数字电路与逻辑设计：第6章 时序逻辑电路 3

假设用74163设计M=12的计数器：
假设用74163设计M=12的计数器：
状态转移表1
Q3 Q2 Q1 Q0
00 00
00 01
00 10
00 11
01 00
01 01
01 10
01 11
10 00
10 01
10 10
10 11
1 1
1 1
0 0
0 1
跳过
1 1 1 0 状态
11 11
状态转移表2
T
1
LD D3 D2 D1 D0 CP
CP
&
复“0”法
QCC Q3 Q2 Q1 Q0 P
1
CR 74161
T
1
LD D3 D2 D1 D0 CP
CP
状态转移表2
Q3 Q2 Q1 Q0 状态转移路线
00 00
0 0 0 1 跳过状态 00 10
00 11
01 00
01 01 01 10
Q CC Q 3 Q 2
1
计数模式
1 CP
②预置0法
预置数为全“0”。
其反馈状态或终止状态的计算是： 同步预置加计数：反馈状态为M-1。 异步预置加计数：反馈状态为M。
例6.5.3 试用74161用预置0法设计M=6的计数器。
C
解：74161为同步置数方式，反馈状态为： SM-1，即：S5， 5=(0101)2，
&
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
n n n n+1 n+1 n+1
Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q1 J3 K3 J2 K2 J1 K1
0 0 0 0 0 1 0Ø0Ø1Ø 0 0 1 0 1 0 0 Ø 1 ØØ 1 0 1 0 0 1 1 0 ØØ 0 1 Ø 0 1 1 1 0 0 1 ØØ 1 Ø 1 1 0 0 0 0 0 Ø1 0 0 0Ø 偏1 0 1 0 1 1 Ø 1 1 Ø Ø 0
M=？
预置条件：LD=Q2 预置数：Q3100
Q3 Q2 Q1 Q0 LD
00000 01001 01011 01101 01111 10000 11001 11011 11101 11111
模10计数器。
(3)计数器的扩展（级联）
①扩展方案：(以2个N进制计数器扩展为例） a. N′=N2 N2 >M M
离
状1 1 0 0 1 0 Ø 1 Ø 0 0 Ø 态1 1 1 0 0 1 Ø 1 1 Ø Ø 0
(3)求各触发器的激励函数
J 3 Q2n Q1n J2 Q1n J1 Q3n
K3 1 K 2 Q1n K1 Q3n
1
2
(4)作逻辑图
Q3
1J & C1 R 1K
Q2
1J
C1 R 1K
MSI计数器
• 74LS161 四位二进制（模16）同步加法计数器 • 74LS163 四位二进制（模16）同步加法计数器 • 74LS160 十进制（模10）计数器
三、任意进制计数器
掌握任意进制同步计数器分析和设计方法，了解任 意进制异步计数器分析和设计方法。
任意进制计数器的实现： 1）用触发器和逻辑门设计； 2）用MSI计数器构成。（重点）
10
Q2
10
Q3
0
RD
0
CR
0
图6.5.16 (b)波形图
例3 试用74163用复0法设计M=6的计数器。 解：74163为同步复0方式，起跳状态为S5， 即：(0101)2。电路图如下所示：
&
Q CC Q 3 Q 2
Q1 Q0 P
1
CR
74163
T
1
1
LD D3 D2
D 1 D 0 CP
CP
图6.5.14 (c)同步复0法
CR
74160 (2 )
T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
1
1
1
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
CR
74160 (1 )
T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
CP
1
级联后的计数器：M=256
M=?
状态转移：00-(4B)H （(4C)H是瞬态） M= 76
M=?
芯片I的状态转移： 0011-1001 芯片II的状态转移：1100-1111 M1=7 M2=4 M=M1M2=28
解：74161为同步置数方式。 反馈状态为：
SM-2，即：S10， 10=(1010)2，
表6.5.12 状态转移表
Q3 Q2 Q1 Q0 状态转移路线
00 00
00 01
00 10
00 11
01 00
01 01
01 10
01 11
10 00
10 01
10 10
起跳状态
1 0 1 1跳
1 1 0 0过
状态转移表1
Q3 Q2 Q1 Q0 状态转移路线
00 00
00 01
00 10
1
00 11 01 00 01 01 01 10 01 11
10 00
10 01
10 10 10 11
起跳状态
11 00
1 1
1 1
0 1
1 0
跳过状态
11 11
1
&
预置“0”法
QCC Q3 Q2 Q1 Q0 P
1
CR
74161
01 10
01 11
10 00
1
10 01
10 10
起跳状态
1 0 1 1跳
1 1 0 0过
1 1 0 1状
1 1 1 0态
11 11
&
1 1
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
1
CR
74161
T
1
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
CP
1111
置最大数法
M=？
M=12
M=13
M=？ M=9 （0110-1110）
Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 跳过 00 01 0 0 1 0 状态 00 11 01 00 01 01 01 10 01 11 10 00 10 01 10 10 10 11 11 00 11 01 11 10 11 11
状态转移表3
Q3 Q2 Q1 Q0 00 00 00 01 00 10 00 11 01 00 01 01 01 10 01 11 10 00 10 01 10 10 1 0 1 1跳 1 1 0 0过 1 1 0 1状 1 1 1 0态 11 11
进进位位 &
&
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
CR
74160 (2 )
T
1
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
1
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
CR
74160 (1 ) T
1
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
CP
图6.5.23 例6.5.5的整体复0法
• 利用同步计数器的进位输出端，可以方便地实现 计数器的级联。
CP
图6.5.14 (a)异步复0法
表6.5.10 图6.5.14(a)电路的状态转移表
Q3 Q2 Q1 000 000 001 001 010 010 0 1/0 1/0
Q0 状态转移路线 0
1
0
1
0
1
0
起跳状态
1 23 4 56 CP Q0 Q1 Q2 Q3 CR
图6.5.15 图6.5.14(a)电路的工作波形图
SM-1
SM
SN-1
异步复“0”时起跳状态为M； 同步复“0”时起跳状态为M-1。
例1 试用74161用复0法设计M=6的计数器。
解：74161为异步复0方式，起跳状态为S6，
即：(01104 )2。
5
电路图如下：
&
Q CC Q 3 Q 2
Q1 Q0 P
1
CR
74161
T
1
1
LD D3 D2
D 1 D 0 CP
利用一个基本RS触发器 CR 0暂存一下，从而保证复
零信号有足够的5 作用时间，使计数器能够可靠6复零。
&
Q CC Q 3 Q 2
Q1 Q0 P
1
CR
74161
T
1
1
LD D3 D2
D 1 D 0 CP
CP
Q
Q
& &
RD
SD
图6.5.16 能可靠复0的异步复位电路
1 23 456 CP
Q0
0
Q1
Q1
1J
C1 R 1K
CP
J 3 Q2n Q1n J2 Q1n J1 Q3n
K3 1 K 2 Q1n K1 Q3n
清清“0“” 0”
2.用MSI二、十进制计数器构成任意进制计数器 N进制 N>M M进制
指导思想：顺序计数的过程中跳跃N-M个状态。 (1)复0法（利用复位端）
S0 S1 S2
1 1 0 1状
1 1 1 0态
11 11
1 1
&
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
1
1
CR
74161
T
1
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
CP
1111
图6.5.19 例6.5.4的电路图
小结利用MSI实现任意进制计数器
利用集成计数器的清零端和置数端，可以构成按自然态序 进行计数的M进制计数器。
进进位位 &
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
1
CR
74160 (2 )
T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
1
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
1
CR
74160
(1 ) T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
CP
图6.5.22 例6.5.5的整体预置0法
解法2：采用整体复0法，如图6.5.23所示。
假设用模N的MSI计数器设计模N的计数器。 M<N：复0法、置数法 M>N：级联法
1.用触发器和逻辑门设计任意进制计数器 例 6.5.1 试用JKFF和与非门设计按自然二进制 码计数的M=5的同步加法计数器。
解：(1)求触发器级数
n log2 M
取 n=3 。
(2)列综合表
表6.5.9 例6.5.1的综合表
Q1 Q0 P
1
1
01 11
1
CR
74161
T
1
10 00 10 01
LD D3 D2
D 1 D 0 CP
CP
10 10
10 11
11 00
01
00
11 01
11 10 11 11
起跳状态
置最小数法
状态转移表3
Q3 Q2 Q1 Q0 状态转移路线
00 00
00 01
00 10
00 11
01 00
01 01
试分析下图所示电路的分频比(即Y与CP的分频比)。
两片74l61组成了120(10)进制计数器。 状态转移：00-(77)H 电路输出端的D触发器接成了T′触发器，即2分频电路。 所以：M=240。 Y与CP的分频比为1：240。
ห้องสมุดไป่ตู้
1
1
CR
74161
T
1
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
CP
图6.5.18 例6.5.3的电路图
③置最大数法
预置数为计数器的工作循环中的最大值。
其起跳状态的计算是： 同步预置加计数：起跳状态为M-2。 异步预置加计数：起跳状态为M-1。
例6.5.4 试用74161用置最大数法设计M=12的计数器。
• 同步方式：这种方式一般是把各计数器的CP端连 在一起接统一的时钟脉冲，而低位计数器的进位 输出送高位计数器的计数控制端。
• 异步方式：将低位计数器的进位输出直接作为高位 计数器的时钟脉冲，工作速度较慢。
• 思考：图中的74160换成74161后，为模几的计数器？
1
进进位位
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
最小数的算法如下： • 同步预置加法计数：最小数=N-M • 异步预置加法计数：最小数=N-M-1
例6.5.2 试用74161用置最小数法实现M=12的计数器。
解：74161为同步置数方式。 最小数为： N-M=16-12=4 =(0100)2。
表6.5.11 状态转移表
Q3 Q2 Q1 Q0 状态转移路线 00 00
CP
1
1
图6.5.20 异步级联
74160(2) 74160(1) 0000 0000 0000 0001
0000 1001
… …
74160(2) 74160(1) 0001 0000
1001 0000
1001 0000
级联后的计数器：M=100
进进位位
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
0 0 0 1 跳过状态 00 10
00 11
01 00
01 01
01 10
01 11
10 00
10 01
10 10
10 11
11 00
11 01
11 10 11 11
起跳状态
1
Q CC Q 3 Q 2
Q1 Q0 P
1
CR
74161
T
LD D3 D2
D 1 D 0 CP
01
00
图6.5.17例6.5.2的电路图
CR
74160 (2 )
T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
1
1
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
CR
74160
(1 ) T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
1
CP
图6.5.21 同步级联
级联后的计数器：M=100
例6.5.5 试用两片74160接成M=29的计数器。 解法1：采用整体预置0法，如图6.5.22所示。
1 23 456 CP
Q0
10
Q1
00
Q2
10
Q3
00
CR
同步触发波形示意图
(2)置数法
基本思想：使计数器从预置状态开始计数，当计到满 足模值为M的终止状态时产生置数控制信号加到 LD 端 进行置数，重复计数过程。
① 置最小数法 ② 置最大数法 ③ 预置0法
①置最小数法
利用MSI计数器的进位输出端Qcc作为预置控制信号 接到LD端。
b. M = N1 N2 ②计数器级联的基本方法：
a.异步级联 b.同步级联
1
进进位位
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
CR
74160 (2 )
T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP
1
1
Q CC Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 P
CR
74160 (1 )
T
L D D 3 D 2 D 1 D 0 CP