數(shù)字電路和邏輯設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)與通信工程系第十八、十九講計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯——計(jì)數(shù)器一、計(jì)數(shù)器概念二、計(jì)數(shù)器分類三、典型芯片功能及應(yīng)用計(jì)數(shù)器

1．什么是計(jì)數(shù)器？

廣義地說(shuō)，計(jì)數(shù)器是一種能在輸入信號(hào)作用下依次通過(guò)預(yù)定狀態(tài)的時(shí)序邏輯電路。就常用的集成電路計(jì)數(shù)產(chǎn)品而言，可以對(duì)其定義如下：

計(jì)數(shù)器：是一種對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的時(shí)序邏輯電路，被計(jì)數(shù)的脈沖信號(hào)稱作“計(jì)數(shù)脈沖”。常用中規(guī)模時(shí)序邏輯電路數(shù)字系統(tǒng)中最典型的時(shí)序邏輯電路是計(jì)數(shù)器和寄存器。

2．計(jì)數(shù)器的種類

計(jì)數(shù)器的種類很多，通常有不同的分類方法。

(1)按其工作方式可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；

(2)按其進(jìn)位制可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器；

(3)按其功能又可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和加/減可逆計(jì)數(shù)器等。

3．功能

一般具有計(jì)數(shù)、保存、清除、預(yù)置等功能。第七章中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用計(jì)數(shù)器在運(yùn)行時(shí)，所經(jīng)歷的狀態(tài)是周期性的，總是在有限個(gè)狀態(tài)中循環(huán)，通常將一次循環(huán)所包含的狀態(tài)總數(shù)稱為計(jì)數(shù)器的“?！?。

1．74193的管腳排列圖及邏輯符號(hào)

典型芯片

---四位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74193

74193管腳排列圖及邏輯符號(hào)分別如圖(a)、(b)所示。

2．引腳功能

（一）4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器芯片74X161引腳分布邏輯符號(hào)帶引腳名的邏輯符號(hào)一、常用中規(guī)模計(jì)數(shù)器芯片第五節(jié)常用中規(guī)模計(jì)數(shù)器芯片及應(yīng)用內(nèi)部邏輯電路圖簡(jiǎn)化符號(hào)74X161的功能表異步清零，同步置數(shù)（二）4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器芯片74X163引腳分布邏輯符號(hào)帶引腳名的邏輯符號(hào)簡(jiǎn)化符號(hào)同步清零（三）4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器芯片74X191引腳分布邏輯符號(hào)帶引腳名的邏輯符號(hào)簡(jiǎn)化符號(hào)74X191的功能表沒(méi)有清零，異步置數(shù)（四）4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器芯片74X19374X193的功能表異步清零，異步置數(shù)（五）8421BCD碼同步加法計(jì)數(shù)器74X160芯片74X160的功能表（六）二-五-十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器74X29074X290內(nèi)部邏輯電路圖74X290的功能表二進(jìn)制狀態(tài)圖五進(jìn)制狀態(tài)圖8421碼十進(jìn)制邏輯電路圖5421碼十進(jìn)制邏輯電路圖幾種集成計(jì)數(shù)器的比較二、集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用*（一）計(jì)數(shù)器容量擴(kuò)展*（二）組成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器（三）組成分頻器（四）組成序列信號(hào)發(fā)生器（五）組成順序脈沖發(fā)生器

（一）計(jì)數(shù)器容量擴(kuò)展將多個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)，就可以擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍。如：m個(gè)模N計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)Nm的計(jì)數(shù)器。

計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)的方式有兩種：

1、級(jí)間串聯(lián)進(jìn)位方式—異步級(jí)聯(lián)方式

2、級(jí)間并聯(lián)進(jìn)位方式—同步級(jí)聯(lián)方式（一）計(jì)數(shù)器容量擴(kuò)展1.同步級(jí)聯(lián)方式兩片74X161同步級(jí)聯(lián)組成8位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖2.異步級(jí)聯(lián)方式（1）兩片74X161異步級(jí)聯(lián)構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖（2）兩片74X193異步級(jí)聯(lián)構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖（3）兩片74X290異步級(jí)聯(lián)構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖（二）組成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

實(shí)際應(yīng)用中，可以用現(xiàn)有的二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，利用其清零端或預(yù)置數(shù)端，外加適當(dāng)?shù)拈T電路連接而成。方法有兩種：1、反饋清零法

2、反饋置數(shù)法

用模N的計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意模值的M計(jì)數(shù)器1.若M<N，只需一片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使計(jì)數(shù)器在N進(jìn)制的計(jì)數(shù)過(guò)程中，跳過(guò)N-M個(gè)狀態(tài)即可。2.若M>N，需要多片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，同步級(jí)聯(lián)或異步級(jí)聯(lián)，然后再用反饋清零或反饋置數(shù)法構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)器。1.反饋清零法-適用于有清零輸入端的集成計(jì)數(shù)器（1）同步反饋清零法例5-13用集成計(jì)數(shù)器74X163和必要的門電路組成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要求使用反饋清零法。時(shí)序圖（2）異步反饋清零法例5-14用集成計(jì)數(shù)器74X161和必要的門電路構(gòu)成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要求使用反饋清零法。1.反饋清零法時(shí)序圖完整狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2.反饋置數(shù)法—適用于有預(yù)置功能的集成計(jì)數(shù)器（1）同步反饋置數(shù)法例5-15用集成計(jì)數(shù)器74X160和必要的門電路組成7進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要求該電路的有效狀態(tài)是Q3Q2Q1Q0按“加1”的順序從0011到1001循環(huán)變化。時(shí)序圖完整狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖用RCO端來(lái)實(shí)現(xiàn)（2）異步反饋置數(shù)法例5-16用集成計(jì)數(shù)器74X193和必要的門電路組成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要求用反饋置數(shù)法實(shí)現(xiàn)。邏輯電路圖完整的狀態(tài)圖例5-17用74X160組成48進(jìn)制計(jì)數(shù)器。整體反饋清零法將高位片的Q2和低位片的Q3通過(guò)與非門接至兩芯片的清零端大模分解法：

將M分解為多個(gè)因數(shù)相乘（每個(gè)因數(shù)小于單片計(jì)數(shù)器的最大值），可先用n片計(jì)數(shù)器分別組成模值為M1、M2、…、Mn的計(jì)數(shù)器，然后再級(jí)聯(lián)成M=M1M2….

Mn的計(jì)數(shù)器。（三）組成分頻器解：因?yàn)?2768=215，經(jīng)15級(jí)二分頻，就可獲得頻率為1Hz的脈沖信號(hào)。因此將四片74161級(jí)聯(lián)，從高位片（4）的Q2輸出即可。例

某石英晶體振蕩器輸出脈沖信號(hào)的頻率為32768Hz，用74161組成分頻器，將其分頻為頻率為1Hz的脈沖信號(hào)。（四）組成序列信號(hào)發(fā)生器序列信號(hào)——在時(shí)鐘脈沖作用下產(chǎn)生的一串周期性的二進(jìn)制信號(hào)。例：用74161及門電路構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器。其中74161與G1構(gòu)成了一個(gè)模5計(jì)數(shù)器。由于

因此，這是一個(gè)01010序列信號(hào)發(fā)生器，序列長(zhǎng)度P=5。用計(jì)數(shù)器輔以數(shù)據(jù)選擇器可以方便地構(gòu)成各種序列發(fā)生器。構(gòu)成的方法如下：第一步構(gòu)成一個(gè)模P計(jì)數(shù)器；第二步選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)選擇器，把欲產(chǎn)生的序列按規(guī)定的順序加在數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端，把地址輸入端與計(jì)數(shù)器的輸出端適當(dāng)?shù)剡B接在一起。例

試用計(jì)數(shù)器74161和數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)一個(gè)01100011序列發(fā)