《數(shù)字電子技術(shù)》課程

N進制計數(shù)器N

進制計數(shù)器

在計數(shù)脈沖的驅(qū)動下，計數(shù)器中循環(huán)的狀態(tài)個數(shù)稱為計數(shù)器的模數(shù)。如用N來表示，n位二進計數(shù)構(gòu)成N進制計數(shù)器的方法三種：1.利用觸發(fā)器直接構(gòu)成的,稱為反饋阻塞法;2.用移位寄存器構(gòu)成的,稱為串行反饋法;

3.用集成計數(shù)器構(gòu)成的,稱為反饋清零法和反饋置數(shù)法。器的模數(shù)為Ｎ＝２n（n為構(gòu)成計數(shù)器的觸發(fā)器的個數(shù)）。21.由觸發(fā)器構(gòu)成的N進制計數(shù)器N觸發(fā)器可構(gòu)成模2n的二進制計數(shù)器,但如果改變其級聯(lián)方法,舍去某些狀態(tài)，就構(gòu)成了N＜2n的任意進制計數(shù)器，這種方法稱為反饋阻塞法。(a)三進制(b)五進制同步進制計數(shù)器N3(a)五進制(b)七進制異步進制計數(shù)器N4習(xí)題5.192.移位寄存器型N

進制計數(shù)器將移位寄存器的輸出以一定的方式反饋到串行輸輸入端,就可構(gòu)成許多特殊編碼的移位寄存器型N進制計數(shù)器,這種方法稱為串行反饋法。根據(jù)反饋的邏輯電路不同，得到的計數(shù)器形式也有所不同。常用的有以下幾種：環(huán)形計數(shù)器扭環(huán)形計數(shù)器優(yōu)點:所有觸發(fā)器中只有一個為1(或0)進行循環(huán)移位,利用Q端作狀態(tài)輸出不需要加譯碼器,在CP脈沖的驅(qū)動下各Q端輪流出現(xiàn)矩形脈沖,也稱作脈沖分配器。特點：它的狀態(tài)利用率比環(huán)形計數(shù)器提高一倍,N=2n。優(yōu)點：每次狀態(tài)變化端只有一個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),譯碼時不存在競爭-冒險,所有的譯碼門都只需兩個輸入端。缺點：狀態(tài)利用率較低,有2n-2n個狀態(tài)沒有被利用。5能夠自啟的4位環(huán)形計數(shù)器4位環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖64位環(huán)形計數(shù)器的波形圖7能夠自啟動的4位扭環(huán)形計數(shù)器（a）邏輯電路（b）狀態(tài)圖83.用集成計數(shù)器芯片構(gòu)成的N

進制計數(shù)器利用集成二進制或集成十進制計數(shù)器芯片可以很方便地構(gòu)成任意進制計數(shù)器,采用的方法有兩種:反饋清零法反饋置數(shù)法(1)反饋清零法清零信號的選擇與芯片的清零方式有關(guān)。清零方式異步清零方式同步清零方式產(chǎn)生清零信號的狀態(tài)稱為反饋識別碼Na。Na=N,其有效循環(huán)狀態(tài)從0~(Na-1）Na=N-1,其有效循環(huán)狀態(tài)從0~Na9[例]試?yán)檬M制計數(shù)器芯片74LS90構(gòu)二十三進制計數(shù)器。解：74LS90為十進制計數(shù)器,根據(jù)題意可知計數(shù)器的模N=23,需要兩片才能完成。74LS90中的異步清零端ROA、ROB為高電平有效10輸入輸出R0AR0BS9AS9BCPQ3Q2Q1Q0

10XX11X0X00000000XX11X1001X0X00X0X0XX0X00X計數(shù)計數(shù)計數(shù)計數(shù)74LS90的功能表

根據(jù)功能表，應(yīng)將S9A、S9B接地，使其具有計數(shù)或清零條件。邏輯接線圖如下：使能端S9A、S9B為置9端，當(dāng)S9A=S9B=1時，計數(shù)器置9，即狀態(tài)為1001。計數(shù)時，R0A*R0B=0計數(shù)時和清零時，S9A、S9B中必須有0，即S9A*S9B=0當(dāng)?shù)臀黄映?時，高位片子出2時，應(yīng)執(zhí)行清零功能，處于1狀態(tài)Q端以與函數(shù)反饋給R0A、R0B，使R0A=R0B=1就可以了12[例]試用二進制計數(shù)器芯片74LS163構(gòu)成一個八十六進制計數(shù)器。（1）74LS163為同步清零方式，要構(gòu)成八十六進制計數(shù)器需用兩片這樣芯片。（2）將高位芯片Q2

Q0和低位芯片Q2Q0組合為與非函數(shù)作為反饋清零信號。解：高位芯片Q2Q0和低位芯片Q2Q0組合為與非門，作為反饋清零信號CR要求低電平所以反饋信號要由與非門引導(dǎo)到CR端13以上兩例所得結(jié)論（1）在芯片的中使能端都置于正確的前提下，確定置0所取輸出代碼是個關(guān)鍵，這與芯片的清零方式有關(guān)（同步清零還是異步清零)。（2）異步清零以N作為置0的輸出代碼。清零端的有效電平，以確定反饋引導(dǎo)門是與門還是與非門。同步清零以N-1作為置0的輸出代碼。注意143.用集成計數(shù)器芯片構(gòu)成的N

進制計數(shù)器(2)反饋置數(shù)法置數(shù)信號的選擇與芯片的置數(shù)方式有關(guān)。置數(shù)方式異步置數(shù)方式同步置數(shù)方式Na=Nb+N

Na=Nb+N-115利用具有置數(shù)功能的計數(shù)器，截取從Nb到Na的N個有效狀態(tài)，構(gòu)成N進制計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器的狀態(tài)循環(huán)到Na時，由Na構(gòu)成的反饋信號提供置數(shù)指令，將事先的數(shù)Nb并行置入。產(chǎn)生置數(shù)信號的狀態(tài)稱為反饋識別碼Na(反饋置數(shù)碼)。[例]設(shè)計一個自然二進制碼0000～1101的計數(shù)器。（可選用兩個以上方案）解：根據(jù)題意，從0000到1101共包含14個狀態(tài)，是模N=14的計數(shù)器，如果選用74LS163采取置數(shù)方式一置數(shù)碼Nn=Nb+Ｎ-1=Nb+14-1=Nb+13。方案有三個:①所以只要使D3D2D1D0=0000。將Q3Q2Q0構(gòu)成與非這種方式相當(dāng)于反饋清零法。圖（a）片就可以實現(xiàn)。因為”163”屬于同步置數(shù),則令反饋令Nb=0000，則Na=1101,而置數(shù)端LD為低電平為效,函數(shù),與非輸出送至LD端,其它端正常接線就可以了16②令Nb=0010,則Na=1111,在狀態(tài)為“1111”時,進位D3D2D1D0=0010,CTT=CTP=1。圖(b)③令Nb=0001,則Na=1110,應(yīng)使CTT=CTP=1,D3D2D1D0=0001,LD=Q3Q2Q1。圖（c）輸出端CO=1,所以應(yīng)將CO經(jīng)反相器引至LD,且令17[例]試用74LS196實現(xiàn)27進制計數(shù)器。解：為實現(xiàn)本題要求的模數(shù)，需要用兩片”196”.如果采用反饋置數(shù)法,則應(yīng)令Na=Nb+N.現(xiàn)令Nb=0000即D3D2D1D0=0000,則Na=[27]10=[00100111]BCD,這樣該計數(shù)器循環(huán)的狀態(tài)個數(shù)為0～26,模N=27,其它使能端及兩片級聯(lián)應(yīng)正常接好。圖如下：18高位2#片Q1和低位1#片Q2Q1Q0構(gòu)成與非函數(shù)反饋給置數(shù)控制端LD作置數(shù)指令19反饋清零與反饋置數(shù)的區(qū)別：

反饋清零利用CR端，D端數(shù)據(jù)是否接入無關(guān)緊要；反饋置數(shù)利用LD端，D端需接入初始數(shù)據(jù)。異步清零與同步清零的區(qū)別：20異步清零以N作為置0的輸出代碼。同步清零以N-1作為置0的輸出代碼。例如利用CT74LS160的計數(shù)狀態(tài)0000~0111構(gòu)成

八進制計數(shù)器。Q0Q1Q2Q3計數(shù)器狀態(tài)計數(shù)

順序100190001811107011061010500104110030100210001000010000001000和1001

為無效狀態(tài)0000~0111

為有效狀態(tài)若計數(shù)器處于無效狀態(tài)“1000”，則來一個時鐘后狀態(tài)變?yōu)椤?001”，再來一個時鐘，狀態(tài)變?yōu)椤?000”。能自動進入循環(huán)，因此能自啟動。設(shè)計時序電路時應(yīng)檢查電路能否自啟動。由于集成計數(shù)器構(gòu)成的N

進制計數(shù)器一般能自啟動，因此通常省略這一步。返回21CT74LS161CPQ0Q1Q2Q3COD0CT74LS161和CT74LS163邏輯功能示意圖CT74LS163CTTCTPCRLDD1D2D3CRLD計數(shù)狀態(tài)輸出端,從高位到低位依次為

Q3、Q2、Q1、Q0。進位輸出端置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端，為并行數(shù)據(jù)輸入。計數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)。計數(shù)控制端，高電平有效。

CR

為置0控制端，

低電平有效。

LD為同步置數(shù)控制端，低電平有效。4.集成同步二進制計數(shù)器

CT74LS161和

CT74LS16322CT74LS161的功能表

CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入d0d1d2d3d0d1d2d301

當(dāng)

CR=1、LD=0

，在CP

上升沿到來時，并行輸入的數(shù)據(jù)d3~d0被置入計數(shù)器。00

當(dāng)

CR=LD=1，且CTT和CTP中有0

時，狀態(tài)保持不變。00000

CR=0

時，不論有無CP

和其他信號輸入，計數(shù)器被置0。

當(dāng)

CR=LD=CTT=CTP=1

時，在計數(shù)脈沖的上升沿進行4位二進制加法計數(shù)。CO在計數(shù)至“1111”時出高電平，在產(chǎn)生進位時輸出下降沿。CT74LS161的主要功能：

(1)異步置

0

功能(CR低電平有效)(2)同步置數(shù)功能(LD低電平有效)(3)計數(shù)功能(LR=LD=CTT=CTP=1)(4)保持功能(LR=LD=1，CTT

和CTP

中有0)CT74LS161的功能表CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入23CT74LS161與CT74LS163的功能比較

CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

同步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000×××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入CT74LS163CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入CT74LS161

CT74LS161與CT74LS163的差別是：“161”為異步置

0，“163”為同步置

0

。其他功能及管腳完全相同。24為什么？請看舉例說明。

用同步和異步置

0功能構(gòu)成

N進制計數(shù)器的方法一樣嗎？(二)

利用同步置

0功能構(gòu)成

N進制計數(shù)器步

驟

相

同(1)

寫出加反饋置0信號時所對應(yīng)的計數(shù)狀態(tài)。(2)

寫出反饋置

0函數(shù)。(3)

畫連線圖。差別異步置

0計數(shù)器加反饋置0信號時所對應(yīng)的計數(shù)狀態(tài)為

SN。同步置

0計數(shù)器加反饋置0信號時所對應(yīng)的計數(shù)狀態(tài)為SN-1。同步和異步置

0功能構(gòu)成

N

進制計數(shù)器的方法比較25[例]

試?yán)肅T74LS161和CT74LS163的置0功能

構(gòu)成六進制計數(shù)器。

解題思路：

“161”和“163”均為4位二進制計數(shù)器，其態(tài)序表為：00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計數(shù)器狀態(tài)計數(shù)順序

在第6個計數(shù)脈沖輸入時，使計數(shù)器置0，即可實現(xiàn)六進制計數(shù)?！?61”為異步置

0，即只要置

0端出現(xiàn)有效電平，計數(shù)器立刻置零。因此，應(yīng)在輸入第

6個

CP脈沖

后，用S6=0110作為控制信號去控制電路，產(chǎn)生置零信號加到異步置

0端，使計數(shù)器立即置

0?！?63”為同步置

0，即置

0端出現(xiàn)有效電平時，計數(shù)器不能立刻置

0，只是為置

0作好了準(zhǔn)備，需要再輸入一個CP脈沖

，才能置0。因此，應(yīng)在輸入第(6-1)個

CP脈沖

后，用S6-1=0101作為控制信號去控制電路，產(chǎn)生置

0信號加到異步置零端。當(dāng)輸入第

6個

CP脈沖時，計數(shù)器置

0。26CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP

根據(jù)S6

和CR的有效電平寫出③畫連線圖計數(shù)輸入輸出端(1)

用異步置0

的CT74LS161構(gòu)成六進制計數(shù)器解：①寫出S6

的二進制代碼S6=0110②寫出反饋置0函數(shù)11&××××27(2)

用同步置0

的CT74LS163構(gòu)成六進制計數(shù)器CT74LS163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP××××③畫連線圖輸出端①寫出S6-1

的二進制代碼S6-1=S5=0101②寫出反饋置0函數(shù)11&28

利用置數(shù)功能和置

0功能構(gòu)成

N進制計數(shù)器的原理有何異同？

利用“161”和“163”的同步置數(shù)功能也可以構(gòu)成

N

進制計數(shù)器。(三)

利用置數(shù)功能構(gòu)成

N進制計數(shù)器置0法原理置數(shù)法原理當(dāng)輸入第N

個計數(shù)脈沖時，利用置0功能對計數(shù)器進行置0操作，強迫計數(shù)器進入計數(shù)循環(huán)，從而實現(xiàn)N進制計數(shù)。這種計數(shù)器的起始狀態(tài)值必須是零。當(dāng)輸入第N

個計數(shù)脈沖時，利用置數(shù)功能對計數(shù)器進行置數(shù)操作，強迫計數(shù)器進入計數(shù)循環(huán)，從而實現(xiàn)N進制計數(shù)。這種計數(shù)器的起始狀態(tài)值就是置入的數(shù)，可以是零，也可以非零，因此應(yīng)用更靈活。29置0有同步和異步之分，

置數(shù)也有同步和異步之分。同步置數(shù)與異步置數(shù)的區(qū)別，

和同步置0與異步置0的區(qū)別相似。同步置數(shù)與異步置數(shù)的區(qū)別異步置數(shù)與時鐘脈沖無關(guān)，只要異步置數(shù)端出現(xiàn)有效電平，置數(shù)輸入端的數(shù)據(jù)立刻被置入計數(shù)器。

因此，利用異步置數(shù)功能構(gòu)成N進制計數(shù)器時，應(yīng)在輸入第N個CP脈沖時，通過控制電路產(chǎn)生置數(shù)信號，使計數(shù)器立即置數(shù)。同步置數(shù)與時鐘脈沖有關(guān)，當(dāng)同步置數(shù)端出現(xiàn)有效電平時，并不能立刻置數(shù)，只是為置數(shù)創(chuàng)造了條件，需再輸入一個CP脈沖

才能進行置數(shù)。因此，利用同步置數(shù)功能構(gòu)成N進制計數(shù)器時，應(yīng)在輸入第(N–1)個CP脈沖時，通過控制電路產(chǎn)生置數(shù)信號，這樣，在輸入第N個CP脈沖時，計數(shù)器才被置數(shù)。30(1)確定

N

進制計數(shù)器需用的

N個計數(shù)狀態(tài)，并確定預(yù)置數(shù)。

利用置數(shù)功能構(gòu)成N

進制計數(shù)器的步驟(2)寫出加反饋置數(shù)時所對應(yīng)的計數(shù)器狀態(tài)：異步置數(shù)時，寫出

SN

對應(yīng)的二進制代碼；同步置數(shù)時，寫出

SN-1

對應(yīng)的二進制代碼。(3)寫出反饋置數(shù)函數(shù)：根據(jù)

SN(或

SN-1)和置數(shù)端的有效電平寫出置數(shù)信號的邏輯表達(dá)式。(4)畫連線圖。31舉例(1)確定該十進制計數(shù)器所用的計數(shù)狀態(tài)，并確定預(yù)置數(shù)。解：[例]

試?yán)肅T74LS161的同步置數(shù)功能構(gòu)成十進制計數(shù)器。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計數(shù)器狀態(tài)計數(shù)順序

CT74LS161

為

4位二進制計數(shù)器，有

16個計數(shù)狀態(tài)。通常選用從“0000”開始計數(shù)的方式。利用其中任意十個連續(xù)的狀態(tài)均可實現(xiàn)十進制計數(shù)。32

“161”是同步置數(shù)，應(yīng)根據(jù)SN-1

求置數(shù)信號。(2)寫出SN-1

的二進制代