1 C P 74LVC161 1 1 1

15、 0010 0110 0000 0101 0100 0011 0001 1000 0111 Q3Q2Q1Q0 例：用反馈置数法构成九进制加计数器。例：用反馈置数法构成九进制加计数器。 解：解：N=9，N-1=8，Q3Q2Q1Q0=1000，PE=Q3 以以 M-N（同步预置）为预置初始值，由进位（同步预置）为预置初始值，由进位TC作作PE，到，到M 的终值（的终值（1111有进位）时归初态。（去前留后）。有进位）时归初态。（去前留后）。 反馈置数法反馈置数法（去前留后）（去前留后） C P CE T CE P CR PE TC D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 1 C P 74L

16、VC161 1 1 1 1 1 1 例：用例：用161采用去前留后反馈预置法构成九进制计数器采用去前留后反馈预置法构成九进制计数器 求初始值：求初始值：S0=16-9=7；预置数；预置数D3D2D1D0=0111 进位进位TCPE（送预置数）（送预置数） TC为何要加非门？为何要加非门？ TC是正脉冲输出是正脉冲输出 PE是低电平有效是低电平有效 例如：2片16进制计数器级联后模数为162=256。 级联的方法有级联的方法有2 2种：种： 同步计数： 各片CP相同，低位进位信号TC作高位的使能信号。 异步计数： 计数脉冲只作低位的CP，低位进位信号TC作高位的CP 先级联得M=M1M2N进制

17、在M进制基础上，再用整体反馈清零或反馈置数法 构成任意进制。 例4. 用74160组成48进制计数器。 整体反馈法整体反馈法（清零；置数）（清零；置数） 如果改用如果改用7416174161（M=16）组成组成4848进制计数器，进制计数器， 仍用整体反馈异步清零法，归零方程是否有改变？仍用整体反馈异步清零法，归零方程是否有改变？ 对模对模10，个位、十位分别取相应的，个位、十位分别取相应的BCD输出构成整体反馈信号。输出构成整体反馈信号。 画反馈连线图。画反馈连线图。 分析：分析：161是是M=16；需；需N=48 10 ，用，用2片级联，先构成片级联，先构成 M=162=256的计数器（采

18、用并行进位）的计数器（采用并行进位） 。 用整体反馈异步清零法组成用整体反馈异步清零法组成48进制计数器：进制计数器： 写终值的二进制代码写终值的二进制代码 因因161是异步清零，故终值为是异步清零，故终值为SN=48， 但但161是模是模16计数器，计数器，2片并非个位、十位，而是片并非个位、十位，而是16进制（二进制（二 进制）的进位关系，要用进制）的进位关系，要用16进制进制2进制进制表示，故：表示，故： SN=30H=0011，0000； 写归零方程：写归零方程：由由SN=0011，0000；RD=0 归零方程：归零方程： 2021 QQRD 例5：用74161组成48进制计数器。 0212 QQRD 画反馈连线图。归零方程：画反馈连线图。归零方程： 用用74161的异步清零端构成的的异步清零端构成的48进制计数器进制计数器 （1 1）工作原理）工作原理 1D Q 0 D SI CP 1D 1D 1D Q 1 Q 2 Q 3 Q 3 Q0 Q 1 Q 0 D SO FF 0 FF 1 FF 2 FF3 置初态置初态Q3Q2Q1Q0=0001， 基本环形计数器基本环形计数器 0001 0010 0100 1000 Q3Q2Q1Q0 状态图状态图 第一个第一个