数字电路和逻辑设计

计算机与通信工程系第十八、十九讲计数器及其应用数字逻辑数字逻辑——计数器一、计数器概念二、计数器分类三、典型芯片功能及应用计数器

1．什么是计数器？

广义地说，计数器是一种能在输入信号作用下依次通过预定状态的时序逻辑电路。就常用的集成电路计数产品而言，可以对其定义如下：

计数器：是一种对输入脉冲进行计数的时序逻辑电路，被计数的脉冲信号称作“计数脉冲”。常用中规模时序逻辑电路数字系统中最典型的时序逻辑电路是计数器和寄存器。

2．计数器的种类

计数器的种类很多，通常有不同的分类方法。

(1)按其工作方式可分为同步计数器和异步计数器；

(2)按其进位制可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；

(3)按其功能又可分为加法计数器、减法计数器和加/减可逆计数器等。

3．功能

一般具有计数、保存、清除、预置等功能。第七章中规模通用集成电路及其应用计数器在运行时，所经历的状态是周期性的，总是在有限个状态中循环，通常将一次循环所包含的状态总数称为计数器的“模”。

1．74193的管脚排列图及逻辑符号

典型芯片

---四位二进制同步可逆计数器74193

74193管脚排列图及逻辑符号分别如图(a)、(b)所示。

2．引脚功能

（一）4位二进制同步加法计数器芯片74X161引脚分布逻辑符号带引脚名的逻辑符号一、常用中规模计数器芯片第五节常用中规模计数器芯片及应用内部逻辑电路图简化符号74X161的功能表异步清零，同步置数（二）4位二进制同步加法计数器芯片74X163引脚分布逻辑符号带引脚名的逻辑符号简化符号同步清零（三）4位二进制同步可逆计数器芯片74X191引脚分布逻辑符号带引脚名的逻辑符号简化符号74X191的功能表没有清零，异步置数（四）4位二进制同步可逆计数器芯片74X19374X193的功能表异步清零，异步置数（五）8421BCD码同步加法计数器74X160芯片74X160的功能表（六）二-五-十进制异步加法计数器74X29074X290内部逻辑电路图74X290的功能表二进制状态图五进制状态图8421码十进制逻辑电路图5421码十进制逻辑电路图几种集成计数器的比较二、集成计数器的应用*（一）计数器容量扩展*（二）组成任意进制计数器（三）组成分频器（四）组成序列信号发生器（五）组成顺序脉冲发生器

（一）计数器容量扩展将多个计数器进行级联，就可以扩大计数范围。如：m个模N计数器级联，可以实现Nm的计数器。

计数器级联的方式有两种：

1、级间串联进位方式—异步级联方式

2、级间并联进位方式—同步级联方式（一）计数器容量扩展1.同步级联方式两片74X161同步级联组成8位二进制加法计数器的逻辑电路图2.异步级联方式（1）两片74X161异步级联构成256进制计数器时序图（2）两片74X193异步级联构成256进制计数器时序图（3）两片74X290异步级联构成100进制计数器时序图（二）组成任意进制计数器

实际应用中，可以用现有的二进制或十进制计数器，利用其清零端或预置数端，外加适当的门电路连接而成。方法有两种：1、反馈清零法

2、反馈置数法

用模N的计数器构成任意模值的M计数器1.若M<N，只需一片N进制计数器，使计数器在N进制的计数过程中，跳过N-M个状态即可。2.若M>N，需要多片N进制计数器级联，同步级联或异步级联，然后再用反馈清零或反馈置数法构成M进制计器。1.反馈清零法-适用于有清零输入端的集成计数器（1）同步反馈清零法例5-13用集成计数器74X163和必要的门电路组成6进制计数器，要求使用反馈清零法。时序图（2）异步反馈清零法例5-14用集成计数器74X161和必要的门电路构成6进制计数器，要求使用反馈清零法。1.反馈清零法时序图完整状态转换图2.反馈置数法—适用于有预置功能的集成计数器（1）同步反馈置数法例5-15用集成计数器74X160和必要的门电路组成7进制计数器，要求该电路的有效状态是Q3Q2Q1Q0按“加1”的顺序从0011到1001循环变化。时序图完整状态转换图用RCO端来实现（2）异步反馈置数法例5-16用集成计数器74X193和必要的门电路组成10进制计数器，要求用反馈置数法实现。逻辑电路图完整的状态图例5-17用74X160组成48进制计数器。整体反馈清零法将高位片的Q2和低位片的Q3通过与非门接至两芯片的清零端大模分解法：

将M分解为多个因数相乘（每个因数小于单片计数器的最大值），可先用n片计数器分别组成模值为M1、M2、…、Mn的计数器，然后再级联成M=M1M2….

Mn的计数器。（三）组成分频器解：因为32768=215，经15级二分频，就可获得频率为1Hz的脉冲信号。因此将四片74161级联，从高位片（4）的Q2输出即可。例

某石英晶体振荡器输出脉冲信号的频率为32768Hz，用74161组成分频器，将其分频为频率为1Hz的脉冲信号。（四）组成序列信号发生器序列信号——在时钟脉冲作用下产生的一串周期性的二进制信号。例：用74161及门电路构成序列信号发生器。其中74161与G1构成了一个模5计数器。由于

因此，这是一个01010序列信号发生器，序列长度P=5。用计数器辅以数据选择器可以方便地构成各种序列发生器。构成的方法如下：第一步构成一个模P计数器；第二步选择适当的数据选择器，把欲产生的序列按规定的顺序加在数据选择器的数据输入端，把地址输入端与计数器的输出端适当地连接在一起。例

试用计数器74161和数据选择器设计一个01100011序列发