计数器设计电路的方法有哪些,能实现什么操作的电路称为计数器
数字电路的计数器设计？
计数器是一种能够记录脉冲数目的装置，是数字电路中最常用的逻辑部件。计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。计数器由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数。
计数器按进位制不同，分为二进制计数器和十进制计数器;按运算功能不同，分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。下面我们以T触发器构成二进制加法、减法计数器为例介绍计数器的原理。
2.计数器原理—加法计数器
用T触发器构成二进制加法计数器，如下图所示。
3位二进制加法器
如上图所示，是由3个下降沿触发的T触发器组成的3位二进制异步加法器，图中各个触发器的J、K输入端的输入信号均为1，主要由脉冲信号控制其输出信号，计数器从Q2 Q1 Q0 =000状态开始计数。
Q0、Q1、Q2的工作波形，如下图所示，即在计数输入脉冲CP的下降的触发下，触发器FF0的输出Q0要翻转。0变为1或1变为0。由于CP1取自Q0，所以在Q0的下降沿触发下，FF1的输出Q1要翻转。同理，由于CP2=Q1，所以在Q1的下降沿触发下，FF2的输出Q2要翻转。
若用上升沿触发的T′触发器同样可以组成异步二进制加法计数器，但每一级触发器的进位脉冲应改为Qˉ端输出。原因很简单，当低位触发器输出端Q端由1变为0时，Qˉ端的上升沿正好可以作为高位的触发脉冲。
3.计数器原理—减法计数器
如果将T′触发器之间按二进制减法规则连接，就可以得到二进制减法计数器。根据二进制减法计数规则。若低位触发器已经为0，则再输入一个减法计数脉冲后应翻转为1，同时向高位发出借位信号，使高位翻转。
3位二进制减法器
上图就是按上述规则接成的3位二进制减法计数器。图中采用上升动作的D触发器接成的T′触发器，其中所有D触发器的D= Qˉ即成为T′触发器。它的时序图如下图所示
怎么设计七进制计数器？
可以用同步4位二进制加法计数器74LS161、三输入与非门74LS10、4511、共阴七段数码LED显示器来实现七进制的计数器。具体实现方法如下：
首先要知道74LS161是4位二进制同步计数器，该计数器能同步并行预置数据，具有清零置数，计数和保持功能，具有进位输出端，可以串接计数器使用。
从初始状态开始，七进制的计数器有效循环状态有0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110七个。其最后一个，在下一个状态所对应的数码是：0111。
利用74LS161的异步清零(低电平有效)功能，根据反馈清零法，可以得到74LS161所实现的七进制计数器电路图：（例图是通过仿真软件所绘制的电路仿真原理图）
扩展资料：
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它和74HC161功能一样，只不过74HC161是CMOS型，而74LS161是TTL型。74LS161可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能。
74LS161的主要功能如下：
1、异步清零功能：当输入端CLR的反为零时，不论有无时钟脉冲CLK和其他信号输入，计数器被清零，即输出端Qd~Qa都为0。
2、同步并行置数功能：当输入端CLR的反=1，LOAD的反=0时，在输入时钟脉冲CLK上升沿的作用下，并行输入的数据dcba被置入计数器，即输出端Qd~Qa=dcba。
3、计数功能：当输入端LOAD的反=CLR的反=ENP=ENT=1，当CLK端输入计数脉冲时，计数器进行二进制加法计数
4、保持功能：当输入端LOAD的反=CLR的反=1时，且ENP和ENT中有”0“时，则计数器保持原来状态不变。
参考资料来源：百度百科-74HC161
设计数字时钟电路原理图
设计数字时钟计数器电路大概有以下几种方法：
①用标准的数字集成电路家族来搭建十进制计数器。常用的TTL数字电路家族为7400系列。常用的CMOS数字电路家族为CD4000系列。
②用基本的组合逻辑电路和触发器来实现。利用数字设计中的状态图/卡诺图等综合工具从底层门电路来搭建。
③用硬件设计语言来实现。常见的数字设计语言为VHDL和Verilog
本文就以JK触发器和附加门电路来演示如何设计一个七进制加法计数器时钟电路。
总体步骤为：
①画出计数器的状态转换图。
②根据状态图得出JK各个状态变量的逻辑值。
③将JK的逻辑状态代入卡诺图进行化简，得出JK表达式。
④根据JK表达式，画出计数器的原理图。
⑤仿真验证计数器的输出。
以下为详细分解：
①②步骤比较直观状态图如下。计数器需要3个JK触发器，标记为JK1/JK2/JK3.
步骤③卡诺图化简以J2为例，其他的值类似，J2的卡诺图为：
也即J2=BC=Q1Q0，所以简单的与门即可实现。
步骤④的电路原理图为：
步骤⑤的仿真验证计数器的输出为：（LED输出0～6并重复）
如何用D触发器实现2位2进制计数器电路图
该设计主要思路为时钟分频和逻辑运算。也可以理解为计数器设计和进位提取。
需要建立对D触发器的工作方式和各种逻辑门电路的工作方式的正确认识和使用
1、观察该系统输入输出波形可以确定该系统为时钟的四分频（2位2进制）
2、使用双D触发器对时钟进行四分频，一个D触发器可以完成2分频，级联即可完成4分频，根据D触发器分频基本电路设计电路原理图如下：
图中数字信号D(3)为时钟信号二分频，数字信号D(5)为D(3)信号的二分频
3、观察输出波形如下图，可以确认对信号D(3)取反后与D(2)、D(5)进行逻辑与(模2加)运算可以提取所需波形。
4、修改电路设计如下图：
可以直接使用74LS74的反相输出端减少反相器的使用。
5、模拟仿真输入和输出如下图：
观察仿真结果可以发现输出信号D(8)高电平持续时间位半个CP，4个CP为一个周期，符合设计要求。
注意：仿真使用的D触发器为边沿触发，边沿触发D触发器工作过程如下：
当时钟CP上升沿到达时，D输入端的状态被送到Q输出端。
当时钟CP上升沿完成后，Q输出端保持原有的状态，等待下一个CP上升沿。
部分触发器带有复位端和置位端，根据其有效电平可以对Q端进行清0或者置1的操作。
怎样用74161设计一个同步十进制计数器电路
3)按计数增减分:加法计数器,减法计数器,加/减法计数器.
7.3.1 异步计数器
一,异步二进制计数器
1,异步二进制加法计数器
分析图7.3.1 由JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器.
分析方法:由逻辑图到波形图(所有JK触发器均构成为T/ 触发器的形式,且后一级触发器的时钟脉冲是前一级触发器的输出Q),再由波形图到状态表,进而分析出其逻辑功能.
2,异步二进制减法计数器
减法运算规则:0000-1时,可视为(1)0000-1=1111;1111-1=1110,其余类推.
注:74LS163的引脚排列和74LS161相同,不同之处是74LS163采用同步清零方式.
(2)CT74LS161的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照4位自然二进制码进行同步二进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
4,反馈置数法获得N进制计数器
方法如下:
·写出状态SN-1的二进制代码.
·求归零逻辑,即求置数控制端的逻辑表达式.
·画连线图.
(集成计数器中,清零,置数均采用同步方式的有74LS163;均采用异步方式的有74LS193,74LS197,74LS192;清零采用异步方式,置数采用同步方式的有74LS161,74LS160;有的只具有异步清零功能,如CC4520,74LS190,74LS191;74LS90则具有异步清零和异步置9功能.等等)
试用CT74LS161构成模小于16的N进制计数器
5,同步二进制加/减计数器
二,同步十进制加法计数器
8421BCD码同步十进制加法计数器电路分析
三,集成同计数器
1,集成十进制同步加法计数器CT74LS160
(1)CT74LS160的引脚排列和逻辑功能示意图
图7.3.3 CT74LS160的引脚排列图和逻辑功能示意图
(2)CT74LS160的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照BCD码进行同步十进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
2.集成十进制同步加/减计数器CT74LS190
其逻辑功能示意图如教材图7.3.15所示.功能如教材表7.3.10所示.
集成计数器小结:
集成十进制同步加法计数器74160,74162的引脚排列图,逻辑功能示意图与74161,74163相同,不同的是,74160和74162是十进制同步加法计数器,而74161和74163是4位二进制(16进制)同步加法计数器.此外,74160和74162的区别是,74160采用的是异步清零方式,而74162采用的是同步清零方式.
74190是单时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74191相同.74192是双时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74193相同.
7.3.3 利用计数器的级联获得大容量N进制计数器
计数器的级联是将多个计数器串接起来,以获得计数容量更大的N进制计数器.
1,异步计数器一般没有专门的进位信号输出端,通常可以用本级的高位输出信号驱动下一级计数器计数,即采用串行进位方式来扩展容量.
举例:74LS290
(1)100进制计数器
(2)64进制计数器
2,同步计数器有进位或借位输出端,可以选择合适的进位或借位输出信号来驱动下一级计数器计数.同步计数器级联的方式有两种,一种级间采用串行进位方式,即异步方式,这种方式是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,异步方式的速度较慢.另一种级间采用并行进位方式,即同步方式,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.
举例:74161
(1)60进制
(2)12位二进制计数器(慢速计数方式)
12位二进制计数器(快速计数方式)
7.4 寄存器和移位寄存器
寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的.一个触发器可以存储1位二进制代码,存放n位二进制代码的寄存器,需用n个触发器来构成.
按照功能的不同,可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类.基本寄存器只能并行送入数据,需要时也只能并行输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移,数据既可以并行输入,并行输出,也可以串行输入,串行输出,还可以并行输入,串行输出,串行输入,并行输出,十分灵活,用途也很广.
7.4.1 基本寄存器
概念:在数字电路中,用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器.
1,单拍工作方式基本寄存器
无论寄存器中原来的内容是什么,只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来,加在并行数据输入端的数据D0～D3,就立即被送入进寄存器中,即有:
2.双拍工作方式基本寄存器
(1)清零.CR=0,异步清零.即有:
(2)送数.CR=1时,CP上升沿送数.即有:
(3)保持.在CR=1,CP上升沿以外时间,寄存器内容将保持不变.
7.4.2 移位寄存器
1.单向移位寄存器
四位右移寄存器:
时钟方程:
驱动方程:
状态方程:
右移位寄存器的状态表:
输入
现态
次态
说明
Di CP
1 ↑
1 ↑
1 ↑
1 ↑
0 0 0 0
1 0 0 0
1 1 0 0
1 1 1 0
1 0 0 0
1 1 0 0
1 1 1 0
1 1 1 1
连续输入4个1
单向移位寄存器具有以下主要特点:
单向移位寄存器中的数码,在CP脉冲操作下,可以依次右移或左移.
n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码.n个CP脉冲即可完成串行输入工作,此后可从Q0～Qn-1端获得并行的n位二进制数码,再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作.
若串行输入端状态为0,则n个CP脉冲后,寄存器便被清零.
2.双向移位寄存器
M=0时右移 M=1时左移
3.集成双向移位寄存器74LS194
CT74LS194的引脚排列图和逻辑功能示意图:
CT74LS194的功能表:
工作状态
0 × × ×
1 0 0 ×
1 0 1 ↑
1 1 0 ↑
1 1 1 ×
异步清零
保 持
右 移
左 移
并行输入
7.4.3 移位寄存器的应用
一,环形计数器
1,环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行输出端相连, 构成一个闭合的环.
结构特点:,即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0.
工作原理:根据起始状态设置的不同,在输入计数脉冲CP的作用下,环形计数器的有效状态可以循环移位一个1,也可以循环移位一个0.即当连续输入CP脉冲时,环形计数器中各个触发器的Q端或端,将轮流地出现矩形脉冲.
实现环形计数器时,必须设置适当的初态,且输出Q3Q2Q1Q0端初始状态不能完全一致(即不能全为"1"或"0"),这样电路才能实现计数, 环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n相等,即N=n
2,能自启动的4位环形计数器
状态图:
由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器
时序图
二,扭环形计数器
1,扭环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行反相输出端相连,构成一个闭合的环.
实现扭环形计数器时,不必设置初态.扭环形计数器的进制数
N与移位寄存器内的触发器个数n满足N=2n的关系
结构特点为:,即将FFn-1的输出接到FF0的输入端D0.
状态图:
2,能自启动的4位扭环形计数器
7.4.4 顺序脉冲发生器
在数字电路中,能按一定时间,一定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为顺序脉冲发生器.
顺序脉冲发生器也称脉冲分配器或节拍脉冲发生器,一般由计数器(包括移位寄存器型计数器)和译码器组成.作为时间基准的计数脉冲由计数器的输入端送入,译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲,使输出端上的状态按一定时间,一定顺序轮流为1,或者轮流为0.前面介绍过的环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路即可直接作为顺序脉冲发生器.
一,计数器型顺序脉冲发生器
计数器型顺序脉冲发生器一般用按自然态序计数的二进制计数器和译码器构成.
举例:用集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出顺序脉冲发生器.
二,移位型顺序脉冲发生器
◎移位型顺序脉冲发生器由移位寄存器型计数器加译码电路构成.其中环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路就可直接作为顺序脉冲发生器.
◎时序图:
◎由CT74LS194构成的顺序脉冲发生器
见教材P233的图7.4.6和图7.4.7
7.5 同步时序电路的设计(略)
7.6 数字系统一般故障的检查和排除(略)
本章小结
计数器是一种应用十分广泛的时序电路,除用于计数,分频外,还广泛用于数字测量,运算和控制,从小型数字仪表,到大型数字电子计算机,几乎无所不在,是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分.
计数器可利用触发器和门电路构成.但在实际工作中,主要是利用集成计数器来构成.在用集成计数器构成N进制计数器时,需要利用清零端或置数控制端,让电路跳过某些状态来获得N进制计数器.
寄存器是用来存放二进制数据或代码的电路,是一种基本时序电路.任何现代数字系统都必须把需要处理的数据和代码先寄存起来,以便随时取用.
寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类.基本寄存器的数据只能并行输入,并行输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移,数据可以并行输入,并行输出,串行输入,串行输出,并行输入,串行输出,串行输入,并行输出.
寄存器的应用很广,特别是移位寄存器,不仅可将串行数码转换成并行数码,或将并行数码转换成串行数码,还可以很方便地构成移位寄存器型计数器和顺序脉冲发生器等电路.
在数控装置和数字计算机中,往往需要机器按照人们事先规定的顺序进行运算或操作,这就要求机器的控制部分不仅能正确地发出各种控制信号,而且要求这些控制信号在时间上有一定的先后顺序.通常采取的方法是,用一个顺序脉冲发生器来产生时间上有先后顺序的脉冲,以控制系统各部分协调地工作.
顺序脉冲发生器分计数型和移位型两类.计数型顺序脉冲发生器状态利用率高,但由于每次CP信号到来时,可能有两个或两个以上的触发器翻转,因此会产生竞争冒险,需要采取措施消除.移位型顺序脉冲发生器没有竞争冒险问题,但状态利用率低.
由JK触发器组成的4位异步二进制减法计数器的工作情况分析略.
二,异步十进制加法计数器
由JK触发器组成的异步十进制加法计数器的由来:在4位异步二进制加法计数器的基础上经过适当修改获得.
有效状态:0000——1001十个状态;无效状态:1010～1111六个状态.
三,集成异步计数器CT74LS290
为了达到多功能的目的,中规模异步计数器往往采用组合式的结构,即由两个独立的计数来构成整个的计数器芯片.如:
74LS90(290):由模2和模5的计数器组成;
74LS92 :由模2和模6的计数器组成;
74LS93 :由模2和模8的计数器组成.
1.CT74LS290的情况如下.
(1)电路结构框图和逻辑功能示意图
(2)逻辑功能
如下表7.3.1所示.
注:5421码十进制计数时,从高位到低位的输出为.
2,利用反馈归零法获得N(任意正整数)进制计数器
方法如下:
(1)写出状态SN的二进制代码.
(2)求归零逻辑(写出反馈归零函数),即求异步清零端(或置数控制端)信号的逻辑表达式.
(3)画连线图.
举例:试用CT74LS290构成模小于十的N进制计数器.
CT74LS290则具有异步清零和异步置9功能.讲解教材P215的[例7.3.1].
注:CT74LS90的功能与CT74LS290基本相同.
7.3.2 同步计数器
一,同步二进制计数器
1.同步二进制加法计数器
2,同步二进制减法计数器
3,集成同步二进制计数器CT74LS161
(1)CT74LS161的引脚排列和逻辑功能示意图
注:74LS163的引脚排列和74LS161相同,不同之处是74LS163采用同步清零方式.
(2)CT74LS161的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照4位自然二进制码进行同步二进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
4,反馈置数法获得N进制计数器
方法如下:
·写出状态SN-1的二进制代码.
·求归零逻辑,即求置数控制端的逻辑表达式.
·画连线图.
(集成计数器中,清零,置数均采用同步方式的有74LS163;均采用异步方式的有74LS193,74LS197,74LS192;清零采用异步方式,置数采用同步方式的有74LS161,74LS160;有的只具有异步清零功能,如CC4520,74LS190,74LS191;74LS90则具有异步清零和异步置9功能.等等)
试用CT74LS161构成模小于16的N进制计数器
5,同步二进制加/减计数器
二,同步十进制加法计数器
8421BCD码同步十进制加法计数器电路分析
三,集成同计数器
1,集成十进制同步加法计数器CT74LS160
(1)CT74LS160的引脚排列和逻辑功能示意图
图7.3.3 CT74LS160的引脚排列图和逻辑功能示意图
(2)CT74LS160的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照BCD码进行同步十进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
2.集成十进制同步加/减计数器CT74LS190
其逻辑功能示意图如教材图7.3.15所示.功能如教材表7.3.10所示.
集成计数器小结:
集成十进制同步加法计数器74160,74162的引脚排列图,逻辑功能示意图与74161,74163相同,不同的是,74160和74162是十进制同步加法计数器,而74161和74163是4位二进制(16进制)同步加法计数器.此外,74160和74162的区别是,74160采用的是异步清零方式,而74162采用的是同步清零方式.
74190是单时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74191相同.74192是双时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74193相同.
7.3.3 利用计数器的级联获得大容量N进制计数器
计数器的级联是将多个计数器串接起来,以获得计数容量更大的N进制计数器.
1,异步计数器一般没有专门的进位信号输出端,通常可以用本级的高位输出信号驱动下一级计数器计数,即采用串行进位方式来扩展容量.
举例:74LS290
(1)100进制计数器
(2)64进制计数器
2,同步计数器有进位或借位输出端,可以选择合适的进位或借位输出信号来驱动下一级计数器计数.同步计数器级联的方式有两种,一种级间采用串行进位方式,即异步方式,这种方式是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,异步方式的速度较慢.另一种级间采用并行进位方式,即同步方式,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.
举例:74161
(1)60进制
(2)12位二进制计数器(慢速计数方式)
12位二进制计数器(快速计数方式)
7.4 寄存器和移位寄存器
寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的.一个触发器可以存储1位二进制代码,存放n位二进制代码的寄存器,需用n个触发器来构成.
按照功能的不同,可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类.基本寄存器只能并行送入数据,需要时也只能并行输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移,数据既可以并行输入,并行输出,也可以串行输入,串行输出,还可以并行输入,串行输出,串行输入,并行输出,十分灵活,用途也很广.
7.4.1 基本寄存器
概念:在数字电路中,用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器.
1,单拍工作方式基本寄存器
无论寄存器中原来的内容是什么,只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来,加在并行数据输入端的数据D0～D3,就立即被送入进寄存器中,即有:
2.双拍工作方式基本寄存器
(1)清零.CR=0,异步清零.即有:
(2)送数.CR=1时,CP上升沿送数.即有:
(3)保持.在CR=1,CP上升沿以外时间,寄存器内容将保持不变.
7.4.2 移位寄存器
1.单向移位寄存器
四位右移寄存器:
时钟方程:
驱动方程:
状态方程:
右移位寄存器的状态表:
输入
现态
次态
说明
Di CP
1 ↑
1 ↑
1 ↑
1 ↑
0 0 0 0
1 0 0 0
1 1 0 0
1 1 1 0
1 0 0 0
1 1 0 0
1 1 1 0
1 1 1 1
连续输入4个1
单向移位寄存器具有以下主要特点:
单向移位寄存器中的数码,在CP脉冲操作下,可以依次右移或左移.
n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码.n个CP脉冲即可完成串行输入工作,此后可从Q0～Qn-1端获得并行的n位二进制数码,再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作.
若串行输入端状态为0,则n个CP脉冲后,寄存器便被清零.
2.双向移位寄存器
M=0时右移 M=1时左移
3.集成双向移位寄存器74LS194
CT74LS194的引脚排列图和逻辑功能示意图:
CT74LS194的功能表:
工作状态
0 × × ×
1 0 0 ×
1 0 1 ↑
1 1 0 ↑
1 1 1 ×
异步清零
保 持
右 移
左 移
并行输入
7.4.3 移位寄存器的应用
一,环形计数器
1,环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行输出端相连, 构成一个闭合的环.
结构特点:,即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0.
工作原理:根据起始状态设置的不同,在输入计数脉冲CP的作用下,环形计数器的有效状态可以循环移位一个1,也可以循环移位一个0.即当连续输入CP脉冲时,环形计数器中各个触发器的Q端或端,将轮流地出现矩形脉冲.
实现环形计数器时,必须设置适当的初态,且输出Q3Q2Q1Q0端初始状态不能完全一致(即不能全为"1"或"0"),这样电路才能实现计数, 环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n相等,即N=n
2,能自启动的4位环形计数器
状态图:
由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器
时序图
二,扭环形计数器
1,扭环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行反相输出端相连,构成一个闭合的环.
实现扭环形计数器时,不必设置初态.扭环形计数器的进制数
N与移位寄存器内的触发器个数n满足N=2n的关系
结构特点为:,即将FFn-1的输出接到FF0的输入端D0.
状态图:
2,能自启动的4位扭环形计数器
7.4.4 顺序脉冲发生器
在数字电路中,能按一定时间,一定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为顺序脉冲发生器.
顺序脉冲发生器也称脉冲分配器或节拍脉冲发生器,一般由计数器(包括移位寄存器型计数器)和译码器组成.作为时间基准的计数脉冲由计数器的输入端送入,译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲,使输出端上的状态按一定时间,一定顺序轮流为1,或者轮流为0.前面介绍过的环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路即可直接作为顺序脉冲发生器.
一,计数器型顺序脉冲发生器
计数器型顺序脉冲发生器一般用按自然态序计数的二进制计数器和译码器构成.
举例:用集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出顺序脉冲发生器.
二,移位型顺序脉冲发生器
◎移位型顺序脉冲发生器由移位寄存器型计数器加译码电路构成.其中环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路就可直接作为顺序脉冲发生器.
◎时序图:
◎由CT74LS194构成的顺序脉冲发生器
见教材P233的图7.4.6和图7.4.7
7.5 同步时序电路的设计(略)
7.6 数字系统一般故障的检查和排除(略)
本章小结
计数器是一种应用十分广泛的时序电路,除用于计数,分频外,还广泛用于数字测量,运算和控制,从小型数字仪表,到大型数字电子计算机,几乎无所不在,是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分.
计数器可利用触发器和门电路构成.但在实际工作中,主要是利用集成计数器来构成.在用集成计数器构成N进制计数器时,需要利用清零端或置数控制端,让电路跳过某些状态来获得N进制计数器.
寄存器是用来存放二进制数据或代码的电路,是一种基本时序电路.任何现代数字系统都必须把需要处理的数据和代码先寄存起来,以便随时取用.
寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类.基本寄存器的数据只能并行输入,并行输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移,数据可以并行输入,并行输出,串行输入,串行输出,并行输入,串行输出,串行输入,并行输出.
寄存器的应用很广,特别是移位寄存器,不仅可将串行数码转换成并行数码,或将并行数码转换成串行数码,还可以很方便地构成移位寄存器型计数器和顺序脉冲发生器等电路.
在数控装置和数字计算机中,往往需要机器按照人们事先规定的顺序进行运算或操作,这就要求机器的控制部分不仅能正确地发出各种控制信号,而且要求这些控制信号在时间上有一定的先后顺序.通常采取的方法是,用一个顺序脉冲发生器来产生时间上有先后顺序的脉冲,以控制系统各部分协调地工作.
顺序脉冲发生器分计数型和移位型两类.计数型顺序脉冲发生器状态利用率高,但由于每次CP信号到来时,可能有两个或两个以上的触发器翻转,因此会产生竞争冒险,需要采取措施消除.移位型顺序脉冲发生器没有竞争冒险问题,但状态利用率低.
计数器电路怎么设计
计数器电路设计：
该计数器可实现按键计数、增减控制、手/自动清零等功能。需要准备下列元件：共阴极7段数码管、按键开关、4511（BCD锁存/7段译码/驱动器）、4516（可预置4位二进制加/减计数器）、40106(或7414，六反相施密特触发器)、4001（或7400，四2输入与非门）、4093（或74132，四与非施密特触发器）以及面包板、电阻、电容若干。另外还需要准备+5V稳压电源一台，或自制电源模块.