同步計(jì)數(shù)器

7.3.2 同步計(jì)數(shù)器
一、同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

1．同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器
根據(jù)學(xué)生的程度，有時(shí)也可以從設(shè)計(jì)的角度，討論同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)思想。
[同步計(jì)數(shù)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(yīng)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(dāng)?shù)臀幌蚋呶贿M(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(zhuǎn)，計(jì)數(shù)加1。]

由JK觸發(fā)器組成的4位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器的分析方法，簡(jiǎn)單介紹思路，可由學(xué)生自學(xué)詳細(xì)的內(nèi)容。可不寫(xiě)板書(shū)）

（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。
與或式（狀態(tài)方程）→真值表（狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表）。
將現(xiàn)態(tài)看成是輸入變量，次態(tài)看成是輸出函數(shù)。

（3）邏輯功能。十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

2．同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器

設(shè)計(jì)思想：
[同步計(jì)數(shù)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(yīng)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(dāng)?shù)臀幌蚋呶唤栉粫r(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(zhuǎn)，計(jì)數(shù)減1。]
為此，只要將二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出由Q端改為 端，便成為同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器了。

3．集成同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)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(shù)法獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器

⑴ 計(jì)數(shù)器的置數(shù)功能
應(yīng)先將計(jì)數(shù)起始數(shù)據(jù)預(yù)先置入計(jì)數(shù)器。
集成計(jì)數(shù)器的置數(shù)方式也有異步和同步兩種。
①異步置數(shù)：與時(shí)鐘脈沖CP沒(méi)有任何關(guān)系，只要異步置數(shù)控制端出現(xiàn)置數(shù)信號(hào)，并行數(shù)據(jù)便立刻被置入。
② 同步置數(shù)：輸入端獲得置數(shù)信號(hào)后，只是為置數(shù)創(chuàng)造了條件，還需要再輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器才能將預(yù)置數(shù)置入。
⑵ 利用反饋置數(shù)法獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器
用 S0，S1，S2…，SN 表示輸入0，1，2，…，N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。
N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)工作狀態(tài)應(yīng)為N個(gè)：S0，S1，S2…，SN-1
對(duì)于異步置數(shù)：在輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)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(shù)信號(hào)，送給異步置數(shù)端，使計(jì)數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)了N進(jìn)制計(jì)數(shù)。
對(duì)于同步置數(shù)：在輸入第N－1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，利用狀態(tài) 產(chǎn)生一個(gè)有效置數(shù)信號(hào)，送給同步置數(shù)控制端，等到輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，計(jì)數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)。

課堂討論：實(shí)現(xiàn)N進(jìn)計(jì)數(shù)，異步置數(shù)時(shí)狀態(tài) 出現(xiàn)嗎？

步驟：
① 寫(xiě)出計(jì)數(shù)器狀態(tài)的二進(jìn)制代碼。
利用異步置數(shù)輸入端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，寫(xiě)出 對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼；
利用同步置數(shù)端獲得 N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，寫(xiě)出 對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼。
② 寫(xiě)出反饋歸零函數(shù)。
根據(jù)SN或SN-1寫(xiě)出置數(shù)端的邏輯表達(dá)式。
③ 畫(huà)連線圖。主要根據(jù)反饋置數(shù)函數(shù)畫(huà)連線圖。

［例7.3.2］ 試用 CT74LS161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器
解：CT74LS161實(shí)現(xiàn)16進(jìn)制，可利用其同步置數(shù)控制端來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。
第一種方案：設(shè)從Q3Q2Q1Q0＝0000狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，取D3D2D1D0=0000。
采用置數(shù)控制端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器一般都從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。
（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(shù)）函數(shù)。由于計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，因此，應(yīng)寫(xiě)反饋歸零函數(shù)
(7.3.4)
（3）畫(huà)連線圖。根據(jù)上式和置數(shù)的要求畫(huà)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的連線圖，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(shù)信號(hào)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，可取代與非門。
電路如圖7.3.9（b）所示。

［例7.3.3］試用CT74LS161構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
解：設(shè)從Q3Q2Q1Q0＝0000狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)。

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

（2）利用同步置數(shù)控制端 實(shí)現(xiàn)
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(shù)函數(shù)
（7.3.6）
③ 畫(huà)連線圖。根據(jù) 的表達(dá)式畫(huà)連線圖，如圖7.3.10(b)所示。

5．同步二進(jìn)制加／減計(jì)數(shù)器

復(fù)習(xí)：JK觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：
如從Q端輸出信號(hào)時(shí)，為加法計(jì)數(shù)器；
如從端輸出信號(hào)時(shí)，則為減法計(jì)數(shù)器。
設(shè)計(jì)思想：關(guān)鍵是用加／減控制信號(hào)將Q端或端的輸出信號(hào)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(jì)數(shù)器的邏輯圖。

M為加／減控制信號(hào)，其值可為1，也可為0。

由圖可得三個(gè)T觸發(fā)器的驅(qū)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(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器相同。

三、集成同步計(jì)數(shù)器

1．集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CT74LS160
邏輯功能示意圖。與CT74LS161基本相同，只是型號(hào)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(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。
進(jìn)位輸出信號(hào)CO＝CTT Q3Q0＝Q3Q0

［例7.3.4］ 試用CT74LS160構(gòu)成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
解：利用同步置數(shù)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(shù)）函數(shù)。設(shè)計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，為此，應(yīng)取D3D2D1D0＝0000，故（7.3.11）

（3）畫(huà)連線圖。根據(jù)式（7.3.11）和置數(shù)的要求畫(huà)連線圖，如圖7.3.14所示。

課后思考題：利用CT74LS160的異步置0控制端 構(gòu)成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

2．集成十進(jìn)制同步加／減計(jì)數(shù)器CT74LS190

⑶ 主要邏輯功能。（根據(jù)功能表分析，不用寫(xiě)板書(shū)）

7.3.3B 利用計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)獲得大容量同步N進(jìn)制計(jì)數(shù)器
一、級(jí)聯(lián)法

計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)是將多個(gè)集成計(jì)數(shù)器（如M1進(jìn)制、M2進(jìn)制）串接起來(lái)，以獲得計(jì)數(shù)容量更大的N（=M1×M2）進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

一般集成計(jì)數(shù)器都設(shè)有級(jí)聯(lián)用的輸入端和輸出端。
同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的方法：
低位的進(jìn)位信號(hào)→高位的保持功能控制端（相當(dāng)于觸發(fā)器的T端）
有進(jìn)位時(shí)，高位計(jì)數(shù)功能；無(wú)進(jìn)位時(shí)，高位保持功能。

兩片CT74LS160級(jí)聯(lián)成100進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。
由圖可看出：低位片CT74LS160（1）在計(jì)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(dāng)?shù)臀黄?jì)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(jì)數(shù)脈沖。所以，輸入第10個(gè)計(jì)數(shù)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(shù)加法計(jì)數(shù)器CT74LS161級(jí)聯(lián)成五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

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