數字電路和邏輯設計

計算機與通信工程系第十八、十九講計數器及其應用數字邏輯數字邏輯——計數器一、計數器概念二、計數器分類三、典型芯片功能及應用計數器

1．什么是計數器？

廣義地說，計數器是一種能在輸入信號作用下依次通過預定狀態的時序邏輯電路。就常用的集成電路計數產品而言，可以對其定義如下：

計數器：是一種對輸入脈沖進行計數的時序邏輯電路，被計數的脈沖信號稱作“計數脈沖”。常用中規模時序邏輯電路數字系統中最典型的時序邏輯電路是計數器和寄存器。

2．計數器的種類

計數器的種類很多，通常有不同的分類方法。

(1)按其工作方式可分為同步計數器和異步計數器；

(2)按其進位制可分為二進制計數器、十進制計數器和任意進制計數器；

(3)按其功能又可分為加法計數器、減法計數器和加/減可逆計數器等。

3．功能

一般具有計數、保存、清除、預置等功能。第七章中規模通用集成電路及其應用計數器在運行時，所經歷的狀態是周期性的，總是在有限個狀態中循環，通常將一次循環所包含的狀態總數稱為計數器的“模”。

1．74193的管腳排列圖及邏輯符號

典型芯片

---四位二進制同步可逆計數器74193

74193管腳排列圖及邏輯符號分別如圖(a)、(b)所示。

2．引腳功能

（一）4位二進制同步加法計數器芯片74X161引腳分布邏輯符號帶引腳名的邏輯符號一、常用中規模計數器芯片第五節常用中規模計數器芯片及應用內部邏輯電路圖簡化符號74X161的功能表異步清零，同步置數（二）4位二進制同步加法計數器芯片74X163引腳分布邏輯符號帶引腳名的邏輯符號簡化符號同步清零（三）4位二進制同步可逆計數器芯片74X191引腳分布邏輯符號帶引腳名的邏輯符號簡化符號74X191的功能表沒有清零，異步置數（四）4位二進制同步可逆計數器芯片74X19374X193的功能表異步清零，異步置數（五）8421BCD碼同步加法計數器74X160芯片74X160的功能表（六）二-五-十進制異步加法計數器74X29074X290內部邏輯電路圖74X290的功能表二進制狀態圖五進制狀態圖8421碼十進制邏輯電路圖5421碼十進制邏輯電路圖幾種集成計數器的比較二、集成計數器的應用*（一）計數器容量擴展*（二）組成任意進制計數器（三）組成分頻器（四）組成序列信號發生器（五）組成順序脈沖發生器

（一）計數器容量擴展將多個計數器進行級聯，就可以擴大計數范圍。如：m個模N計數器級聯，可以實現Nm的計數器。

計數器級聯的方式有兩種：

1、級間串聯進位方式—異步級聯方式

2、級間并聯進位方式—同步級聯方式（一）計數器容量擴展1.同步級聯方式兩片74X161同步級聯組成8位二進制加法計數器的邏輯電路圖2.異步級聯方式（1）兩片74X161異步級聯構成256進制計數器時序圖（2）兩片74X193異步級聯構成256進制計數器時序圖（3）兩片74X290異步級聯構成100進制計數器時序圖（二）組成任意進制計數器

實際應用中，可以用現有的二進制或十進制計數器，利用其清零端或預置數端，外加適當的門電路連接而成。方法有兩種：1、反饋清零法

2、反饋置數法

用模N的計數器構成任意模值的M計數器1.若M<N，只需一片N進制計數器，使計數器在N進制的計數過程中，跳過N-M個狀態即可。2.若M>N，需要多片N進制計數器級聯，同步級聯或異步級聯，然后再用反饋清零或反饋置數法構成M進制計器。1.反饋清零法-適用于有清零輸入端的集成計數器（1）同步反饋清零法例5-13用集成計數器74X163和必要的門電路組成6進制計數器，要求使用反饋清零法。時序圖（2）異步反饋清零法例5-14用集成計數器74X161和必要的門電路構成6進制計數器，要求使用反饋清零法。1.反饋清零法時序圖完整狀態轉換圖2.反饋置數法—適用于有預置功能的集成計數器（1）同步反饋置數法例5-15用集成計數器74X160和必要的門電路組成7進制計數器，要求該電路的有效狀態是Q3Q2Q1Q0按“加1”的順序從0011到1001循環變化。時序圖完整狀態轉換圖用RCO端來實現（2）異步反饋置數法例5-16用集成計數器74X193和必要的門電路組成10進制計數器，要求用反饋置數法實現。邏輯電路圖完整的狀態圖例5-17用74X160組成48進制計數器。整體反饋清零法將高位片的Q2和低位片的Q3通過與非門接至兩芯片的清零端大模分解法：

將M分解為多個因數相乘（每個因數小于單片計數器的最大值），可先用n片計數器分別組成模值為M1、M2、…、Mn的計數器，然后再級聯成M=M1M2….

Mn的計數器。（三）組成分頻器解：因為32768=215，經15級二分頻，就可獲得頻率為1Hz的脈沖信號。因此將四片74161級聯，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。（四）組成序列信號發生器序列信號——在時鐘脈沖作用下產生的一串周期性的二進制信號。例：用74161及門電路構成序列信號發生器。其中74161與G1構成了一個模5計數器。由于

因此，這是一個01010序列信號發生器，序列長度P=5。用計數器輔以數據選擇器可以方便地構成各種序列發生器。構成的方法如下：第一步構成一個模P計數器；第二步選擇適當的數據選擇器，把欲產生的序列按規定的順序加在數據選擇器的數據輸入端，把地址輸入端與計數器的輸出端適當地連接在一起。例

試用計數器74161和數據選擇器設計一個01100011序列發