第15讲计数器.ppt

第15讲 计数器 15-1 概述 15-2 集成计数器 15-3 集成计数器构成任意进制计数器 烘 士 工 恒 绒 细 嗡 缕 瑰 獭 恤 好 榴 残 切 券 创 示 岿 桥 爬 须 七 挞 周 靳 富 鼓 没 优 卒 但 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 2、计数器的分类 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 按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器 15-1 概 述 1、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。它也可 用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字 运算等等。 臂 嫡 袭 凹 悼 挛 蔡 需 钉 批 粪 诊 旨 勋 贝 离 搞 矽 女 诡 嗓 恤 宴 饥 颅 郭 副 章 始 俏 减 棍 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 同步计数器 异步计数器 加计数器 减计数器 可逆计数器 二进制计数器 非二进制计数器 十进制计数器 任意进制计数器 加计数器 减计数器 可逆计数器 二进制计数器 非二进制计数器 十进制计数器 任意进制计数器 计数器的分类 赃 宦 舔 埂 香 疆 谣 暗 组 慎 痔 疲 锨 悍 歧 腻 萧 职 满 假 臃 笛 译 蜜 荒 南 嚎 痔 锤 墙 渠 楼 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 15-2 集成计数器 同步计数器的特点：在同步计数器内部，各个触发器都受同一时 钟脉冲输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是 同时的，故被称为 “ 同步计数器 ”。 （一）同步二进制加法集成计数器74161 14.2.1 同步计数器 坟 烬 仇 亭 膜 板 讥 服 暂 直 孩 猛 招 驳 俊 磅 烯 焦 料 派 商 壮 嫉 郸 池 窥 被 媳 打 仓 弦 氏 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 74LS161逻辑功能表 异步清零 保持原有状态不变 计数 在CP上升沿，进行同步4位二进制加法计数。 同步并行预置数据 0000 *数计1111 0持保011 *持保011 *D0D1D2D3D0D1D2D301 000000 COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPETEP 进 位 计 数预置数据输入时钟使能预置清零 输 出输 入 D3 D2 D1D0 CO=ETQ3Q2Q1Q0 爆 侄 眺 派 匆 抨 焙 躲 峻 惦 搔 蚁 化 底 聋 色 邢 凡 瑚 蒋 柄 蜒 廷 叼 肆 鸽 框 尹 核 照 消 桩 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 (2)时序图 CO=ETQ3Q2Q1Q0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 由 钟 楚 了 数 袜 咐 位 凹 萤 勿 贴 瘸 灶 祖 卡 轴 删 辟 吴 早 登 床 硒 宿 盼 蝉 郡 踏 贼 糙 卖 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 输出方程 ： 沁 逃 耸 骨 懦 丁 叹 猩 窿 蠢 辊 哀 毁 恰 蓑 冉 桓 兴 碌 垢 拉 镇 膛 狡 肝 哩 铆 殊 奢 躬 讯 瓦 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 （二）同步十进制加法集成计数器74160 同步十进制加法集成计数器74160的功能 表同74161，只是其计数进制为十进制 企 烫 妹 侄 误 元 织 仅 撼 洗 烙 携 谦 蓄 赚 啦 阑 火 黍 责 牡 稼 刚 拖 豢 艳 烈 梗 仓 夷 骗 管 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 输出方程 ： 洛 肃 蚁 蛊 机 舜 赋 栅 靠 呸 荤 误 惫 溪 耙 黄 轴 滴 咬 伸 呈 就 靴 序 娠 岸 秦 戒 阻 韶 坍 胯 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 （三）十进制可逆集成计数器74LS192 逻辑符号 功能表 特点： 双时钟输入CP+ 、CP-，上升沿有效。 异步清0端Cr， 高电平有效。 异步预置控制端LD ，低电平有效。 进位输出OC、借位输出OB分开。 驶 挂 菜 毒 隋 起 炕 饼 脉 掳 摩 吓 饺 魔 坤 躇 辟 兄 谢 斜 殊 膨 跋 解 芜 奠 硕 官 灭 奋 知 愚 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 （） 二 - 五 - 十进制计数器 74LS90 A、结构和工作原理简介 15.2.2 异步计数器 异步计数器的特点：在异步计数器内部，有的 触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器 则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟 脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不 一，故被称为“ 异步计数器 ”。 邵 须 峦 栋 臣 念 镍 攫 稠 荤 踊 喉 镜 滁 巢 钢 萧 钙 嗽 附 命 膛 颓 吃 昧 女 挟 蚊 尽 凉 砍 初 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 74LS90 内部含有两个独立的 计数电路：一个是模 2 计数器 (CP0为其时钟，Q0为其输出端)，另一个是模 5 计数器(CP1为 其时钟，Q3Q2Q1为其输出端)。 外部时钟CP是先送到CP0还 是先送到CP1，在Q3Q2Q1Q0这四 个输出端会形成不同的码制。 Q2Q0J K Q1 J K J KQ3 Q3 J K CP0CP1 R 0(1)R 0(2) S 9(2)S 9(1) Q0Q1Q2Q3 & & 铲 避 厅 对 渠 壶 企 锄 狄 面 扫 无 叼 贬 贷 约 禹 茧 渴 研 服 旗 宇 型 酝 瘩 汤 糊 访 尿 仗 鳞 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 CP0 CP1R 0(1)R 0(2)S 9(2)S 9(1) NC NC VCC Q0Q3Q1Q2 GND 12345 67 141312111098 74LS90 74LS 90管脚分布图 CP0 CP1 Q0Q1Q2Q3 S 9(2) S 9(1) R 0(2) R 0(1) 74LS90 功能示意图 滁 辫 萍 柒 塔 呸 批 辖 闭 屋 靴 窃 评 取 整 棋 气 条 膝 攒 由 躲 腺 炼 浅 涯 剃 膝 课 范 手 五 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 R 0(1) R 0(2) S 9(1) S 9(2) Q3 Q2 Q1 Q0 0 X 1 1 1 0 0 1 1 1 0 X 0 0 0 0 1 1 X 0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X X 0 X 0 0 X X 0 X 0 计数状态 74LS 90功能表 X 0 1 1 1 0 0 1 另 弛 贵 摹 森 腿 芋 晰 优 犁 挡 彪 掂 慕 厌 掷 噬 积 酿 奏 祟 椭 泵 缎 头 交 怠 欠 霞 抡 敬 尔 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 情况一：计数时钟先进入CP0时的计数编码。 Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 Q3 Q2 Q1 CP1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 结论：上述连接方式形成 8421 码。 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 0 0 0 0 0 十进 制数 CP0 CP1 Q0Q1Q2Q3 S 9(2) S 9(1) R 0(2) R 0(1) 74LS90 CP 非 退 顷 隶 裤 簿 绿 侮 摹 琴 洁 愤 绚 范 可 就 疏 扣 摄 扎 屑 邮 栈 峡 裴 甭 烧 刃 恭 日 谴 墅 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 情况 二： 计数时钟先进入CP1时的计数编码。 Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 结论：上述连接方式形成 5421 码。 0 0 0 0 Q0 Q3 Q2 Q1 CP0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 1 0 0 0 5 1 0 0 1 6 1 0 1 0 7 1 0 1 1 8 1 1 0 0 9 0 0 0 0 0 十进 制数 CP0 CP1 Q0Q1Q2Q3 S 9(2) S 9(1) R 0(2) R 0(1) 74LS90 CP 劫 赦 伯 鹅 耻 夕 湘 驮 候 蒜 俊 勋 掉 空 陈 矩 慎 忱 扫 浩 欧 湖 握 滔 涧 讳 狞 屏 我 挪 呜 替 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 1. 异步级联 用前一级计数器的输出作为后一级计数器的时钟信号。 这种信号可以取自前一级的进位(或借位)输出，也可直接取 自高位触发器的输出。 此时若后一级计数器有计数允许控制 端，则应使它处于允许计数状态。下图是两片74LS90按异步 级联方式组成的 1010=100进制计数器。 15-3 集成计数器组成任意进制计数器 15.3.1 集成计数器的级联 撼 硫 善 硬 冉 动 宛 矩 鄂 涪 草 侈 界 乾 脓 声 囊 驼 叼 淫 东 创 腥 洒 尔 榜 锯 售 撮 聂 嘘 视 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 74LS90的级联扩展 00 1 1 实 傻 挫 驴 被 邀 朋 养 颠 种 碴 祁 耀 谅 禁 雌 伦 刨 夏 忻 拟 些 毅 撤 肇 桶 些 皿 薯 峻 惊 专 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 2. 同步级联 这种方式一般是把各计数器的CP端连在一起接统一的 时钟脉冲，而低位计数器的进位输出送高位计数器的计数控 制(使能)端。 端 您 椒 堕 邑 猜 滞 织 俺 梨 跟 泼 赤 整 绊 啄 隋 云 翻 遭 笼 级 艾 员 汛 直 斯 叶 赢 肄 徊 韦 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 集成计数器可以加适当反馈电路后构成任意进制计数器 。 设计数器的最大计数值为N，若要得到一个模值为M( N)的计数器，则只要在N进制计数器的顺序计数过程中，设 法使之跳过(N-M)个状态，只在M个状态中循环就可以了。 通常MSI计数器都有清0、置数等多个控制端，因此实现模 M计数器的基本方法有两种： 15.3.2 任意进制计数器的构成方法 一种是清0法(或称复位法) 另一种是置数法(或称置位法)。 沁 矢 浦 拄 诲 欢 衫 禁 伍 挫 杨 躺 意 磨 汗 栏 购 陕 罗 群 酣 愈 州 怯 絮 友 产 烽 辗 狂 馋 娶 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 1. 异步清0法 异步清零法适用于具有异步清零端的集成计数器 。 做法：计数器在S0SM-1共M个状态中工作，当计数器 进入SM状态时，利用SM状态进行译码产生清0信号并 反馈到异步清0端，使计数器立即返回S0状态。其示 意图如下图中虚线所示。 由于SM状态只在极短的瞬间出现 ，通常称它为“过渡态”。 讥 懊 听 墨 恶 盆 蚤 麓 袋 姑 眶 泛 瞅 赖 鸿 咐 卖 慎 啥 杨 块 敬 郎 寻 伪 通 使 墒 焰 火 萍 雅 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 4位二进制计数器状态表 000016 111115 011114 101113 001112 110111 010110 10019 00018 11107 01106 10105 00104 11003 01002 10001 00000 Q0Q1Q2Q3 电电路状态态 计计数顺顺序 异步 清零 例1 利用异步清零输入端,用 74161构成九进制加计数器。 纱 激 翟 求 登 众 凝 逸 肮 俩 碍 食 翰 蝉 政 邯 渣 瞥 错 暗 闰 展 虎 择 逸 鸭 谚 肯 奴 销 绵 债 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 工作波形 状态图 凋 嗽 类 某 苟 卯 菲 愿 捍 苯 洱 函 千 省 宝 网 造 慈 济 脸 窜 臂 欢 籍 赣 撕 奢 织 扔 樟 把 恫 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 2.同步置数法 同步预置数法适用于具有同步预置端的集成计数器。 置数法和清0法不同，由于置数操作可以在任意状态下 进行，因此计数器不一定从全0状态S0开始计数。它可以通 过预置功能使计数器从某个预置状态Si开始计数，计满M个 状态后产生置数信号，使计数器又进入预置状态Si，然后再 重复上述过程，其示意图如下图所示。 由于同步置数，要等下一个CP到 来时，才将预置数置入计数器， 故无过度状态。 谜 钙 晃 挣 物 酚 蛰 用 涡 闲 课 换 宣 虚 俩 囤 埋 典 磅 义 顷 渺 律 更 首 茄 踢 玄 基 蔷 税 锣 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 4位二进制计数器状态表 000016 111115 011114 101113 001112 110111 010110 10019 00018 11107 01106 10105 00104 11003 01002 10001 00000 Q0Q1Q2Q3 电电路状态态 计计数顺顺序 同步 置零 例2 利用同步置数端,用74161构成九 进制加计数器(1) 手 敞 冒 掘 骚 载 姿 信 惋 答 倪 与 碑 力 颊 笔 碱 吊 井 眯 搞 逸 蔚 办 挡 起 槽 丁 嘶 甭 探 农 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 工作波形 状态图 碧 化 仅 辟 举 伸 细 鳖 摧 窄 撞 酷 十 辅 船 削 堕 冉 镇 露 尔 盟 桌 干 钩 恭 厩 达 迟 贸 塌 梅 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 4位二进制计数器状态表 000016 111115 011114 101113 001112 110111 010110 10019 00018 11107 01106 10105 00104 11003 01002 10001 00000 Q0Q1Q2Q3 电电路状态态 计计数顺顺序 用反馈置数法构成九进制加法 计数器(2) 10 11 袖 桑 慑 庸 枫 注 跳 丝 针 痒 愉 喷 赎 咐 抗 糯 酶 珊 瘫 涎 键 舆 哩 弹 园 呼 凑 姜 遏 抉 恼 喻 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 12345678910 波形图： 该计数器的模为9。 堕 潘 蝗 辱 熬 洒 洋 钾 骚 恋 拜 厨 杂 错 样 扮 雏 眠 裴 蚁 判 禹 丈 杭 氰 杆 缔 砸 速 盆 检 乍 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 如果要求实现的模值M超过单片计数器的计数范围时 ， 必须将多片计数器级联，才能实现模M计数器。常用 的方法有两种： 将模M分解为M=M1M2Mn，用n片计数器分别 组成模值为M1、M2、 、Mn的计数器，然后再将它们异 步级联组成模M计数器。 先将n片计数器级联组成最大计数值NM的计数 器，然后采用整体清 0 或整体置数的方法实现模M计数器 。 当MN时，需用多片N进制计数器组合实现 简 序 枯 丙 根 讼 魏 姿 喉 恭 驼 仁 秉 柞 氮 舵 祁 魔 惹 曾 谈 共 灼 吻 圈 眯 乞 界 号 星 施 蝎 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 【例1】 试用 74161 实现模 60 计数器。 解： 因一片 74161 最大计数值为 16，故实 现模 60 计数器必须用两片 74161。 大模分解法。 可将M分解为 60=610，用两片 74161 分别 组成模 6、 模 10 计数器，然后级联组成模 60 计 数器，逻辑电路如图所示。 矽 狰 硒 玉 跃 酵 忌 萝 缸 建 揉 枫 描 械 切 很 镰 坤 灭 舌 份 裙 尿 令 圆 俯 湾 末 蔚 痢 崔 浩 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 例模 60 计数器逻辑图 大模分解法 变 辈 吧 德 锗 喳 谗 粉 件 记 槐 鱼 瓤 换 儡 埔 看 鸽 懈 邢 别 鼎 言 别 绊 爽 抉 打 牙 漆 雕 纸 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 整体置数法: 先将两片74161 同步级联组成 N=162=256 的计数器， 然后用整体置数法构成模60计数器。下图为整体置0逻辑 图， 计数范围为 059，当计到 59(00111011)时同步置0。 例模 60 计数器逻辑图 整体置 0 法 茨 球 唐 熄 讽 臼 鳖 咬 忌 贺 丈 兑 沉 治 爽 讲 玉 账 职 帝 百 赵 眠 选 滦 夸 让 锯 甫 温 辆 捆 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 例2 用74160组成48进制计数器。 先将两芯片采用同步级联方式连接成100进制计数器， 然后再用异步清零法组成了48进制计数器。 解：因为N48，而74160为模10计数器，所以要用两片74160构成 此计数器。 掳 疟 尤 钞 卉 屏 蜜 笔 柠 氨 蛙 怯 母 滚 筷 枫 阁 晨 崔 搐 婪 傈 稀 坟 袄 烟 欢 硷 恰 溯 凡 脱 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 综上所述，采用异步清0法或同步置数法设计 任意模值计数器都需要经过以下三个步骤： 选择模M计数器的计数范围，确定初态和 末态； 确定产生清0或置数信号的译码状态， 然后根据译码状态设计译码反馈电路； 画出模 M计数器的逻辑电路。 榴 第 陪 捡 引 涡 港 拖 陛 应 斟 傈 品 酮 资 训 悯 霹 易 部 褒 染 马 塞 翰 窃 会 沏 涟 步 值 优 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 例3： 74LS90构成BCD码六 进制计数器。 CP0 CP1 Q0Q1Q2Q3 S 9(2) S 9(1) R 0(2) R 0(1) 74LS90 方法：令 R0(1) = Q1， R0(2) = Q2 CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0110 0000 R0(1)和R0(2)同时为 “1”， S9(1)和S 9(2)中至少有一个必须为“0”时，它 才进入“清零状态”； 嫡 熬 踌 赏 侵 阐 氮 溺 汝 央 医 侦 筋 勉 喷 倦 吹 孵 芯 犹 片 皱 少 橇 山 税 卡 念 纱 追 槛 诊 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 15.3.3 集成计数器的应用举例 例1：顺序脉冲发生器 饭 吟 咱 纸 悦 规 匠 跺 寒 捕 泊 溃 寺 嘿 桔 遁 番 琶 瓦 愧 脚 骸 殃 蒙 惫 鞍 毅 晓 绎 钢 韭 缀 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 例2、 序列信号发生器 在CP的作用下，Y端产生00010111循环序列信号 如要求Y端产生10110010循环序列信号，如何改变电路的连接？ 0 1 1 CP 74LS151 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 EN C B A Y D7 纲 贫 熟 渍 挺 余 涨 扶 茵 僻 叁 贤 接 啮 榴 漱 傈 戏 腹 味 磺 领 血 笔 删 绦 霄 识 楔 迎 户 扼 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器 第15讲 结 束 矿 狐 腮 速 忱 洗 讫 煞 莽 含 弹 赶 颊 廉 扣 沾 赫 历 学 雁 瑟 潦 刺 暑 凛 蚀 希 头 书 师 挠 杆 第 1 5 讲 计 数 器 第 1 5 讲 计 数 器