计数功能的电路 Qi* = (Qi-1 · … · Q1 · Q0) Q
P508 图 8-31
13
4位二进制计数器74x163
同步清零 同步预置数
使能端
CLR LD ENP ENT
进位输出清零
RCO 进位输出
14
4位二进制计数器74x163
74x163的功能表
CLK CLR_L LD_L ENP ENT 工作状态
计数到1111时， 利用同步预置数端 CLK 强制输出为0101
Q0 Q1 Q2 Q3
27
74x163用作余3码计数器
0011 S0 S1 S2 S3 S4
S15
S5
S14
S6
S13
S7
1100 S12 S11 S10 S9 S8
28
74x163用作余3码计数器
1 1 0 0
29
Q3：十分频， 占空比50％
17
其它MSI计数器
74x160、74x162
1位十进制（BCD）加法计数器（异、同步清零）
QA QB QC QD
18
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
QC、QD都是十分频，但占空比不是50％
其它MSI计数器
74x160、74x162
1位十进制（BCD）加法计数器（异、同步清零）
74x169
—— 时钟同步状态机设计
利用MSI计数芯片构成
—— 利用n位二进制计数器实现模m计数器 分两种情况考虑： m < 2n 清零法、置数法 m > 2n
23
用4位二进制计数器74x163实现模11计数器
清零法
—— m<2n 情况
计数到1010时， S0 S1 S2 S3 S4
利用同步清零端
强制为0000。
0 1 1 1 1
同步清零 0 同步置数 1 0 1 保持 1 0 保持,RCO=0 1 1 1 计数
74x161异步清零
15
74x163工作于自由运行模式时的接线方法
16
自由运行的’163可以用作 2、4、8和16分频计数器
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0
轮流选择输出Y0～Y7 —— 计数器的应用
20
二进制计数器状态的译码
0 1 2 3 4 5 6 7 0 12
若在一次状态转移中有2位或多位计数位同时变化， 译码器输出端可能会产生“尖峰脉冲” —— 功能性冒险
21
改进：消除“毛刺”
CLK
8位寄存器
还有更好的办法。。。
22
任意模值计数器
利用SSI器件构成
tclk tf f pd
tcomb
触发器输入
建立时间容限
tsetup
thold
tclk－tff －t －t pd(max) comb(max) setup
保持时间容限
t ＋t －t ffpd(min) comb(min) hold
33
S15
S5
S14
S6
S13
S7
S12 S11 S10 S9 S8
24
用4位二进制计数器74x163实现模11计数器
清零法
—— m<2n 情况
计数到1010时， CLK 利用同步清零端
强制为0000。
Q0
Q1
思考：
Q2
如果是74x161
Q3
（异步清零）
可以这样连接吗？
—— 利用1011状态异步清零，会出现“毛刺”
例：用74x163构造模193计数器 两片163级联得8位二进制计数器（0～255） —— 采用整体清零法，0～192 —— 采用整体预置数法，63～255 256－193＝63 （P512图8-40）
若 m 可以分解：m = m1m2
分别实现m1和m2，再级联
32
tH
tL
CLOCK
触发器输出 组合电路输出
可逆计数器
UP/DN = 1 加法计数（升序）
UP/DN = 0 减法计数（降序）
UP/DN
使能输入 进位输出 低电平有效
பைடு நூலகம்
19
74x138
P0
EN1 G1 Y0
EN2_L G2A Y1
P1
EN3_L
G2B Y2 Y3
SRC0 A
Y4 Y5
SRC1 B
Y6
SRC2 C
Y7
SDATA
P7
如何控制地址端自动
25
用4位二进制计数器74x163实现模11计数器
置数法
—— m<2n 情况
计数到1111时， S0 S1 S2 S3 S4
利用同步预置数端
强制输出为0101 S15
S5
S14
S6
S13
S7
S12 S11 S10 S9 S8
26
用4位二进制计数器74x163实现模11计数器
置数法
—— m<2n 情况
DQ CLK Q
考虑 T 触发器：Q* = EN Q 对于D触发器：Q* = D = EN Q
D0 = 1 Q = Q’ Di = (Qi-1 · … · Q1 · Q0) Q
11
同步清零和预置数
12
EN
CLK
D0
Q0
D1
Q1
D2
Q2
D3
Q3
同步清零和预置数功能
LD_L
CLR_L A QA
CLK Q0 Q1 Q2 Q3 COUNT 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3
30
CLOCK RESET_L LOAD_L
CNTEN D0 D1 D2 D3
31
计数器的级联
74x1623
个位
计数范围：0～99
74x1632
十位
Q4 Q5 Q6 Q7
模m计数器（ m > 2n）
先进行级联，再整体置零或预置数
数字逻辑设计及应用
第8章 时序逻辑设计实践
SSI型锁存器和触发器 MSI器件：计数器、移位寄存器 其它：文档、迭代、故障和亚稳定性
1
内容回顾
时序电路文档标准
定时图及其规范
锁存器和触发器
SSI型锁存器和触发器 应用：开关消抖、总线保持 多位寄存器和锁存器
2
8.4 计数器
状态图中包含有一个循环的任何时钟时序电路
Q0
Q1
Q2
Q3
Q CLK T Q
Q TQ
Q TQ
Q TQ
5
CLK Q0 Q1 Q2
Q0
Q1
Q2
Q3
Q CLK T Q
Q TQ
Q TQ
Q TQ
速度慢， 最坏情况，第n位要经过 n×tTQ 的延迟时间
—— 异步时序
6
同步二进制加法计数器
1011011
+
1
1011100
在多位二进制数的末位加 1， 仅当第 i 位以下的各位都为 1 时， 第 i 位的状态才会改变。 最低位的状态每次加1都要改变。
模（modulus）：循环中的状态个数
模m计数器（又称 m分频计数器）
n位二进制计数器
EN’
EN
Sm
EN EN’
EN’
S1 EN S2
EN’ EN’
EN S5 EN
EN’ EN
S3
EN
S4
3
计数器的分类
按时钟：同步、异步 按计数方式：加法、减法、可逆 按编码方式：二进制、十进制BCD码、循环码
利用有使能端的 T 触发器实现：
EN Q TQ
EN0 = 1?
Q* = EN·Q’ + EN’·Q = EN Q 通过EN端进行控制， 需要翻转时，使 EN = 1 ENi = Qi-1 · Qi-2 · … · Q1 · Q0
7
同步计数器
1
Q0
CLK
如何加入使能端？
Q1
Q2
C
8
有使能端的同步计数器 低位 LSB
CNTEN
串行使能
9
高位 MSB
有使能端的同步计数器 低位 LSB
CNTEN
并行使能
10
高位 MSB
同步二进制加法计数器
1011011
+
1
1011100
在多位二进制数的末位加 1， 仅当第 i 位以下的各位都为 1 时， 第 i 位的状态才会改变。 最低位的状态每次加1都要改变。
利用 D 触发器实现：
计数器的功能
计数、分频、定时、产生脉冲序列、数字运算
本节内容
行波计数器、同步计数器 MSI型计数器及其应用 二进制计数器状态的译码
4
行波计数器（ripple counter）
考虑二进制计数顺序： 利用 T 触发器实现：
只有当第 i-1 位由10时， 第 i 位才翻转。
Q T
Q
Q* = Q’