《數字電子技術》課程

N進制計數器N

進制計數器

在計數脈沖的驅動下，計數器中循環的狀態個數稱為計數器的模數。如用N來表示，n位二進計數構成N進制計數器的方法三種：1.利用觸發器直接構成的,稱為反饋阻塞法;2.用移位寄存器構成的,稱為串行反饋法;

3.用集成計數器構成的,稱為反饋清零法和反饋置數法。器的模數為Ｎ＝２n（n為構成計數器的觸發器的個數）。21.由觸發器構成的N進制計數器N觸發器可構成模2n的二進制計數器,但如果改變其級聯方法,舍去某些狀態，就構成了N＜2n的任意進制計數器，這種方法稱為反饋阻塞法。(a)三進制(b)五進制同步進制計數器N3(a)五進制(b)七進制異步進制計數器N4習題5.192.移位寄存器型N

進制計數器將移位寄存器的輸出以一定的方式反饋到串行輸輸入端,就可構成許多特殊編碼的移位寄存器型N進制計數器,這種方法稱為串行反饋法。根據反饋的邏輯電路不同，得到的計數器形式也有所不同。常用的有以下幾種：環形計數器扭環形計數器優點:所有觸發器中只有一個為1(或0)進行循環移位,利用Q端作狀態輸出不需要加譯碼器,在CP脈沖的驅動下各Q端輪流出現矩形脈沖,也稱作脈沖分配器。特點：它的狀態利用率比環形計數器提高一倍,N=2n。優點：每次狀態變化端只有一個觸發器翻轉,譯碼時不存在競爭-冒險,所有的譯碼門都只需兩個輸入端。缺點：狀態利用率較低,有2n-2n個狀態沒有被利用。5能夠自啟的4位環形計數器4位環形計數器的狀態轉換圖64位環形計數器的波形圖7能夠自啟動的4位扭環形計數器（a）邏輯電路（b）狀態圖83.用集成計數器芯片構成的N

進制計數器利用集成二進制或集成十進制計數器芯片可以很方便地構成任意進制計數器,采用的方法有兩種:反饋清零法反饋置數法(1)反饋清零法清零信號的選擇與芯片的清零方式有關。清零方式異步清零方式同步清零方式產生清零信號的狀態稱為反饋識別碼Na。Na=N,其有效循環狀態從0~(Na-1）Na=N-1,其有效循環狀態從0~Na9[例]試利用十進制計數器芯片74LS90構二十三進制計數器。解：74LS90為十進制計數器,根據題意可知計數器的模N=23,需要兩片才能完成。74LS90中的異步清零端ROA、ROB為高電平有效10輸入輸出R0AR0BS9AS9BCPQ3Q2Q1Q0

10XX11X0X00000000XX11X1001X0X00X0X0XX0X00X計數計數計數計數74LS90的功能表

根據功能表，應將S9A、S9B接地，使其具有計數或清零條件。邏輯接線圖如下：使能端S9A、S9B為置9端，當S9A=S9B=1時，計數器置9，即狀態為1001。計數時，R0A*R0B=0計數時和清零時，S9A、S9B中必須有0，即S9A*S9B=0當低位片子出3時，高位片子出2時，應執行清零功能，處于1狀態Q端以與函數反饋給R0A、R0B，使R0A=R0B=1就可以了12[例]試用二進制計數器芯片74LS163構成一個八十六進制計數器。（1）74LS163為同步清零方式，要構成八十六進制計數器需用兩片這樣芯片。（2）將高位芯片Q2

Q0和低位芯片Q2Q0組合為與非函數作為反饋清零信號。解：高位芯片Q2Q0和低位芯片Q2Q0組合為與非門，作為反饋清零信號CR要求低電平所以反饋信號要由與非門引導到CR端13以上兩例所得結論（1）在芯片的中使能端都置于正確的前提下，確定置0所取輸出代碼是個關鍵，這與芯片的清零方式有關（同步清零還是異步清零)。（2）異步清零以N作為置0的輸出代碼。清零端的有效電平，以確定反饋引導門是與門還是與非門。同步清零以N-1作為置0的輸出代碼。注意143.用集成計數器芯片構成的N

進制計數器(2)反饋置數法置數信號的選擇與芯片的置數方式有關。置數方式異步置數方式同步置數方式Na=Nb+N

Na=Nb+N-115利用具有置數功能的計數器，截取從Nb到Na的N個有效狀態，構成N進制計數器。當計數器的狀態循環到Na時，由Na構成的反饋信號提供置數指令，將事先的數Nb并行置入。產生置數信號的狀態稱為反饋識別碼Na(反饋置數碼)。[例]設計一個自然二進制碼0000～1101的計數器。（可選用兩個以上方案）解：根據題意，從0000到1101共包含14個狀態，是模N=14的計數器，如果選用74LS163采取置數方式一置數碼Nn=Nb+Ｎ-1=Nb+14-1=Nb+13。方案有三個:①所以只要使D3D2D1D0=0000。將Q3Q2Q0構成與非這種方式相當于反饋清零法。圖（a）片就可以實現。因為”163”屬于同步置數,則令反饋令Nb=0000，則Na=1101,而置數端LD為低電平為效,函數,與非輸出送至LD端,其它端正常接線就可以了16②令Nb=0010,則Na=1111,在狀態為“1111”時,進位D3D2D1D0=0010,CTT=CTP=1。圖(b)③令Nb=0001,則Na=1110,應使CTT=CTP=1,D3D2D1D0=0001,LD=Q3Q2Q1。圖（c）輸出端CO=1,所以應將CO經反相器引至LD,且令17[例]試用74LS196實現27進制計數器。解：為實現本題要求的模數，需要用兩片”196”.如果采用反饋置數法,則應令Na=Nb+N.現令Nb=0000即D3D2D1D0=0000,則Na=[27]10=[00100111]BCD,這樣該計數器循環的狀態個數為0～26,模N=27,其它使能端及兩片級聯應正常接好。圖如下：18高位2#片Q1和低位1#片Q2Q1Q0構成與非函數反饋給置數控制端LD作置數指令19反饋清零與反饋置數的區別：

反饋清零利用CR端，D端數據是否接入無關緊要；反饋置數利用LD端，D端需接入初始數據。異步清零與同步清零的區別：20異步清零以N作為置0的輸出代碼。同步清零以N-1作為置0的輸出代碼。例如利用CT74LS160的計數狀態0000~0111構成

八進制計數器。Q0Q1Q2Q3計數器狀態計數

順序100190001811107011061010500104110030100210001000010000001000和1001

為無效狀態0000~0111

為有效狀態若計數器處于無效狀態“1000”，則來一個時鐘后狀態變為“1001”，再來一個時鐘，狀態變為“0000”。能自動進入循環，因此能自啟動。設計時序電路時應檢查電路能否自啟動。由于集成計數器構成的N

進制計數器一般能自啟動，因此通常省略這一步。返回21CT74LS161CPQ0Q1Q2Q3COD0CT74LS161和CT74LS163邏輯功能示意圖CT74LS163CTTCTPCRLDD1D2D3CRLD計數狀態輸出端,從高位到低位依次為

Q3、Q2、Q1、Q0。進位輸出端置數數據輸入端，為并行數據輸入。計數脈沖輸入端，上升沿觸發。計數控制端，高電平有效。

CR

為置0控制端，

低電平有效。

LD為同步置數控制端，低電平有效。4.集成同步二進制計數器

CT74LS161和

CT74LS16322CT74LS161的功能表

CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入d0d1d2d3d0d1d2d301

當

CR=1、LD=0

，在CP

上升沿到來時，并行輸入的數據d3~d0被置入計數器。00

當

CR=LD=1，且CTT和CTP中有0

時，狀態保持不變。00000

CR=0

時，不論有無CP

和其他信號輸入，計數器被置0。

當

CR=LD=CTT=CTP=1

時，在計數脈沖的上升沿進行4位二進制加法計數。CO在計數至“1111”時出高電平，在產生進位時輸出下降沿。CT74LS161的主要功能：

(1)異步置

0

功能(CR低電平有效)(2)同步置數功能(LD低電平有效)(3)計數功能(LR=LD=CTT=CTP=1)(4)保持功能(LR=LD=1，CTT

和CTP

中有0)CT74LS161的功能表CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入23CT74LS161與CT74LS163的功能比較

CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

同步置00保持×××××0×11保持××××××011計數××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000×××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入CT74LS163CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入CT74LS161

CT74LS161與CT74LS163的差別是：“161”為異步置

0，“163”為同步置

0

。其他功能及管腳完全相同。24為什么？請看舉例說明。

用同步和異步置

0功能構成

N進制計數器的方法一樣嗎？(二)

利用同步置

0功能構成

N進制計數器步

驟

相

同(1)

寫出加反饋置0信號時所對應的計數狀態。(2)

寫出反饋置

0函數。(3)

畫連線圖。差別異步置

0計數器加反饋置0信號時所對應的計數狀態為

SN。同步置

0計數器加反饋置0信號時所對應的計數狀態為SN-1。同步和異步置

0功能構成

N

進制計數器的方法比較25[例]

試利用CT74LS161和CT74LS163的置0功能

構成六進制計數器。

解題思路：

“161”和“163”均為4位二進制計數器，其態序表為：00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計數器狀態計數順序

在第6個計數脈沖輸入時，使計數器置0，即可實現六進制計數。“161”為異步置

0，即只要置

0端出現有效電平，計數器立刻置零。因此，應在輸入第

6個

CP脈沖

后，用S6=0110作為控制信號去控制電路，產生置零信號加到異步置

0端，使計數器立即置

0。“163”為同步置

0，即置

0端出現有效電平時，計數器不能立刻置

0，只是為置

0作好了準備，需要再輸入一個CP脈沖

，才能置0。因此，應在輸入第(6-1)個

CP脈沖

后，用S6-1=0101作為控制信號去控制電路，產生置

0信號加到異步置零端。當輸入第

6個

CP脈沖時，計數器置

0。26CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP

根據S6

和CR的有效電平寫出③畫連線圖計數輸入輸出端(1)

用異步置0

的CT74LS161構成六進制計數器解：①寫出S6

的二進制代碼S6=0110②寫出反饋置0函數11&××××27(2)

用同步置0

的CT74LS163構成六進制計數器CT74LS163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP××××③畫連線圖輸出端①寫出S6-1

的二進制代碼S6-1=S5=0101②寫出反饋置0函數11&28

利用置數功能和置

0功能構成

N進制計數器的原理有何異同？

利用“161”和“163”的同步置數功能也可以構成

N

進制計數器。(三)

利用置數功能構成

N進制計數器置0法原理置數法原理當輸入第N

個計數脈沖時，利用置0功能對計數器進行置0操作，強迫計數器進入計數循環，從而實現N進制計數。這種計數器的起始狀態值必須是零。當輸入第N

個計數脈沖時，利用置數功能對計數器進行置數操作，強迫計數器進入計數循環，從而實現N進制計數。這種計數器的起始狀態值就是置入的數，可以是零，也可以非零，因此應用更靈活。29置0有同步和異步之分，

置數也有同步和異步之分。同步置數與異步置數的區別，

和同步置0與異步置0的區別相似。同步置數與異步置數的區別異步置數與時鐘脈沖無關，只要異步置數端出現有效電平，置數輸入端的數據立刻被置入計數器。

因此，利用異步置數功能構成N進制計數器時，應在輸入第N個CP脈沖時，通過控制電路產生置數信號，使計數器立即置數。同步置數與時鐘脈沖有關，當同步置數端出現有效電平時，并不能立刻置數，只是為置數創造了條件，需再輸入一個CP脈沖

才能進行置數。因此，利用同步置數功能構成N進制計數器時，應在輸入第(N–1)個CP脈沖時，通過控制電路產生置數信號，這樣，在輸入第N個CP脈沖時，計數器才被置數。30(1)確定

N

進制計數器需用的

N個計數狀態，并確定預置數。

利用置數功能構成N

進制計數器的步驟(2)寫出加反饋置數時所對應的計數器狀態：異步置數時，寫出

SN

對應的二進制代碼；同步置數時，寫出

SN-1

對應的二進制代碼。(3)寫出反饋置數函數：根據

SN(或

SN-1)和置數端的有效電平寫出置數信號的邏輯表達式。(4)畫連線圖。31舉例(1)確定該十進制計數器所用的計數狀態，并確定預置數。解：[例]

試利用CT74LS161的同步置數功能構成十進制計數器。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計數器狀態計數順序

CT74LS161

為

4位二進制計數器，有

16個計數狀態。通常選用從“0000”開始計數的方式。利用其中任意十個連續的狀態均可實現十進制計數。32

“161”是同步置數，應根據SN-1

求置數信號。(2)寫出SN-1

的二進制代