数字电路第6章(3常见时序逻辑电路_计数器)_2

1、第六章 时序逻辑电路6.1 概述概述 6.2 时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法 6.3 若干常用的时序逻辑电路若干常用的时序逻辑电路 6.4 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路的设计方法6.5 时序逻辑电路中的竞争时序逻辑电路中的竞争-冒险现象冒险现象n寄存器寄存器n计数器计数器同步计数器（十六进制、十进制）同步计数器（十六进制、十进制）异步计数器异步计数器任意进制计数器的构成方法任意进制计数器的构成方法移位寄存器型计数器移位寄存器型计数器6.3 若干常用的时序逻辑电路 所谓计数，就是计算输入脉冲的个数。计所谓计数，就是计算输入脉冲的个数。计 数器是实现计数功能的时序部件；几乎任数

2、器是实现计数功能的时序部件；几乎任 何一个数字系统中，都包含计数器。何一个数字系统中，都包含计数器。 计数器的功能：计数器的功能： 计数；定时；分频；数字运算。计数；定时；分频；数字运算。二、计数器二、计数器1 1、概述、概述n按照时钟是否来自同一计数脉冲，可分为：按照时钟是否来自同一计数脉冲，可分为：同步计数器同步计数器异步寄存器异步寄存器n按照计数数值的增减情况，可分为：按照计数数值的增减情况，可分为：加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数器可逆计数器n按照计数进位制不同，可分为：按照计数进位制不同，可分为：二进制计数器二进制计数器十进制计数器十进制计数器任意进制计数器任意进制计

3、数器二、计数器二、计数器2 2、计数器的分类、计数器的分类3、介绍几种计数器、介绍几种计数器n同步计数器同步计数器同步二进制计数器同步二进制计数器同步十进制计数器同步十进制计数器n异步计数器异步计数器 n任意进制计数器任意进制计数器n移位寄存器型计数器移位寄存器型计数器二、计数器二、计数器3.1 同步二进制计数器同步二进制计数器(1)(1)同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器n电路结构电路结构4个个JK触发器构成的触发器构成的T 触发器触发器写出各触发器驱动写出各触发器驱动/ /输出方程输出方程T0=1 , T1=Q0n , T2=Q0nQ1n , T3=Q0nQ1nQ2n n电路分析：电

4、路分析：C =Q0nQ1nQ2nQ3n 3.1 同步二进制计数器同步二进制计数器(1)(1)同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器将驱动方程带入特性方程将驱动方程带入特性方程, ,得到状态方程得到状态方程: :T0=1 , T3=Q0nQ1nQ2nT1=Q0n , T2=Q0nQ1n n电路分析：电路分析：Q0n+1=Q0 , Q1n+1=Q0n + Q1nQ2n+1=(Q0nQ1n) + Q2n Q3n+1=(Q0nQ1n Q2n) + Q3n Qn+1=T + Qn(1)(1)同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器写出状态表写出状态表/ /状态图状态图/ /时序图时序图: :n电路分析

5、：电路分析：Q0n+1=Q0 , Q1n+1=Q0n + Q1nQ2n+1=(Q0nQ1n) + Q2n Q3n+1= =(Q0nQ1n Q2n) + Q3n 计数计数顺序顺序Q3n Q2n Q1n Q0nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1输输出出C C1 10 0 0 00 0 0 00 00 00 01 10 02 20 0 0 10 0 0 10 00 01 10 00 015151 1 1 01 1 1 01 11 11 11 11 116161 1 1 11 1 1 10 00 00 00 00 03.1 同步二进制计数器同步二进制计数器(1)(1)同步二进制加法计数器同步二进

6、制加法计数器写出状态图写出状态图n电路分析：电路分析：3.1 同步二进制计数器同步二进制计数器由状态图可知由状态图可知: :每输入每输入1616个计数脉冲，个计数脉冲，计数器工作一个循环，计数器工作一个循环，并且在输出端并且在输出端C C产生一产生一个进位信号；因此个进位信号；因此, ,该该电路又称为十六进制计电路又称为十六进制计数器数器. .计数器中能计到的最大计数器中能计到的最大数称为计数器的容量数称为计数器的容量,n,n位二进制计数器的容量位二进制计数器的容量等于等于2n-1.2n-1.(1)(1)同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器画出画出时序图时序图: :n电路分析：电路分析：3

7、.1 同步二进制计数器同步二进制计数器由时序图可知由时序图可知: :若时钟脉冲的频率为若时钟脉冲的频率为f0; ;Q0Q3端输出脉冲的频端输出脉冲的频率依次是率依次是f0/2;/2;f0/4,/4,f0/8,/8,f0/16;/16;因此因此, ,称为分频器称为分频器. .器件实例：器件实例：7416174161功能：功能：4 4位同步二进制加法计数器位同步二进制加法计数器D0 D1 D2 D31数据输入端数据输入端4进位输出端进位输出端6异步复位端异步复位端5预置数预置数控制端控制端7工作状工作状态控制端态控制端2电路状态电路状态3电路时钟电路时钟器件实例：器件实例：7416174161CL

8、KRDLDEPET工作状态工作状态0 0置置0 0 1 10 0预置数（同步）预置数（同步）1 11 10 01 1保持（包括保持（包括C C）1 11 10 0保持（保持（C=0C=0） 1 11 11 11 1计数计数预置数功能：预置数功能：触发器的输入触发器的输入JKJK状态由输入状态由输入D D0 0-D-D3 3决定。且决定。且 CLKCLK 时，触发器状态翻转。时，触发器状态翻转。同步功能：同步功能：触发器输入触发器输入JK=00JK=00。CLKCLK 时，触发器状态保持。时，触发器状态保持。计数功能：计数功能：连续输入连续输入1616个个CLKCLK时，在时，在CLKCLK ，

9、电路状态从电路状态从1111计数。且计数。且C=1C=1作为进位输出信号。作为进位输出信号。异步复位功能：异步复位功能：触发器同时被置为触发器同时被置为0 0，不受，不受CLKCLK和输入影响。和输入影响。3.1 同步二进制计数器同步二进制计数器(2)(2)同步二进制同步二进制减法计数器减法计数器n电路结构电路结构4个个JK触发器构成的触发器构成的T 触发器触发器写出各触发器驱动写出各触发器驱动/ /输出方程输出方程T0=1 , T1=Q0n , T2=Q0nQ1n , T3=Q0nQ1nQ2n n电路分析：电路分析：B =Q0nQ1nQ2nQ3n 3.1 同步二

10、进制计数器同步二进制计数器(2)(2)同步二进制减法计数器同步二进制减法计数器将驱动方程带入特性方程将驱动方程带入特性方程, ,得到状态方程得到状态方程: :n电路分析：电路分析：Q0n+1=Q0 , Q1n+1=Q0n + Q1nQ2n+1=(Q0nQ1n) + Q2n Q3n+1=(Q0nQ1n Q2n) + Q3n Qn+1=T + Qn(2)(2)同步二进制减法计数器同步二进制减法计数器写出状态表写出状态表/ /状态图状态图/ /时序图时序图: :n电路分析：电路分析：计数计数顺序顺序Q3n Q2n Q1n Q0nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1输输出出B B1 10 0 0

11、00 0 0 01 11 11 11 11 12 21 1 1 11 1 1 11 11 11 10 00 015150 0 1 00 0 1 00 00 00 01 10 016160 0 0 10 0 0 10 00 00 00 00 03.1 同步二进制计数器同步二进制计数器(2)(2)同步二进制减法计数器同步二进制减法计数器写出状态图写出状态图n电路分析：电路分析：3.1 同步二进制计数器同步二进制计数器（3 3）同步加减计数器）同步加减计数器两种解决方案：两种解决方案：单时钟方式单时钟方式双时钟方式双时钟方式. .单时钟方式：单时钟方式：器件实例器件实例:74LS191:74LS19

12、1（用（用T T触发器）触发器）特点：特点：加加/ /减时钟脉冲用同一输入端减时钟脉冲用同一输入端CLKCLKI I，由加，由加/ /减控制线减控制线U U/D/D的的高低电平决定加高低电平决定加/ /减。减。CLKI ISLDU/D工作状态工作状态1 11 1保持保持0 0预置数预置数 0 01 10 0加计数加计数 0 01 11 1减计数减计数101010TQDUQDUTijjijji)()(当当S S=0,LD=0,LD=1=1时，处于计数状态：时，处于计数状态：预置数控制端预置数控制端. .双时钟方式双时钟方式器件实例：器件实例：74LS19374LS193（采用（采用T T触发器，

13、即触发器，即T=1T=1）DUijjDijjUiCLKCLKCLKQCLKQCLKCLK0101001012QQCLKQQCLKCLKDU3.2 同步十进制计数器同步十进制计数器n基本原理基本原理： 在四位二进制计数器基础上在四位二进制计数器基础上修改，当计到修改，当计到10011001时，则下时，则下一个一个CLKCLK电路状态回到电路状态回到00000000。写出各触发器驱动写出各触发器驱动/ /输出方程输出方程T0=1 , T1=Q0nQ3n , T2=Q0nQ1n , T3=Q0nQ1nQ2n +Q0nQ3n n电路分析：电路分析：C =Q0nQ3n (1)(1)同步十进制加法计数器同

14、步十进制加法计数器3.2 同步十进制计数器同步十进制计数器(1)(1)同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器将驱动方程带入特性方程将驱动方程带入特性方程, ,得到状态方程得到状态方程: :n电路分析：电路分析：Qn+1=T + QnQ0n+1=Q0 , Q1n+1=（Q0nQ3n） + Q1nQ2n+1=(Q0nQ1n) + Q2n Q3n+1=(Q0nQ1nQ2n +Q0nQ3n ) + Q3n (1)(1)同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器写出状态表写出状态表/ /状态图状态图/ /时序图时序图: :n电路分析：电路分析：3.2 同步十进制计数器同步十进制计数器计数计数Q3n Q2

15、n Q1n Q0nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1C C1 10 0 0 00 0 0 00 00 00 01 10 02 20 0 0 10 0 0 10 00 01 10 00 09 91 0 0 01 0 0 01 10 00 01 10 010101 0 0 11 0 0 10 00 00 00 01 111111 0 1 01 0 1 01 10 01 11 10 012121 0 1 11 0 1 10 01 11 10 01 113131 1 0 01 1 0 01 11 10 01 10 014141 1 0 11 1 0 10 01 10 00 01 115151 1

16、 1 01 1 1 01 11 11 11 10 016161 1 1 11 1 1 10 00 01 10 01 1(1)(1)同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器写出状态图写出状态图n电路分析：电路分析：3.2 同步十进制计数器同步十进制计数器能自启动能自启动器件实例：器件实例：7416074160器件实例：器件实例：7416074160CLKRDLDEPET工作状态工作状态0 0置置0 0（异步）（异步） 1 10 0预置数（同步）预置数（同步）1 11 10 01 1保持（包括保持（包括C C）1 11 10 0保持（保持（C=0C=0） 1 11 11 11 1计数计数n基本原理：基本原理： 对二进制减法计数器进对二进制减法计数器进行修改，在行修改，在00000000时减时减“1 1”后跳变为后跳变为1001100