数字电子电路基础教程第六章常用集成时序逻辑器件下

第六章下常用集成时序逻辑器件及应用序列码的产生与序列码的检测典型移位型计数器以MSI为核心的同步时序电路的分析与设计集成计数器的级联、任意模值计数器集成计数器集成寄存器本章主要内容计数器的功能及用途计数器的主要功能是累计输入脉冲的数目。它可以用来计数，分频，此外还可以对系统定时，顺序控制等操作。6.5.1集成计数器计数器的分类按时钟控制方式分类：异步，同步计数器。按计数功能分类：加法计数，减法计数和可逆计数三大类。6.5.1集成计数器按数制分类SYN名称模值状态编码方式/无多余状态,能自启动二进制计数器十进制计数器任意进制计数器环形计数器扭环形计数器M=2nM=10M＜2nM=nM=2n二进制码BCD码多种方式/自启动情况6个多余状态2n-M个多余状态2n-n个多余状态2n-2n个多余状态检查多余状态注意:n表示触发器的个数一、同步二进制计数器7416174161逻辑符号QAQBQCQDPCPABCD74161TCrLDOC(MSB)74161是同步加1计数器，具有同步置数和异步清零的功能。计数范围从0000到1111循环.&C11KR1J&&≥1&&C11KR1J&&≥1&&C11KR1J&&≥1&&C11KR1J&&≥1&&&&&&TPD1CrC1CP计数脉冲BA1LDQAQBQCQDOC(b)QAQBQCQDPCPABCD74161TCrLDOC(a)(MSB)74161电路图⑤计数脉冲输入端CP:上升沿有效控制端QAQBQCQDPCPABCD74161TCrLDOC(MSB)②同步预置端LD:低电平有效③计数允许控制端P、T:高电平有效④置数输入端A、B、C、D:CP上升沿置数有效①异步清0端Cr:低电平有效与CP无关计数器输出端QD为最高位进位输出端Oc74161功能表OC=QDQCQBQAT二、同步十进制计数器7416074160是同步十进制加1计数器，具有同步置数和异步清零的功能,控制信号与74161相同.计数范围从0000到1001循环.74160aQaQbQcQdCPOcCrLDTPbcd74160逻辑符号Oc=QdQcQbQaT1、同步级联QAQBQCQDQ0Q1Q2Q3Oc1P1T174161(1)QAQBQCQDQ4Q5Q6Q7Oc2P2T211CP74161(2)CPCP三.集成计数器的级联工作过程:CpQ3Q2Q1Q0T2=Oc1Q7Q6Q5Q40000000000001000001↑……000001110000001111100000000000012↑15↑16↑OC=QDQCQBQAT2、异步级联工作过程:0000100000001100001↑……10000111010000111100000000012↑15↑16↑CpQ3Q2Q1Q0CP2=Oc1Q7Q6Q5Q40001OC=QDQCQBQAT四.任意模值计数器00011001输入输出CPCrLDPTDCBAQDQCQBQA×0×××××××0000××10××dcbadcba1111110111×0××××××××××××加１计数保持保持Oc=074161功能表00000010001101000101011001111000101010111100110111101111异步清零同步置数也可以使用中间任意M个状态作有效状态同步置0法（前M个状态作为有效状态）异步清0法Oc置数法（后M个状态作为有效状态）四.任意模值计数器例：用74161实现模M=7计数器。1.异步清0法00001000010011000010101001101110QaQbQcQdCr=0过渡状态QAQBQCQDPCr74161ABCD&T1LD(a)OCCPCP1Cr=M中的“1”与非异步清零的时序波形：Cp123456789QaQbQc2.同步置0或置数法QdQcQbQa0000000100100011010001010110LD=0例：用74161实现模M=7计数器。QdQcQbQa0001000100100011010001010111LD=0计数状态表1计数状态表2M=计数终值-计数初值+1计数器模值(M)的确定QdQcQbQa0000000100100011010001010110计数状态表1计数终值110LD=计数终值中的“1”与非计数初值00074161D0D1D2D3QaQbQcQdCPOCCrLDTP1CP11001M=24-DQdQcQbQa1001101010111100110111101111例：用74161实现模M=7计数器。LD=0计数终值=24-1计数初值DM=计数终值-计数初值+1Oc=QdQcQbQaTM=2n-D3.Oc置数法QAQBQCQDPCr74161ABCDT1LDOC110011CPCPQAQBQCQDPCr74161ABCDT1LDOC101001CPCP例：分析以下计数器的计数模值M=?M=计数终值-计数初值+1M=(1000-0010+1)2=710M=(1111-1001+1)2=710M=2n-D=24-9=7大模计数器实现方法①大模分解法②整体置数法③Oc整体置数法例：用74161实现模60计数器①大模分解法QAQBQCQDOCABCDPTCrCP1LD74161011011QAQBQCQDOCPT1741611CPABCDCrLD01101CP=10x6=M1xM2M1=2n-D=24-10=6M2=2n-D=24-6=1060=6x10②整体置数法M(60)=计数终值(59)-计数初值(0)+1QAQBQCQDOCABCDPTCr1LD741611QAQBQCQDOCABCDPTCrLD′741611′′′′′′′′′&(b)CPCP′CP59=(111011)2LD=QB’QA’QDQBQA③Oc整体置数法M=计数终值-计数初值+1M=2n-D60=28-DD=28-60=196=(11000100)2QAQBQCQDOCABCDPTCr1LD741611QAQBQCQDOCABCDPTCrLD′741611′′′′′′′′′001000111(c)′CPCPCPLD=Oc实现任意模M计数器的方法总结①异步清0法计数范围:0--M－1,Cr=M中的“1”与非②同步置数法计数范围:D--D+M－1,LD=计数终值中的“1”与非③Oc同步置数法计数范围:2n-M--2n-1,LD=Oc模M计数器=M倍分频器计数器与分频器的关系74161D0D1D2D3QaQbQcQdCPOCCrLDTP1CP10时钟频率fcp输出频率fo=fcp/7【例】图6.5.11为可编程分频器，试分别求出M=100和M=200时的预置值；若I7~I0=01101000，试求M值。QAQBQCQDOCABCDPT1LD74161QAQBQCQDOCTPLD′74161′′′′′CPI0I1I2I31I4I5I6I7CPA′B′C′D′CP图6.5.11可编程分频器解：该电路为同步置数加法计数器，最大计数值N=256。根据预置值=N-M，①当M=(100)10时，预置值D′C′B′A′DCBA=256-100=156=10011100B；当M=(200)10时，预置值D′C′B′A′DCBA=256-200=56=00111000B。②当I7~I0=01101000时，M=11111111-01101000+1=(10011000)2=152。103寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。6.5.2集成寄存器和移位寄存器1.二拍接收四位数据寄存器Q3Q2Q1Q0&&&&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取数脉冲接收脉冲(CP)1042.移位寄存器所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。105移位寄存器的分类：根据移位方向，常分成左移寄存器、右移寄存器和双向移位寄存器三种：寄存器左移(a)寄存器右移(b)寄存器双向移位(c)106Q3CPQ2FF2DFF3DFF1DQ1R0单向移位寄存器举例FF0DQ0RiQ0Q1Q2Q3RD清01.单向右移。2.串入并出或串入串出107根据移位数据的输入－输出方式，又可将它分为如下四种电路：串行输入－串行输出串行输入－并行输出并行输入－串行输出并行输入－并行输出移位寄存器的分类：108FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入－串出串入－并出并入－串出并入－并出109QQDQQDQQDQQD&&&&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位脉冲CP0串行输出数据预置3210存数脉冲清零脉冲SD四位并入串出的左移寄存器110单向移位寄存器举例设A3A2A1A0＝1011，在存数脉冲作用下，并行输入数据，使Q3Q2Q1Q0＝1011。D0＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2101101100110110011001000100000000000000000000000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态Q3Q2Q1Q0＝1011Q3Q2D1Q0D0移位脉冲CP0串行输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1左移过程111构成原理：既能左移又能右移。给移位寄存器设置一个控制端如S，令S＝0时左移；S＝1时右移即可。集成组件74LS194就是这样的多功能移位寄存器。双向移位寄存器11274194电路结构四位双向移位寄存器7419474194逻辑符号D0～D3：并行数码输入端。Cr：异步清0端，低电平有效。SR、SL：右移、左移串行数码输入端。S1、S0：工作方式控制端。74194Q0Q1Q2Q3CrSLS0CPD0S1D1D2D3SR0111100011011直接清零保持右移(从Q0向右移动)左移(从Q3向左移动)并行同步置数CLRCPS1S0Q的功能74LS194简化功能表11474194详细功能表CrS1S0CPSLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000000001111101111aabcdbcd×××××××××××××××××××××××××SR××××SL×××××××SRQ2Q0Q1Q1Q2Q3SL保持保持VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCPS1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移串行输入左移串行输入并行输入工作方式控制1132.74LS194的应用例:7位串入/并出转换电路。Clearclkserialin7419474194Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8111D0D1D2D3D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3CrCPCrCPS1S0S1S0SrSr（1）实现串并、并串转换（不讲）例:7位并入/串出转换电路。环形计数器74194D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3CPS1S0SrCr01SLCP10100100000010010有效循环状态转移图m为移位寄存器的位数这样的电路存在什么问题呢?（２）移位寄存器构成移位型计数器74194D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3CPS1S0SrCr01SLCP10010010010000001有效循环状态图011110111101111000111001110001100101101000001111电路不能自启动!无效循环状态图具有自启动的环形计数器74194D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3CPS1S0SrCr01SLCP≥110001100000001001101111010001010000100011010101111111011011001010111000001.状态组合中只有一个1或0，无需再译码；2.最大的模值Mmax=m3.触发器很浪费环形计数器的特点：扭环计数器000010001100111001110011000111110100101011010110010100101001101174194D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3CPS1S0SrCrSLCP10100001000110011