《數(shù)字電子技術(shù)》課程

同步計(jì)數(shù)器

同步與異步計(jì)數(shù)器的根本區(qū)別是時(shí)鐘控制方式不同，導(dǎo)致電路構(gòu)成也不同。同步計(jì)數(shù)器與異步計(jì)數(shù)器有何不同？1.同步與異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器比較

一、

同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表和工作波形一樣電路結(jié)構(gòu)不同：

異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法：將觸發(fā)器接成計(jì)數(shù)觸發(fā)器；最低位觸發(fā)器用計(jì)數(shù)脈沖

CP觸發(fā)，其他觸發(fā)器用鄰低位輸出的下降沿觸發(fā)。

同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法：將觸發(fā)器接成T觸發(fā)器；各觸發(fā)器都用計(jì)數(shù)脈沖

CP觸發(fā)，最低位觸發(fā)器的T輸入為

1，其他觸發(fā)器的

T輸入為其低位各觸發(fā)器輸出信號(hào)相與。5.4.2同步計(jì)數(shù)器2同步計(jì)數(shù)器為什么要那樣構(gòu)成呢？通過(guò)分析同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)規(guī)律就可明白。

因此，應(yīng)將觸發(fā)器接成

T觸發(fā)器；并接成T0=1，

T1=Q0n，

T2=Q1nQ0n，

T3=Q2nQ1nQ0n。即：最低位觸發(fā)器

T輸入為

1，其他觸發(fā)器

T輸入為其低位輸出的“與”信號(hào)。這樣，各觸發(fā)器當(dāng)其低位輸出信號(hào)均為1時(shí)，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘就翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計(jì)數(shù)器狀態(tài)計(jì)數(shù)順序根據(jù)態(tài)序表分析同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)規(guī)律Q0來(lái)一個(gè)時(shí)鐘就翻轉(zhuǎn)一次。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計(jì)數(shù)器狀態(tài)計(jì)數(shù)順序

Q1在其低位Q0輸出為1時(shí)，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘就翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計(jì)數(shù)器狀態(tài)計(jì)數(shù)順序1100

Q2在其低位Q0和Q1均為1時(shí)，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計(jì)數(shù)器狀態(tài)計(jì)數(shù)順序10

Q3在其低位Q0、Q1和Q2均為1時(shí)，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。3同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CO=Q3nQ2nQ1nQ0n進(jìn)位輸出信號(hào)FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11CPRDCOFF01J1K1FF11J1KQ0nFF21J1KQ0nQ1n&&FF31J1KQ0nQ2n&&Q1nQ0Q1Q2Q3CO&RDRRRR計(jì)數(shù)開(kāi)始前先清零CPC1C1C1C1

各觸發(fā)器都用CP

觸發(fā)2、同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路與工作原理4

CO=Q3nQ2nQ1nQ0n，因此，CO在計(jì)數(shù)至“15”時(shí)躍變?yōu)楦唠娖?，在?jì)至“16”時(shí)輸出進(jìn)位信號(hào)的下降沿。0100000000000000000000COQ0Q1Q2Q3輸出計(jì)數(shù)器狀態(tài)計(jì)數(shù)

順序160151140131120111100918071605140203111011001100110011001111000011110000111111110000000動(dòng)畫(huà)演示四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器態(tài)序表500001610001501001411001300101210101101101011109000181001701016110150011410113011121111100000Q0Q1Q2Q3計(jì)數(shù)器狀態(tài)計(jì)數(shù)順序?qū)⒂|發(fā)器接成

T觸發(fā)器，并使T0=1，

Ti

=Qi-1nQi-2n

Q0n，則可構(gòu)成同步二進(jìn)制

減法計(jì)數(shù)器。同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器3、64、同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器加減控制端S=1時(shí)，下面三個(gè)與非門(mén)被封鎖，進(jìn)行加計(jì)數(shù)S=0時(shí)，上面三個(gè)與非門(mén)被封鎖，進(jìn)行減計(jì)數(shù)75、可預(yù)置同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器置數(shù)信號(hào)時(shí)鐘輸入輸出信號(hào)進(jìn)位輸出使能信號(hào)清零信號(hào)數(shù)據(jù)輸入8上圖是具有清零、置數(shù)、計(jì)數(shù)和保持等四種功能的加法同步4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。⑴清零。⑵置數(shù)。輸入一個(gè)CP上升沿,則不管其它控制端如何，計(jì)數(shù)器置數(shù)，即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。CR是具有最高優(yōu)先級(jí)別的同步清零端;當(dāng)CR=0且在CP上升沿時(shí),不管其它控制信號(hào)如何,計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)CR=1時(shí)，具有次優(yōu)先權(quán)的為L(zhǎng)D,當(dāng)LD=0時(shí),9時(shí)，在CP上升沿觸發(fā)下，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。⑷保持。不起作用，計(jì)數(shù)器保持原狀態(tài)不變。⑸實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)的位擴(kuò)展。Q3Q2Q1Q0=1111,且使能信號(hào)CTT=1時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)高電平，作為向高4位級(jí)聯(lián)的進(jìn)位信號(hào)，構(gòu)成8位以上二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。當(dāng)CR=LD=1,且優(yōu)先級(jí)別最低的使能端CTP=CTT=1當(dāng)CR=LD=1,且CTP和CTT中至少有一個(gè)為0時(shí),CP將⑶計(jì)數(shù)。進(jìn)位輸出CO=Q3Q2Q1Q0CTT,即當(dāng)計(jì)數(shù)到

10序號(hào)輸入輸出清零CR

使能CTPCTT

置數(shù)LD時(shí)鐘CP并行輸入D0D1D2D3Q0Q1Q2Q31234501111XXXX110XX0X0111

XXXXXXd0d1d2d3XXXXXXXXXXXX0000d0d1d2d3

計(jì)數(shù)保持保持

74LS163功能表74LS163邏輯符號(hào)圖該計(jì)數(shù)器的清零屬于依靠CP驅(qū)動(dòng)，故稱(chēng)同步清零方式。12如果讓計(jì)數(shù)器從0000開(kāi)始計(jì)數(shù)，可用兩個(gè)方法實(shí)現(xiàn)，一種是先清零后計(jì)數(shù),另一種是先預(yù)置0000然后計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖13擴(kuò)展為8位以上二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法舉例說(shuō)明如下:C0=1,2#才有CTP=CTT=1的條件,高電平只持續(xù)一個(gè)周期,下一周期到來(lái)時(shí),1#片的Q3Q2Q1Q0=0000,2#計(jì)數(shù)一次當(dāng)1#,2#都計(jì)數(shù)滿時(shí),3#才具有計(jì)數(shù)條件,完成一次加1運(yùn)算14二.同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的電路根據(jù)時(shí)序電路的分析方法,可以列出其驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程。再將驅(qū)動(dòng)方程代入到JK觸發(fā)器的特性方程,得到狀態(tài)方程,并進(jìn)行狀態(tài)計(jì)算。同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器采用的是8421BCD碼,其有效狀態(tài)從0000～1001共十個(gè)。如果進(jìn)入非有效狀態(tài)，能夠自動(dòng)返回到有效狀態(tài)。15邏輯圖時(shí)序圖時(shí)序圖此電路的設(shè)計(jì)方法參見(jiàn)5.5節(jié)168421碼同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

常用的同步十進(jìn)制集成芯片很多，如各種LS和CMOS4000及HC系列的“160”“162”“190”“192”等。17“192”是一個(gè)同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，既可作加計(jì)計(jì)數(shù)，又可作減計(jì)數(shù)。各端子的功能是：CR=1時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出清零，與其它控制端狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)CR=0、LD=0時(shí),D3D2D1D0被置于Q3Q2Q1Q0端，不受CP控制。法計(jì)數(shù)輸入端CPD為高電平,計(jì)數(shù)脈沖從加法計(jì)數(shù)輸入。⑵LD為異步置數(shù)控制端,低電平有效,其優(yōu)先權(quán)僅低于CR,⑶當(dāng)CR和LD均無(wú)有效輸入時(shí)，即CR=0和LD=1，而減⑴CR為異步清零端，高電平有效，且優(yōu)先權(quán)最高。當(dāng)2.同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的邏輯功能端CPU輸入時(shí)，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。當(dāng)CPD和CPU條件互換時(shí)，則進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。18計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)。⑷當(dāng)CR=0、LD=1(無(wú)有效輸入),且當(dāng)CPU=CPD=1時(shí),注意如構(gòu)成2位以上的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，只需將低們的CO和BO分別接到高位的CPU和CPD就可以了。⑸加法時(shí)進(jìn)位輸出條件為CO=CPUQ3Q0；減法時(shí)借位BO=CPDQ3Q2Q1Q0輸出條件為1954HC192功能表輸入輸出CRLDCPUCPD

D3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XX

X00XX

0X