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2、计数器的分类计数器的分类按脉冲输入方式，分为同步和异步计数器按脉冲输入方式，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、减法和可逆计数器按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器15-1 15-1 概概 述述1、计数器的逻辑功能计数器的逻辑功能 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。运算等等。第1页/共48页同步计数器同步计数器异步计数器异步计数器加计数器加计数器减计数器减计数器可逆计数器可逆计数器二进制计数器二进制计数器非二进制计数器非二进制计数器 十进制计数器十进制计数器 任意进制计数器任意进制计数器加计数器加计数器减计数器减计数器可逆计数器可逆计数器二进制计数器二进制计数器非二进制计数器非二进制计数器 十进制计数器十进制计数器 任意进制计数器任意进制计数器计数器的分类计数器的分类第2页/共48页15-2 集成计数器同步计数器的特点：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在同步计数器内部，各个触发器都受同一时钟脉冲钟脉冲输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为同时的，故被称为“同步计数器同步计数器”。（一）同步二进制加法集成计数器74161 同步计数器同步计数器第3页/共48页74LS161逻辑功能表逻辑功能表异步清零异步清零保持原有状态不变保持原有状态不变计数计数在在CP上升沿，上升沿，进行同步4位二进制加法计数。同步并行预置数据同步并行预置数据0000*数数计计11110持持保保011*持持保保011*D0D1D2D3D0D1D2D301000000COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPETEP进进位位计计 数数预置数据输入预置数据输入时钟时钟使能使能预置预置清零清零输输 出出输输 入入D3 D2 D1D0CO=ETQ3Q2Q1Q0第4页/共48页(2)(2)时序图时序图CO=ETQ3Q2Q1Q00000001110110111111100001000010001000100010001000011第5页/共48页（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同步十进制加法集成计数器74160的功能的功能表同表同74161，只是其计数进制为十进制，只是其计数进制为十进制第6页/共48页（三）十进制可逆集成计数器（三）十进制可逆集成计数器74LS192逻辑符号逻辑符号功能表功能表特点：特点：双时钟输入双时钟输入CP+、CP-，上升沿上升沿有效。有效。异步清异步清0端端Cr，高电平高电平有效。有效。异步预置控制端异步预置控制端LD，低电平低电平有效。有效。进位输出进位输出OC、借位输出、借位输出OB分开。分开。第7页/共48页（）二二-五五-十进制计数器十进制计数器 74LS90A、结构和工作原理简介、结构和工作原理简介 异步计数器异步计数器异步计数器的特点：异步计数器的特点：在异步计数器内部，有的在异步计数器内部，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则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为一，故被称为“异步计数器异步计数器”。第8页/共48页74LS90 内部含有两个独立的内部含有两个独立的 计数电路：计数电路：一个是模一个是模 2 计数器计数器(CP0为其时钟，为其时钟，Q0为其输出端为其输出端)，另一个是模，另一个是模 5 计数器计数器(CP1为为其时钟，其时钟，Q3Q2Q1为其输出端为其输出端)。外部时钟外部时钟CP是先送到是先送到CP0还还 是先送到是先送到CP1，在，在Q3Q2Q1Q0这四这四个输出端会形成不同的码制。个输出端会形成不同的码制。Q2Q0JKQ1JKJKQ3Q3JKCP0CP1R 0(1)R 0(2)S 9(2)S 9(1)Q0Q1Q2Q3&第9页/共48页CP0CP1R 0(1)R 0(2)S 9(2)S 9(1)NCNC VCCQ0Q3Q1Q2GND123456714131211109874LS9074LS 90管脚分布图管脚分布图CP0CP1Q0Q1Q2Q3S 9(2)S 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90功能示意功能示意图图第10页/共48页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 计数状态计数状态74LS 90功能表功能表 X 0 1 1 1 0 0 1 第11页/共48页情况一：情况一：计数时钟先进入计数时钟先进入CP0时的计数编码。时的计数编码。CP0CPCP1Q1Q3Q2Q025Q3 Q2 Q1 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0Q3 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：结论：上述连接方式形成上述连接方式形成 8421 码码。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 十进十进 制数制数第12页/共48页情况情况 二：二：计数时钟先进入计数时钟先进入CP1时的计数编码。时的计数编码。CP0CPQ02CP1Q1Q3Q25Q3 Q2 Q1 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0结论：结论：上述连接方式形成上述连接方式形成 5421 码。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 十进十进 制数制数第13页/共48页 1.异步级联异步级联 用用前前一一级级计计数数器器的的输输出出作作为为后后一一级级计计数数器器的的时时钟钟信信号号。这这种种信信号号可可以以取取自自前前一一级级的的进进位位(或或借借位位)输输出出，也也可可直直接接取取自自高高位位触触发发器器的的输输出出。此此时时若若后后一一级级计计数数器器有有计计数数允允许许控控制制端端，则则应应使使它它处处于于允允许许计计数数状状态态。下下图图是是两两片片74LS90按按异异步步级联方式组成的级联方式组成的 1010=100进制计数器。进制计数器。15-3 集成计数器集成计数器组成组成任意进制计数器任意进制计数器集成计数器的级联第14页/共48页74LS90的级联扩展的级联扩展 0011第15页/共48页 2.同步级联同步级联 这这种种方方式式一一般般是是把把各各计计数数器器的的CP端端连连在在一一起起接接统统一一的的时时钟钟脉脉冲冲，而而低低位位计计数数器器的的进进位位输输出出送送高高位位计计数数器器的的计计数数控控制制(使能使能)端。端。第16页/共48页 集成计数器可以加适当反馈电路后构成任意模值计数器。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：任意进制计数器的构成方法任意进制计数器的构成方法一种是清一种是清0法法(或称复位法或称复位法)另一种是置数法另一种是置数法(或称置数法或称置数法)。第17页/共48页 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”。第18页/共48页4位二进制计数器状态表00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3电路状态计数顺序异步异步清零清零例例1 利用异步清零输入端利用异步清零输入端,用用74161构成构成九进制加计数器。九进制加计数器。第19页/共48页工作波形工作波形状态图状态图第20页/共48页 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。第21页/共48页4位二进制计数器状态表00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3电路状态计数顺序同步同步置零置零例例2 利用同步置数端利用同步置数端,用用74161构成九进制加计数构成九进制加计数器器(1)第22页/共48页工作波形工作波形状态图状态图第23页/共48页4位二进制计数器状态表00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3电路状态计数顺序用反馈置数法构成九进制加法计数器用反馈置数法构成九进制加法计数器(2)(2)10 11第24页/共48页12345678910波形图：波形图：该计数器的模为该计数器的模为9 9。第25页/共48页 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第26页/共48页 【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。第27页/共48页 例模 60 计数器逻辑图 大模分解法第28页/共48页 整体置数法1: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 法第29页/共48页 例模 60 计数器逻辑图 CO整体置数法 整体置数法2：图为CO整体置数法逻辑图，计数范围为 196255，计到 255(CO=1)时使两片LD均为 0，下一个CP来到时置数，预置输入=256-M=(196)10=(11000100)2。第30页/共48页例例2 2 用7416074160组成4848进制计数器。先将两芯片采用同步级联方式连接成100100进制计数器，然后再用异步清零法组成了4848进制计数器。解解：因为N4848，而7416074160为模1010计数器，所以要用两片7416074160构成此计数器。第31页/共48页 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。第32页/共48页例例3：74LS90构成构成BCD码码六六进制计数器。进制计数器。CP0CP1Q0Q1Q2Q3S 9(2)S 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90方法：令方法：令 R0(1)=Q1，R0(2)=Q2CPQ3 Q2 Q1 Q00 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 5 0110 0000R0(1)和和R0(2)同时为同时为“1”，S9(1)和和S 9(2)中至少有一个必须为中至少有一个必须为“0”时，它才进入时，它才进入“清零状态清零状态”；第33页/共48页集成计数器的应用举例集成计数器的应用举例 例1：顺序脉冲发生器第34页/共48页例例2、序列信号发生器序列信号发生器在在CP的作用下，的作用下，Y端产生端产生00010111循环序列信号循环序列信号如要求如要求Y端产生端产生10110010循环序列信号，如何改变电路的连接？循环序列信号，如何改变电路的连接？0 1 1CP74LS151 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 EN CBAYD7 第35页/共48页例例3：数字频率计原理电路的设计。数字频率计原理电路的设计。清零清零计数计数1 秒钟秒钟显示显示第36页/共48页数字频率计原理图数字频率计原理图1Hz!计数器：计数器：用于确定用于确定清零、计清零、计数、显示数、显示的时间。的时间。根据计数器根据计数器的状态确定的状态确定何时清零、何时清零、何时计数、何时计数、何时显示。何时显示。被测信号被测信号译码显示译码显示74 LS 90&Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手动手动自动自动ux手动清零手动清零CPR 0(1)R 0(2)CP0&第37页/共48页Q2Q1Q0=001、101时：时：ux作为作为CP0被被送入计数器送入计数器进行计数进行计数1.计数显示部分计数显示部分1110译码显示译码显示74 LS 90&Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手动手动自动自动ux手动手动清零清零CPR 0(1)R 0(2)CP0&第38页/共48页Q2Q1Q0=100、000时：时：计数器清零计数器清零译码显示译码显示74 LS 90&Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手动手动自动自动ux手动手动清零清零CPR 0(1)R 0(2)CP01011&第39页/共48页译码显示译码显示74 LS 90&Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手动手动自动自动ux手动手动清零清零CPR 0(1)R 0(2)CP0Q2Q1Q0=010、011、111、110时：时：ux被封锁，计被封锁，计数器输出保持。数器输出保持。00&第40页/共48页2.循环计数器部分循环计数器部分自动时自动时:译码显示译码显示74 LS 90&Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手动手动自动自动ux手动清零手动清零CPR 0(1)R 0(2)CP0Q2 Q1 Q00 0 10 1 11 1 11 1 01 0 0Q2Q1Q0组成五进组成五进制计数器：制计数器：计数计数清零清零显示显示&第41页/共48页手动时：手动时：Q2Q1Q0的状态的状态转换关系转换关系000001011111计数计数显示显示手动清零手动清零译码显示译码显示74 LS 90&Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手动手动自动自动ux手动清零手动清零CPR 0(1)R 0(2)CP0&第42页/共48页自动测量过程：自动测量过程：000001011111110100手动清零手动清零计数计数显示显示显示显示显示显示自动清零自动清零1秒秒3秒秒1秒秒手动测量过程：手动测量过程：手动清零手动清零计数计数显示显示显示显示0000010111111秒秒第43页/共48页例例4.电子表电路。电子表电路。功能说明：功能说明：2.只显示只显示 1、2、3、9、10、11、12，十位不显，十位不显示示“0”!1.只计只计 12 个小时；个小时；小时脉冲小时脉冲 QA QDQCQB Q 显示结果显示结果 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 2 2 0 0 0 1 1 3 3 0 0 1 0 0 4 4 0 0 1 0 1 5 5 0 0 1 1 0 6 6 0 0 1 1 1 7 7 0 1 0 0 0 8 8 0 1 0 0 1 9 9 1 0 0 0 0 1 0 10 1 0 0 0 1 1 1 11 1 0 0 1 0 1 2 12 1 0 0 1 1 1 3 0 0 0 0 1 1十位十位个个 位位清零清零第44页/共48页如何实现如何实现?小时脉冲小时脉冲 QA QDQCQB Q 显示结果显示结果 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 2 2 0 0 0 1 1 3 3 0 0 1 0 0 4 4 0 0 1 0 1 5 5 0 0 1 1 0 6 6 0 0 1 1 1 7 7 0 1 0 0 0 8 8 0 1 0 0 1 9 9 1 0 0 0 0 1 0 10 1 0 0 0 1 1 1 11 1 0 0 1 0 1 2 12 1 0 0 1 1 1 3 0 0 0 0 1 1十位十位个个 位位清零清零CLR=QAQBQR 0(1)=QAQBQR 0(2)=1第45页/共48页数数字字表表整整体体框框图图Q0Q3Q2Q1QD C B A74LS48显示显示显示显示bc 7 4 L S 9 07个位个位十位十位74LS20置一置一清零清零小时脉冲小时脉冲 JK1&第46页/共48页 第15讲结 束第47页/共48页感谢您的观看。第48页/共48页