同步計數器

7.3.2 同步計數器
一、同步二進(jìn)制計數器

1．同步二進(jìn)制加法計數器
根據學(xué)生的程度，有時(shí)也可以從設計的角度，討論同步二進(jìn)制計數器的設計思想。
[同步計數器中，所有觸發(fā)器的CP端是相連的，CP的每一個(gè)觸發(fā)沿都會(huì )使所有的觸發(fā)器狀態(tài)更新。因此不能使用T′觸發(fā)器。
應控制觸發(fā)器的輸入端，即將觸發(fā)器接成T觸發(fā)器。
只有當低位向高位進(jìn)位時(shí)（即低位全1時(shí)再加1），令高位觸發(fā)器的T=1，觸發(fā)器翻轉，計數加1。]

由JK觸發(fā)器組成的4位同步二進(jìn)制加法計數器（參見(jiàn)教材中圖7.3.7）
用下降沿觸發(fā)。下面分析它的工作原理。（鞏固同步計數器的分析方法，簡(jiǎn)單介紹思路，可由學(xué)生自學(xué)詳細的內容?？刹粚?xiě)板書(shū)）

（2）列狀態(tài)轉換真值表。
與或式（狀態(tài)方程）→真值表（狀態(tài)轉換真值表）。
將現態(tài)看成是輸入變量，次態(tài)看成是輸出函數。

（3）邏輯功能。十六進(jìn)制計數器。

2．同步二進(jìn)制減法計數器

設計思想：
[同步計數器中，所有觸發(fā)器的CP端是相連的，CP的每一個(gè)觸發(fā)沿都會(huì )使所有的觸發(fā)器狀態(tài)更新。因此不能使用T′觸發(fā)器。
應控制觸發(fā)器的輸入端，即將觸發(fā)器接成T觸發(fā)器。
只有當低位向高位借位時(shí)（即低位全0時(shí)再減1），令高位觸發(fā)器的T=1，觸發(fā)器翻轉，計數減1。]
為此，只要將二進(jìn)制加法計數器的輸出由Q端改為 端，便成為同步二進(jìn)制減法計數器了。

3．集成同步二進(jìn)制計數器CT74LS161

主要功能分析：（看功能表分析，不必寫(xiě)板書(shū)。）

4．利用反饋置數法獲得N進(jìn)制計數器

⑴ 計數器的置數功能
應先將計數起始數據預先置入計數器。
集成計數器的置數方式也有異步和同步兩種。
①異步置數：與時(shí)鐘脈沖CP沒(méi)有任何關(guān)系，只要異步置數控制端出現置數信號，并行數據便立刻被置入。
② 同步置數：輸入端獲得置數信號后，只是為置數創(chuàng )造了條件，還需要再輸入一個(gè)計數脈沖CP，計數器才能將預置數置入。
⑵ 利用反饋置數法獲得N進(jìn)制計數器
用 S0，S1，S2…，SN 表示輸入0，1，2，…，N個(gè)計數脈沖CP時(shí)計數器的狀態(tài)。
N進(jìn)制計數器的計數工作狀態(tài)應為N個(gè)：S0，S1，S2…，SN-1
對于異步置數：在輸入第N個(gè)計數脈沖CP后，通過(guò)控制電路，利用狀態(tài) 產(chǎn)生一個(gè)有效置數信號，送給異步置數端，使計數器返回到初始的預置數狀態(tài)，即實(shí)現了N進(jìn)制計數。
對于同步置數：在輸入第N－1個(gè)計數脈沖CP時(shí)，利用狀態(tài) 產(chǎn)生一個(gè)有效置數信號，送給同步置數控制端，等到輸入第N個(gè)計數脈沖CP時(shí)，計數器返回到初始的預置數狀態(tài)，從而實(shí)現N進(jìn)制計數。

課堂討論：實(shí)現N進(jìn)計數，異步置數時(shí)狀態(tài) 出現嗎？

步驟：
① 寫(xiě)出計數器狀態(tài)的二進(jìn)制代碼。
利用異步置數輸入端獲得N進(jìn)制計數器時(shí)，寫(xiě)出 對應的二進(jìn)制代碼；
利用同步置數端獲得 N進(jìn)制計數器時(shí)，寫(xiě)出 對應的二進(jìn)制代碼。
② 寫(xiě)出反饋歸零函數。
根據SN或SN-1寫(xiě)出置數端的邏輯表達式。
③ 畫(huà)連線(xiàn)圖。主要根據反饋置數函數畫(huà)連線(xiàn)圖。

［例7.3.2］ 試用 CT74LS161構成十進(jìn)制計數器
解：CT74LS161實(shí)現16進(jìn)制，可利用其同步置數控制端來(lái)實(shí)現十進(jìn)制計數。
第一種方案：設從Q3Q2Q1Q0＝0000狀態(tài)開(kāi)始計數，取D3D2D1D0=0000。
采用置數控制端獲得N進(jìn)制計數器一般都從0開(kāi)始計數。
（1）寫(xiě)出SN-1的二進(jìn)制代碼為

SN-1＝S10-1＝S9＝1001
（2）寫(xiě)出反饋歸零（置數）函數。由于計數器從0開(kāi)始計數，因此，應寫(xiě)反饋歸零函數
(7.3.4)
（3）畫(huà)連線(xiàn)圖。根據上式和置數的要求畫(huà)十進(jìn)制計數器的連線(xiàn)圖，如圖7.3.9（a）所示。

第二種方案：利用后10個(gè)狀態(tài)0110～1111，取D3D2D1D0＝0110，

反饋置數信號從進(jìn)位輸出端CO取得。
討論：為什么？
取狀態(tài)S15=1111，此時(shí)正好CO=1，經(jīng)非門(mén)，可取代與非門(mén)。
電路如圖7.3.9（b）所示。

［例7.3.3］試用CT74LS161構成十二進(jìn)制計數器。
解：設從Q3Q2Q1Q0＝0000狀態(tài)開(kāi)始計數。

（1）利用異步置0控制端 實(shí)現
① 寫(xiě)出S12的二進(jìn)制代碼S12＝1100
② 寫(xiě)出反饋歸零函數
（7.3.5）
③ 畫(huà)連線(xiàn)圖。如圖7.3.10(a)所示

（2）利用同步置數控制端 實(shí)現
取D3D2D1D0＝0000。
① 寫(xiě)出SN-1的二進(jìn)制代碼
S12-1＝S11＝1011
② 寫(xiě)出反饋歸零置數函數
（7.3.6）
③ 畫(huà)連線(xiàn)圖。根據 的表達式畫(huà)連線(xiàn)圖，如圖7.3.10(b)所示。

5．同步二進(jìn)制加／減計數器

復習：JK觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計數器：
如從Q端輸出信號時(shí)，為加法計數器；
如從端輸出信號時(shí)，則為減法計數器。
設計思想：關(guān)鍵是用加／減控制信號將Q端或端的輸出信號加到相鄰高位T觸發(fā)器的T輸入端上。
圖7.3.11所示為三位同步二進(jìn)制加／減計數器的邏輯圖。

M為加／減控制信號，其值可為1，也可為0。

由圖可得三個(gè)T觸發(fā)器的驅動(dòng)方程分別為

教材中圖7.3.12所示為由JK觸發(fā)器組成的8421BCD同步十進(jìn)制加法計數器的邏輯圖，用下降沿觸發(fā)。
分析它的工作原理。（鞏固同步時(shí)序電路的分析方法，可由學(xué)生自學(xué)）
邏輯功能：與異步十進(jìn)制計數器相同。

三、集成同步計數器

1．集成十進(jìn)制同步加法計數器CT74LS160
邏輯功能示意圖。與CT74LS161基本相同，只是型號不一樣。
功能表。與CT74LS161完全相同。
主要功能。與CT74LS161基本相同，只是實(shí)現十進(jìn)制計數。
進(jìn)位輸出信號CO＝CTT Q3Q0＝Q3Q0

［例7.3.4］ 試用CT74LS160構成七進(jìn)制計數器。
解：利用同步置數控制端歸零。
（1）寫(xiě)出SN-1的二進(jìn)制代碼
SN-1＝S7-1＝S6＝0110
（2）寫(xiě)出反饋歸零（置數）函數。設計數器從0開(kāi)始計數，為此，應取D3D2D1D0＝0000，故（7.3.11）

（3）畫(huà)連線(xiàn)圖。根據式（7.3.11）和置數的要求畫(huà)連線(xiàn)圖，如圖7.3.14所示。

課后思考題：利用CT74LS160的異步置0控制端 構成七進(jìn)制計數器。

2．集成十進(jìn)制同步加／減計數器CT74LS190

⑶ 主要邏輯功能。（根據功能表分析，不用寫(xiě)板書(shū)）

7.3.3B 利用計數器的級聯(lián)獲得大容量同步N進(jìn)制計數器
一、級聯(lián)法

計數器的級聯(lián)是將多個(gè)集成計數器（如M1進(jìn)制、M2進(jìn)制）串接起來(lái)，以獲得計數容量更大的N（=M1×M2）進(jìn)制計數器。

一般集成計數器都設有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。
同步計數器實(shí)現的方法：
低位的進(jìn)位信號→高位的保持功能控制端（相當于觸發(fā)器的T端）
有進(jìn)位時(shí)，高位計數功能；無(wú)進(jìn)位時(shí)，高位保持功能。

兩片CT74LS160級聯(lián)成100進(jìn)制同步加法計數器。
由圖可看出：低位片CT74LS160（1）在計到9以前，其進(jìn)位輸出CO＝Q3Q0＝0，高位片CT74LS160（2）的CTT＝0，保持原狀態(tài)不變。當低位片計到9時(shí)，其輸出CO＝1，即高位片的CTT＝1，這時(shí)，高位片才能接收CP端輸入的計數脈沖。所以，輸入第10個(gè)計數脈沖時(shí)，低位片回到0狀態(tài)，同時(shí)使高位片加1。

二、反饋歸零法

兩片4位二進(jìn)制數加法計數器CT74LS161級聯(lián)成五十進(jìn)制計數器。

現代教學(xué)方法與手段：用DLCCAI或EWB演示74LS161、74LS160、74LS190的邏輯功能