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1、4.5 计数器计数器 (Counter)4.5.1 计数器的特点和分类计数器的特点和分类一、计数器的功能及应用一、计数器的功能及应用1. 功能：功能：对时钟脉冲对时钟脉冲 CP 2. 应用：应用：分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列、进分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列、进 行数字运算等。行数字运算等。二、计数器的特点二、计数器的特点1. 输入信号：输入信号：CP2. 主要组成单元：主要组成单元：时钟触发器时钟触发器数字电子计数器三、三、 计数器的分类计数器的分类按数制分：按数制分：二进制计数器二进制计数器十进制计数器十进制计数器N 进制进制( (任意进制任意进制) )计数器计数器按计数按计数方
2、式分：方式分：加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数可逆计数 (Up-Down Counter)按时钟按时钟控制分：控制分：同步计数器同步计数器 (Synchronous )异步计数器异步计数器 (Asynchronous )按开关按开关元件分：元件分：TTL 计数器计数器CMOS 计数器计数器数字电子计数器4.5.2 4.5.2 二进制计数器二进制计数器二进制计数器二进制计数器计数器计数器计数容量计数容量、长度长度或或模模的概念的概念: 计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效状态数状态数 M M 。3 位二进制同步加法计数器：位二进制同
3、步加法计数器：00001111/14 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器：000111/1n 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器：数字电子计数器一、二进制同步计数器一、二进制同步计数器一、二进制同步计数器一、二进制同步计数器(一一) 3 3 位位位位二进制同步加法计数器二进制同步加法计数器FF2、FF1、FF0Q2、Q1、Q0设计方法一：设计方法一： 按前述设计步骤进行按前述设计步骤进行 （P270 271）设计方法二：设计方法二： 按计数规律进行级联按计数规律进行级联 CPQ2Q1Q0C0123456780 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11
4、1 01 1 10 0 0000000010C = Q2n Q1n Q0n Carry向高位的进位向高位的进位来一个来一个CP翻转一次翻转一次J0= K0 = 1当当Q0=1，CP到来即翻转到来即翻转J1= K1 = Q0当当Q1Q0=1，CP到来即翻转到来即翻转J2= K2 = Q1Q0= T0= T1= T2n 位二进制位二进制同步加法同步加法计数器计数器级联级联规律：规律：数字电子计数器J0= K0 =1J1= K1 = Q0J2= K2 = Q1Q0CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2串行进位串行进位CP1J1KC1FF011J1KC
5、1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2并行进位并行进位触发器触发器负载均匀负载均匀低位触发低位触发器负载重器负载重数字电子计数器B = Q2n Q1n Q0nBorrow若用若用T 触发器：触发器：(二二) 3 3 位位位位二进制同步减法计数器二进制同步减法计数器CPQ2Q1Q0B012345670 0 01 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 110000000 向高位发出的借位信号向高位发出的借位信号T0 = 1T1=Q0nT2= Q1n Q0n级联规律：级联规律：CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF1&BQ0Q1Q2Q0Q
6、1Q2数字电子计数器(三三) 二进制同步可逆计数器二进制同步可逆计数器单时钟输入二进制同步可逆计数器单时钟输入二进制同步可逆计数器加加/ /减减控制端控制端加计数加计数T0 = 1、T1= Q0n、 T2 = Q1nQ0n减计数减计数T0 = 1、T1= Q0n、 T2= Q1nQ0nCPQ01J1KC1FF01Q0Q21J1KC1FF2Q2Q11J1KC1FF1Q1U / D 1&1&1&1C/B数字电子计数器(四四) 集成二进制同步计数器集成二进制同步计数器1. 集成集成 4 位二进制同步加法计数器位二进制同步加法计数器1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10
7、 97416174161VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地地引脚排列图引脚排列图逻辑功能示意图逻辑功能示意图7416174161Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPCR D0 D1 D2 D30 0 0 00 0 1 1 0 0 1 1CR = 0Q3 Q0 = 0000同步同步并行置数并行置数 CR=1，LD=0，CP 异步异步清零清零Q3 Q0 = D3 D0 1) 74LS161数字电子计数器74161的状态表的状态表 输输 入入 输输 出出 注注CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0Q3n+1Q2
8、n+1Q1n+1Q0n+1CO 0 1 0 d3d2d1d0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0d3 d2 d1 d 计数计数 保保 持持 保保 持持 0清零清零置数置数CR = 1, LD = 1, CP ，CTP = CTT = 1 二进制同步加法计数二进制同步加法计数CTPCTT = 0CR = 1，LD = 1，保持保持若若 CTT = 0CO = 0若若 CTT = 1数字电子计数器74163的状态表的状态表 输输 入入 输输 出出 注注CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1CO 0 1 0 d3d2d
9、1d0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0d3 d2 d1 d 计数计数 保保 持持 保保 持持 0清零清零置数置数CR = 1, LD = 1, CP ，CTP = CTT = 1 二进制同步加法计数二进制同步加法计数CTPCTT = 0CR = 1，LD = 1，保持保持若若 CTT = 0CO = 0若若 CTT = 1 数字电子计数器2) CC4520双四位二进制同步加计数器双四位二进制同步加计数器VDD 2CR 2Q32Q22Q12Q02EN2CP1CP1EN1Q0 1Q1 1Q1Q31CR VSS1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 1
10、1 10 9CC4520CC4520CC4520CC4520Q0 Q1 Q2 Q3EN CP CR使能端使能端也可作也可作计数脉计数脉冲输入冲输入计数脉计数脉冲输入冲输入也可作也可作使能端使能端异异步步清清零零 输输 入入 输输 出出CR EN CPQ3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0加加 计计 数数加加 计计 数数 保保 持持 保保 持持 数字电子计数器3) 集成集成 4 位二进制同步可逆计数器位二进制同步可逆计数器74191（单时钟）（单时钟）7419174191Q0 Q1 Q2 Q3U/DLDCO/BOCPCTD0 D1 D2
11、 D3RC加计数时加计数时CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0n并行异并行异步置数步置数减计数时减计数时CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0nCT = 1,CO/BO = 1时，时，LD CT U/D CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 d3 d2 d1 d0 1 0 0 1 0 1 1 1 d3 d2 d1 d0加加 法法 计计 数数 减减 法法 计计 数数 保保 持持 数字电子计数器2 2、二进制异步计数器、二进制异步计数器、二进制异步计数器、二进制异步计数器(1) 异步加法计数器异步加法计数器CPQ0Q1Q2CP0 = CPCP1 = Q0CP
12、2 = Q1用用T 触发器触发器 (J = K = 1)下降沿下降沿触发触发C = Q2n Q1n Q0n1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21CCP&并行并行进位进位若采用若采用上升沿上升沿触发的触发的 T 触发器触发器CP0= CPCP1=Q0CP2=Q1数字电子计数器若改用若改用下降沿下降沿触发的触发的 D 触发器，触发器，如何实现如何实现？数字电子计数器(2) 二进制异步减法计数器二进制异步减法计数器CPQ2Q1Q00123456780 0 01 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10 0 0用用T 触发器触发
13、器 (J = K = 1) 上升沿触发上升沿触发CP0= CPCP1= Q0CP2= Q1B = Q2n Q1n Q0n二进制异步计数器级间连接规律二进制异步计数器级间连接规律计数规律计数规律T 触发器的触发沿触发器的触发沿上升沿上升沿下降沿下降沿加法计数加法计数CPi = Qi-1CPi = Qi-1减法计数减法计数CPi = Qi-1CPi = Qi-11Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21BCP&数字电子计数器1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 87419774197CT/LD Q2 D2 D0 Q0 CP1 地地VC
14、C CR Q3 D3 D1 Q1 CP07419774197Q0 Q1 Q2 Q3CRCP1D0 D1 D2 D3CP0CT/LD(3)(3) 集成二进制异步计数器集成二进制异步计数器74197、74LS197计数计数/ /置数置数异步清零异步清零异步置数异步置数加法计数加法计数二二 八八 十六进制计数十六进制计数数字电子计数器二二-八八-十六进制计数器的实现十六进制计数器的实现M = 2计数输出：计数输出：M = 8计数输出：计数输出：Q1Q1Q21J1KC1FF2Q21Q31J1KC1FF3Q3111J1KC1FF1CP1CP011J1KC1FF0Q0Q0M = 16计数输出：计数输出：其
15、它：其它：74177、74LS177、74293、74LS293 等。等。数字电子计数器4.5.3 4.5.3 十进制计数器十进制计数器十进制计数器十进制计数器（8421BCD 码）码）一、十进制同步计数器一、十进制同步计数器一、十进制同步计数器一、十进制同步计数器(一一) 十进制同步加法计数器十进制同步加法计数器00000001/00010/00011/00100/00101/00110/0011110001001/0/0/0/1状态图状态图状态图状态图时钟方程时钟方程时钟方程时钟方程输出方程输出方程输出方程输出方程0000000Q3nQ2nQ1nQ0n00 01 11 10 10 0001
16、 11 10C0数字电子计数器Q1nQ0nQ3nQ2n 00 01 11 100001 11 10Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 10 1 0 11 0 0 1 0 0 0 00 0 1 00 1 1 00 1 0 01 0 0 00 0 1 10 1 1 1 状态方程状态方程选择选择下降沿下降沿、JK 触发器触发器驱动方程驱动方程J0 = K0 = 1,J1= Q3nQ0n, K1= Q0J2 = K2 = Q1nQ0nJ3 = Q2nQ1nQ0n , K3 = Q0n 逻辑图逻辑图CP1KC1FF2&1JC1J1KC1FF01KC1FF3&1J1&Q1Q01KC
17、1FF1&1J&Q2Q3Q3检查能否自启动检查能否自启动将无效状态将无效状态1010 1111代入状态方程：代入状态方程：1010 1011 01001110 1111 10001100 1011 0100能自启动能自启动数字电子计数器(二二) 十进制同步减法计数器十进制同步减法计数器00001001/11000/00111/00110/00101/00100/0001100100001/0/0/0/0(略略)(三三) 十进制同步可逆计数器十进制同步可逆计数器(略略)数字电子计数器(四四) 集成十进制同步计数器集成十进制同步计数器1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11
18、 10 97416074160VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地地(引脚排列与引脚排列与74161相同相同)异步清零功能异步清零功能异步清零功能异步清零功能：同步置数功能同步置数功能同步置数功能同步置数功能：同步计数功能：同步计数功能：同步计数功能：同步计数功能：保持功能保持功能保持功能保持功能：进位信号保持进位信号保持进位输出低电平进位输出低电平1. 集成十进制同步加法计数器集成十进制同步加法计数器74160数字电子计数器2. 集成十进制同步可逆计数器集成十进制同步可逆计数器(1) 74190 (单时钟，引脚与单时钟，引脚与741
19、91相同相同)(2) 74192 (双时钟，引脚与双时钟，引脚与74193相同相同)数字电子计数器三、三、集成十进制异步计数器集成十进制异步计数器 74LS290 输输 入入 输输 出出 说明说明 R0A R0B S9A R9B CPQ3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 计计 数数 清零清零置置9数字电子计数器1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 87429074290S9A S9B Q2 Q1 地地VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3三三 集成十进制异步计数器集成十进制异步计数器74LS290异步
20、清零功能异步清零功能异步清零功能异步清零功能S9A S9BQ0 Q1 Q2 Q3R0B R0AM1=2M1 = 5CP0CP11 10 0 0 0异步置异步置异步置异步置“9”“9”功能功能功能功能1 11 0 0 1异步计数功能异步计数功能异步计数功能异步计数功能M = 2M = 5M = 10CPCPCPCP数字电子计数器同步置数同步置数异步异步清零清零六六进制进制计数器计数器七七进制进制计数器计数器4.4.5 4.4.5 N N 进制计数器进制计数器进制计数器进制计数器方法方法用触发器和门电路设计用触发器和门电路设计用集成计数器构成用集成计数器构成清零端清零端置数端置数端(同步、异步同步
21、、异步) 例例 利用利用EWB观察同步和异步归零的区别。观察同步和异步归零的区别。数字电子计数器一、利用同步清零或置数端获得一、利用同步清零或置数端获得 N 进制计数进制计数思思思思 路：路：路：路：当当 N进制计数到进制计数到 SN 1 后使计数回到后使计数回到 S0 状态状态2. 求归零逻辑表达式；求归零逻辑表达式；1. 写出状态写出状态 SN 1 的二进制代码；的二进制代码；3. 画连线图。画连线图。步步步步 骤：骤：骤：骤： 例例 用用4位二进制计数器位二进制计数器 74163 构成构成十二进制十二进制计数器。计数器。解：解：1. = 10112. 归零表达式：归零表达式：3. 连线图
22、连线图7416374163Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&同步清零同步清零同步置零同步置零数字电子计数器二、利用异步清零或置数端获得二、利用异步清零或置数端获得 N 进制计数进制计数 当计数到当计数到 SN 时，立即产生清零或置数信号，时，立即产生清零或置数信号， 使返回使返回 S0 状态。状态。（瞬间即逝）（瞬间即逝）思思思思 路：路：路：路：步步步步 骤：骤：骤：骤：1. 写出状态写出状态 SN 的二进制代码；的二进制代码；2. 求归零逻辑表达式；求归零逻辑表达式；3. 画连线图。画连线图。 例例 用二用二-八八-十六进制异步计数器十六进制异步计
23、数器74197构成十二进制计数器。构成十二进制计数器。7419774197Q0 Q1 Q2 Q3CP0D0 D1 D2 D3CRCPCPCP1LDCT/&状态状态S12的作用：的作用：产生归零信号产生归零信号异步清零异步清零异步置零异步置零数字电子计数器三三 计数容量的扩展计数容量的扩展1. 集成计数器的级联集成计数器的级联7416174161( (1 1) ) Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q77416174161( (0 0) )Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3
24、CP11111CO016 16 = 2567429074290( ( ( (个位个位个位个位) ) ) ) Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1CPCP74290 74290 ( ( ( (十位十位十位十位) ) ) ) Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q31 2 4 810 20 40 8010 10 = 100数字电子计数器例：试用例：试用7416074160组成百进制计数器。组成百进制计数器。串行进位方式（异步计数器）串行进位方式（异步计数器）并行进位方式（同步计数器）并行进位方式（同步计
25、数器）数字电子计数器2. 利用级联获得大容量利用级联获得大容量 N 进制计数器进制计数器1) 级联级联 N1 和和 N2 进制计数器，容量扩展为进制计数器，容量扩展为 N1 N2N1进制进制计数器计数器N2进制进制计数器计数器CP进位进位CCP 例例 用用用用 74290 74290 构成构成构成构成 六十六十六十六十 进制计数器进制计数器进制计数器进制计数器7429074290Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1CPCP7429074290 Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3N1= 10N2
26、 = 6个位个位个位个位十位十位十位十位异步清零异步清零异步清零异步清零个位芯片应逢十进一个位芯片应逢十进一60 = 6 60 = 6 10 10 = N= N1 1 N N2 2 = = N N 数字电子计数器2) 用用归零法归零法或或置数法置数法获得大容量的获得大容量的 N 进制计数器进制计数器 例例 试用试用 74161 接成六十进制计数器。接成六十进制计数器。Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q77416174161(0)(0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111
27、CO07416174161(1)(1)用用 S SN N 产生产生异步清零异步清零异步清零异步清零信号：信号：用用 S SN N 1 1 产生产生同步置数同步置数同步置数同步置数信号：信号：&11&先用两片先用两片74161构成构成 256 进制计数器进制计数器数字电子计数器74162 同步清零，同步置数同步清零，同步置数同步清零，同步置数同步清零，同步置数。再用归零法将再用归零法将M = 100改为改为N = 60进制计数器，进制计数器，即用即用SN1产生产生同步同步清零、置数信号。清零、置数信号。先用两片先用两片74162构成构成 10 10 进制计数器，进制计数器，Q0 Q1 Q2 Q3
28、CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q77416274162(0)(0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO07416274162(1)(1)11&数字电子计数器例：试用两片例：试用两片7416074160实现实现5454进制计数器。进制计数器。解：解：M=54M=54，7416074160是具有异步清零、同步置数的十进制计是具有异步清零、同步置数的十进制计数器。数器。整体置数法整体置数法计数：计数：0 05353。5 53 30 1 0 1 0 0 1 1 Q3Q2Q1Q0数字电子计数器分
29、解法分解法M=54=69M=54=69，用两片，用两片7416074160分别构成六进制和九进制，然后级联即可。分别构成六进制和九进制，然后级联即可。六进制六进制九进制九进制数字电子计数器1. 同步同步同步同步 清零清零( (或置数或置数) )端计数终值为端计数终值为 S SN N 1 1 异步异步异步异步 清零清零( (或置数或置数) )端计数终值为端计数终值为 S SN N2. 用集成用集成 二进制二进制二进制二进制 计数器扩展容量后，计数器扩展容量后， 终值终值 SN ( (或或 SN1 ) )是是二进制代码二进制代码二进制代码二进制代码；用集成用集成十进制十进制十进制十进制计数器扩展容量后，计数器扩展容量后，终值终值 SN ( (或或SN1 ) )的代码由个位、十位、的代码由个位、十位、百位的百位的十进制数十进制数十进制数十进制数对应的对应的 BCD BCD 代码代码代码代码构成。构成。要要 点点数字电子计数器作业4554564584511数字电子计数器
