数字电路PPT课件第六章.ppt
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1、数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计第六章第六章 时序逻辑电路时序逻辑电路(二二)西安邮电学院西安邮电学院“校级优秀课程校级优秀课程”6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器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:计数器设计步骤如下:1.1.根据设计要求,确定有效状态;根据设计要求,确定有效状态;2.2.2.2.画状态转移图;画状态转移图;3.3.3.3.选择集成器件,查看器件功能表;选择集成器件,查看器件功能表;4.4.选择合适的反馈形式和反馈信号;选择合适的反馈形式和反馈信号;5.5.5.5.画逻辑电路图;画逻辑电路图;6.6.6.6.画出工作波形图(可选)。画出
2、工作波形图(可选)。一、利用同步计数器实现任意模一、利用同步计数器实现任意模M M计数器计数器的方法:的方法:(一)利用清除端的复位法。一)利用清除端的复位法。(反馈清零法反馈清零法)(二)利用置入控制端的置位法。(二)利用置入控制端的置位法。(同步预置法同步预置法)1.1.MN,NMN,N为单片计数器的最大计数值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。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,N2.MN,N为多片计数器级联后的最大计数值为多片计数器级联后的最大计数值当要实现的模值当要实现的模值M M超过单片计数器的计数范围时,必须首先将超过单
3、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(多片计数器级联,以扩大计数范围(N=10N=10n n 或或1616n n),然后利),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 M计数器。计数器。多片多片74160 74160、7416274162级联,级联,N=10N=10n n多片多片74161 74161、7416374163级联,级联,N=16N=16n n6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器采用中规模集成器件设计任意进制计数器 6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器采用中规模
4、集成器件设计任意进制计数器 1.MN,N1.MN,N为单片计数器的最大计数值为单片计数器的最大计数值 当计数至当计数至S SM M时,利用时,利用S SM M状态产生一清除信状态产生一清除信号,加到清号,加到清0 0端,使计数器返回到端,使计数器返回到S S0 0状态,从而实状态,从而实现模现模M M的计数器。的计数器。(一)反馈清零法一)反馈清零法I.I.确定有效状态(必须从全确定有效状态(必须从全0 0开始);开始);II.II.产生异步清除端信号产生异步清除端信号 ;III.III.画逻辑图。画逻辑图。设计方法设计方法:例:例:应用应用4 4位二进制同步计数器位二进制同步计数器74161
5、74161实现实现模模1010计数器,要求采用计数器,要求采用清除端复位法。清除端复位法。分析:分析:根据设计要求,确定各种状态根据设计要求,确定各种状态0 09 9;画状态转移图;画状态转移图;(一)反馈清零法一)反馈清零法6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器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:计数器状态转移图为:注意:用来清注意:用来清0 0的瞬态为的瞬态为M M,该状态一经出现马上消失。,该状态一经出现马上消失。(一)反馈清零法一)反馈清零法6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器采用中规模集成器件设计任意进制计数器 为什么为什么10101010
6、状态不算在主循环状态不算在主循环内,用波形图说明内,用波形图说明画出电路原理图画出电路原理图同步计数器最低位同步计数器最低位Q Q0 0在在CPCP翻转。先画最低位翻转。先画最低位Q Q0 0。当第十个脉冲上升沿到达后当第十个脉冲上升沿到达后Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 01010,/CR1010,/CR0 0。只要。只要/CR=0,/CR=0,计数计数器强制置器强制置0 0。10101010只能使只能使Q Q3 3Q Q1 1出现一个很窄的小毛刺。出现一个很窄的小毛刺。缺点缺点:Q:Q1 1输出波形上有毛刺。造成输出波形上有毛刺。造成/CR/CR脉冲宽度太窄,清脉冲宽度太窄,
7、清0 0不可靠。不可靠。&CPD D3 3D D2 2D D1 1D D0 0Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 0C CO OCTCTP PCTCTT T741611(一)反馈清零法一)反馈清零法6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器采用中规模集成器件设计任意进制计数器 6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器采用中规模集成器件设计任意进制计数器&0&D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 0C CO OCTCTP PCTCTT T74161当第十个当第十个CPCP到来:到来:1 0 11G1G2G3010当第
8、十个当第十个CPCP到来:到来:01 在在第第十十个个CPCP的的作作用用下下,Q Q端端输输出出的的清清0 0信信号号宽宽度度和和计计数数脉脉冲冲CP=1CP=1的的持持续续时时间间相相同同。足足以以保保证各级触发器能正常工作。证各级触发器能正常工作。基本触发器基本触发器Q=0Q=0,/CR=0,/CR=0,使使Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 0=0000=0000。基本触发器基本触发器Q=1Q=1,/CR=1/CR=1。0 0 0100加基本加基本RSRS触发器,使触发器,使/CR /CR 脉冲宽度变宽脉冲宽度变宽CP1(一)反馈清零法一)反馈清零法工作波形图:工作波形图:1
9、 12 23 34 45 56 67 78 89 9 1010(一)反馈清零法一)反馈清零法(二二)同步预置法:同步预置法:利用置数端,以利用置数端,以置入某一固定二进制数值置入某一固定二进制数值的方法,从而使的方法,从而使N N进制计数器跳跃进制计数器跳跃(N-M)(N-M)个状态,实现模值为个状态,实现模值为M M的计数器。的计数器。设计方法:设计方法:确定有效状态(连续的确定有效状态(连续的M M个状态)个状态)确定置入数据(由第确定置入数据(由第1 1个状态确定)个状态确定)产生同步置入端信号(由最后产生同步置入端信号(由最后1 1个状态确定)个状态确定)画逻辑图画逻辑图1.MN,N1
10、.MN,N为单片计数器的最大计数值为单片计数器的最大计数值6.56.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器采用中规模集成器件设计任意进制计数器 例、用例、用7416174161的置入控制端构成的置入控制端构成8 8进制计数器进制计数器(方法(方法1 1)若计数从若计数从Q QD DQ QC CQ QB BQ QA A=0000=0000开始则有效状态为开始则有效状态为 0000 0001 0010 0011 0000 0001 0010 0011 0111 0110 0101 0100 0111 0110 0101 0100 置入数据为置入数据为DCBA=0000DCBA=0000同步置入信号
11、同步置入信号(二二)同步预置法同步预置法例、用例、用7416174161的置入控制端构成的置入控制端构成8 8进制计数器进制计数器(方法(方法2 2)若计数从若计数从Q QD DQ QC CQ QB BQ QA A=0001=0001开始则有效状态为开始则有效状态为 0001 0010 0011 0100 0001 0010 0011 0100 1000 0111 0110 0101 1000 0111 0110 0101 置入数据为置入数据为DCBA=0001DCBA=0001同步置入信号同步置入信号(二二)同步预置法同步预置法例、用例、用7416174161的置入控制端构成的置入控制端构成
12、8 8进制计数器进制计数器(方法(方法3 3)利用进位信号利用进位信号C CO O来控制同步置入端则有效状态为来控制同步置入端则有效状态为 Q QD DQ QC CQ QB BQ QA A 1000 1001 1010 1011 1000 1001 1010 1011 1111 1110 1101 1100 1111 1110 1101 1100 置入数据为置入数据为DCBA=1000 DCBA=1000 同步置入信号同步置入信号(二二)同步预置法同步预置法例:用四位同步二进制计数器例:用四位同步二进制计数器7416174161设计设计8421BCD8421BCD码计数器。码计数器。解:解:8
13、421BCD8421BCD码计数器的状态转移图如图所示码计数器的状态转移图如图所示 从状态转移图可以看出,当计数器的状态为从状态转移图可以看出,当计数器的状态为10011001时,时,7416174161不再执行计数功能,而是要执行置数功能,使不再执行计数功能,而是要执行置数功能,使161161跳跳过过6 6个状态,使个状态,使10011001的下一个状态为的下一个状态为00000000。可以得到:可以得到:D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0=0000=0000 画出逻辑图如图画出逻辑图如图 D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0=0000=0000 例:用四位同步二进
14、制计数器例:用四位同步二进制计数器7416174161设计设计8421BCD8421BCD码计数器。码计数器。例:用四位同步二进制计数器例:用四位同步二进制计数器7416174161设计余设计余3BCD3BCD码计数器。码计数器。解:余解:余3BCD3BCD码计数器的状态转移图如图所示码计数器的状态转移图如图所示D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0=0000 =0000 画出逻辑图画出逻辑图 置置00000000法:法:例如,设计例如,设计M10M10计数器,预置数为计数器,预置数为00000000,置数信号为,置数信号为10101 19 9,即即:Q:Q3 3Q Q2 2Q Q1
15、 1Q Q0 0=1001,=1001,例如,设计例如,设计M12M12计数器,预置数为计数器,预置数为00000000,置数信号为,置数信号为12121 11111,即即:Q:Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 0=1011,=1011,置置0000-11110000-1111之间任意数法:之间任意数法:从所置入数对应状态开始顺序数到从所置入数对应状态开始顺序数到M M个状态,利用此状态产生置个状态,利用此状态产生置数信号数信号/LD/LD。例如,设计例如,设计M12M12计数器,假定预置数为计数器,假定预置数为8 8,从,从8 8数到数到1212个状态,与个状态,与第第1212个状态
16、相对应的数,即为置数信号。个状态相对应的数,即为置数信号。由由3 3(00110011)产生置数译码信号,)产生置数译码信号,计数模值计数模值M M,就由,就由M M-1-1组成置数信号。组成置数信号。2 2)MN,NMN,N为多片计数器级联后的最大计数值为多片计数器级联后的最大计数值当要实现的模值当要实现的模值M M超过单片计数器的计数范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,以扩大围时,必须首先将多片计数器级联,以扩大计数范围(计数范围(N=10N=10n n 或或1616n n)。级联的方法可采)。级联的方法可采用计数器的扩展(级联)。用计数器的扩展(级联)。然后利用整体同
17、步置入端然后利用整体同步置入端LDLD的置数法和利的置数法和利用整体清除端用整体清除端CRCR复位法构成模复位法构成模M M计数器。计数器。多片多片74160 74160、7416274162级联,级联,N=10N=10n n多片多片74161 74161、7416374163级联,级联,N=16N=16n n 7416074160是模是模1010计数器,要实现模计数器,要实现模853853计数,须用三片计数,须用三片7416074160级联。级联。用异步清用异步清0 0法法,使计数器计数脉冲输入到第,使计数器计数脉冲输入到第853853个脉冲时产整体置个脉冲时产整体置0 0信号信号 使计数器
18、返回到初始状态使计数器返回到初始状态00000000。利用各片间进位信号快速传递方法,组成计数模值为利用各片间进位信号快速传递方法,组成计数模值为10001000计数器。计数器。先设计模先设计模10001000计数器计数器:M=MM=M1 1MM2 2 MM3 3=10=10 10 10 10=100010=1000计数范围计数范围:08520852共共853853个状态个状态 第第853853个状态个状态产生异步清产生异步清0 0译码信译码信号号。所以第所以第853853个个状态不计算在主循环状态不计算在主循环内内&CPCP1 1D D3 3D D2 2D D1 1D D0 08 8 4 4
19、 2 2 1 1C CO OCTCTP PCTCTT T74160(1)74160(1)CPCPD D3 3D D2 2D D1 1D D0 08 8 4 4 2 2 1 1C CO OCTCTP PCTCTT T74160(2)74160(2)CPCPD D3 3D D2 2D D1 1D D0 08 8 4 4 2 2 1 1C CO OCTCTP PCTCTT T74160(3)74160(3)CPCP(一)反馈清零法(一)反馈清零法先将两片先将两片7416174161级联成级联成M=MM=M1 1XMXM2 2=256=256计数器,然后用整体置计数器,然后用整体置数法组成模数法组成模
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