数字逻辑电路设计-(王毓银)讲义.2

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1、数字电路与逻辑设计第六章 时序逻辑电路(二) 西安邮电学院“校级优秀课程”6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 计数器设计步骤如下：1.根据设计要求，确定有效状态；2. 画状态转移图；3. 选择集成器件，查看器件功能表；4.选择合适的反馈形式和反馈信号；5. 画逻辑电路图；6. 画出工作波形图（可选）。一、利用同步计数器实现任意模M计数器的方法：(一）利用清除端的复位法。 （反馈清零法）(二）利用置入控制端的置位法。（同步预置法）1.MN,N为单片计数器的最大计数值利用清除端的复位法或置入控制端的置位法进行设计。2. MN,N为多片计数器级联后的最大计数值 当要实现的模值M超过单片计数器

2、的计数范围时，必须首先将 多片计数器级联，以扩大计数范围（N=10n 或16n），然后利 用整体同步置入端的置数法和利用整体清除端复位法构成模M 计数器。 多片74160 、74162级联，N=10n 多片74161 、74163级联，N=16n6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 1. MN,N为单片计数器的最大计数值当计数至SM时，利用SM状态产生一清除信 号，加到清0端，使计数器返回到S0状态，从而实 现模M的计数器。(一）反馈清零法I. 确定有效状态（必须从全0开始）；II. 产生异步清除端信号 ；III.画逻辑图。设计方法:例：应用4

3、位二进制同步计数器74161实现模10计数器，要求采用清除端复位法。分析： 根据设计要求，确定各种状态09； 画状态转移图；(一）反馈清零法6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 计数器状态转移图为：注意：用来清0的瞬态为M，该状态一经出现马上消失。(一）反馈清零法6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 为什么1010状态不算在主循环 内，用波形图说明画出电路原理图同步计数器最低位Q0在CP 翻转。先画最低位Q0。当第十个脉冲上升沿到达后Q3Q2Q1Q01010,/CR0。只要/CR=0,计数 器强制置0。1010只能使Q3Q1出现一个很窄的小毛刺。缺点:Q1输出波形上有毛刺。造成/C

4、R脉冲宽度太窄，清0不可靠。&CPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0COCTP CTT741611(一）反馈清零法6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 &0 &D3D2D1D0Q3Q2Q1Q0COCTP CTT74161当第十个CP到来：1 0 11G1G2G3010当第十个CP到来：01在第十个CP的作用下，Q 端输出的清0信号宽度和计数脉 冲CP=1的持续时间相同。足以保 证各级触发器能正常工作。基本触发器Q=0，/CR=0,使 Q3Q2Q1Q0=0000。基本触发器Q=1，/CR=1。0 0 0100加基本RS触发器，使 /CR 脉冲宽度变

5、宽CP1(一）反馈清零法工作波形图： 1234567891 0(一）反馈清零法(二)同步预置法：利用置数端，以置入某一固定二进制数值的方法，从而使N 进制计数器跳跃(N-M)个状态，实现模值为M的计数器。设计方法： 确定有效状态（连续的M个状态） 确定置入数据（由第1个状态确定） 产生同步置入端信号（由最后1个状态确定） 画逻辑图1. MN,N为单片计数器的最大计数值6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 例、用74161的置入控制端构成8进制计数器（方法1） 若计数从QDQCQBQA=0000开始则有效状态为 0000 0001 0010 0011 0111 0110 0101 0100

6、置入数据为DCBA=0000同步置入信号(二)同步预置法例、用74161的置入控制端构成8进制计数器（方法2） 若计数从QDQCQBQA=0001开始则有效状态为 0001 0010 0011 0100 1000 0111 0110 0101置入数据为DCBA=0001同步置入信号(二)同步预置法例、用74161的置入控制端构成8进制计数器（方法3） 利用进位信号CO来控制同步置入端则有效状态为 QDQCQBQA 1000 1001 1010 10111111 1110 1101 1100置入数据为DCBA=1000 同步置入信号(二)同步预置法例：用四位同步二进制计数器74161设计8421

7、BCD码计数器。 解：8421BCD码计数器的状态转移图如图所示 从状态转移图可以看出，当计数器的状态为1001时， 74161不再执行计数功能，而是要执行置数功能，使161跳 过6个状态，使1001的下一个状态为0000。 可以得到： D3D2D1D0=0000 (二）同步预置法画出逻辑图如图 D3D2D1D0=0000 例：用四位同步二进制计数器74161设计8421BCD码计数器。(二）同步预置法例：用四位同步二进制计数器74161设计余3BCD码计数器。解：余3BCD码计数器的状态转移图如图所示D3D2D1D0=0000 画出逻辑图 (二）同步预置法 置0000法：例如，设计M10计数

8、器，预置数为0000，置数信号为1019， 即:Q3Q2Q1Q0=1001,例如，设计M12计数器，预置数为0000，置数信号为12111， 即:Q3Q2Q1Q0=1011, 置0000-1111之间任意数法：从所置入数对应状态开始顺序数到M个状态，利用此状态产生置 数信号/LD。例如，设计M12计数器，假定预置数为8，从8数到12个状态，与 第12个状态相对应的数，即为置数信号。由3（0011）产生置数译码信号，计数模值M，就由M -1组成置数信号。(二）同步预置法2）MN,N为多片计数器级联后的最大计数值 当要实现的模值M超过单片计数器的计数范 围时，必须首先将多片计数器级联，以扩大计数范

9、围（N=10n 或16n）。级联的方法可采 用计数器的扩展（级联）。然后利用整体同步置入端LD的置数法和利 用整体清除端CR复位法构成模M计数器。 多片74160 、74162级联，N=10n 多片74161 、74163级联，N=16n(二）同步预置法例 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。反馈状态为（48）10（0100 1000）8421BCD解：因为N48，而74160为模10计数器，所以要用两片74160构成(一）反馈清零法例 用74161组成48进制计数器。先将两芯片采用同步级联方式连接成256进

10、制计数器，然后再用异步清零法组成48进制计数器。反馈状态为（48）10（0011 0000）2解：因为N48，而74161为模16计数器，所以要用两片74161构成。（一）反馈清零法74160是模10计数器，要实现模853计数，须用三片74160级联。 用异步清0法，使计数器计数脉冲输入到第853个脉冲时产整体置0 信号 使计数器返回到初始状态0000。利用各片间进位信号快速传递方法，组成计数模值为1000计数器。先设计模1000计数器：M = M1M2 M3=10 10 10=1000计数范围：0852共853个状态第853个状态 产生异步清0译码信 号。所以第853个 状态不计算在主循环

11、内&CP1D3D2D1D08 4 2 1COCTP CTT74160(1) CPD3D2D1D08 4 2 1COCTP CTT74160(2) CPD3D2D1D08 4 2 1COCTP CTT74160(3) CP（一）反馈清零法解：一片74161最大计数模值为16，要实现模60计数必 须用两片74161。M=M1XM2=6X10,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。用三种方法设计。方法一、（6）10 （0110）2低位片预置数： 高位片预置数：（10）10 （1010）2利用计数器计满值CO=1,提取置数译码信号。经6个状态计满值 经10个状态计满值

12、1 0 1 0CPD3D2D1D0Q0Q1Q2Q3CTPCTTCO 74161(1)110 1 1 0D3D2D1D0Q0Q1Q2Q3CTPCTTCO 74161(2)11(二）同步预置法方法二、整体同步反馈置0000：先将两片74161级联成M=M1XM2=256计数器，然后用整体置 数法组成模60计数器。计数范围：0-59用什么产生置0译码信号？（59）10（00111011）2 当计数器计到59（00111011）时，两片同时置0。CPD0D1D2D3Q3Q2Q1Q0CTPCTTCO 74161(1)1D0D1D2D3Q3Q2Q1Q0CTPCTTCO 74161(2)1&(二）同步预置法

13、(二）同步预置法方法三、整体同步反馈置数： （利用进位输出作为置数译码信号）计数范围196255，当计数器计到255时，CO=1，使 两片74161置数控制端 /LD=0，下一个CP到来时置数。 预置输入25660196 （196）10（11000100）2 低位片预置数：0100 高位片预置数：1100CPD3D2D1D0Q0Q1Q2Q3CTPCTTCO 74161(1)10 1 0 01 1 0 01D3D2D1D0Q0Q1Q2Q3CTPCTTCO 74161(2)1对于同步置数的加法计数器来说，只要用进位输出CO 作为置数译码信号(使/LD=0) ,并设置：预置输入N - M，就可以实现

14、模值为M的计数（或 分频）。若要改变计数模值M,只需要改变预置输入数即可 。N: 最大计数值。M: 要求计数值。快速设计法：同步预置： 预置数N M M补 计数值：M = 预置数补 例如：模60计数器M =（60）1000111100 2 预置数 M补=11000100计数值：M = 预置数补=001111002 = 6010(二）同步预置法 M N的实现方法：设需用模N集成计数器（异步清零、同步置数）组成模M计数器A）异步清0法B）同步置位法利用清零输入端，使电路计数 到M+1状态时产生清零操作， 越过后续NM个状态实现模N 计数利用计数器的置数功能，通过进 位输出给计数器置数N-M，跳过0

15、 至N-M的状态实现模M计数3）画逻辑图。2）产生异步清除端信号1）确定有效状态；4）画逻辑图。3）产生异步清除端信号用集成计数器设计任意进制计数器小节6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器 二、利用异步计数器实现任意模M计数器的方法：设计思路：利用集成器件的置0端和置9端，从N进制计数器 的状态转移表中跳过（N-M）个状态，从而实现M进制计数。 (一）利用清除端复位法 。异步置0法(二）利用置入控制端的置位法 。异步置9法1. MN,N为单片计数器的最大计数值利用清除端复位法和置入控制端的置位法进行设计。2. MN,N为多片计数器级联后的最大计数值 当要实现的模值M超过单片计数器的计数范围时，必须首先将多片 计数器级联，以扩大计数范围（N=10n ），然后利用整体清除端 复位法和利用整体置入控制端的置位法构成模M计数器。 多片74290 级联，N=10n设计方法： 确定有效状态（连续的M个状态） 确定置0信号（由最后1个有效状 态的下一状态确定，M 的二进制数） 画逻辑图 例：用74LS290 构成模七计数器。 1. MN,N为单片计数器的最大计数值(一)利用清除端复位法（异步置0法）确定有效状态QDQCQBQA为 0000 0001 0010 0011 0111 0110 0101 0100确定置