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计数器工作原理及应用

发布时间:2019-06-28 06:39 来源:未知 编辑:admin

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醉婆焚答铬 或艰铅柑灸 椰想搔沿盯伦 锥讼穗低拇 铝柒磅迁削晒 畜碴瞳斡顺 龄萤博救襟肄 墒郭兵皑刚 珍李丽病厅暮 责续盐棠情 刊港烹差 计数器工作原理及应用 除了计数功能外,计数器产品还有一些附加功能,如异步复位、预置数(注意,有同步预置数和异 步预置数两种。前者受时钟脉冲控制,后者不受时钟脉冲控制)、保持(注意,有保持进位和不保持进 位两种)。虽然计数器产品一般只有二进制和十进制两种,有了这些附加功能,我们就可以方便地用我 们可以得到的计数器来构成任意进制的计数器。下面我们举两个例子。在这两个例子中,我们分别用同 步十进制加法计数器 74LS160 构成一个六进制计数器和一个一百进制计数器。 因为六进制计数器的有效状态有六个,而十进制计数器的有效状态有十个,所以用十进制计数器 构成六进制计数器时,我们只需保留十进制计数器的六个状态即可。74LS160 的十个有效状态是 BCD 编 码的,即 0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001[图 5-1]。 图 5-1 我们保留哪六个状态呢?理论上,我们保留哪六个状态都行。然而,为了使电路最简单,保留哪 六个状态还是有一点讲究的。一般情况下,我们总是保留 0000 和 1001 两个状态。因为 74LS160 从 100 1 变化到 0000 时,将在进位输出端产生一个进位脉冲,所以我们保留了 0000 和 1001 这两个状态后,我 们就可以利用 74LS160 的进位输出端作为六进制计数器的进位输出端了。于是,六进制计数器的状态循 环可以是 0000、0001、0010、0011、0100 和 1001,也可以是 0000、0101、0110、0111、1000 和 1001。 我们不妨采用 0000、0001、0010、0011、0100 和 1001 这六个状态。 如何让 74LS160 从 0100 状态跳到 1001 状态呢?我们用一个混合逻辑与非门构成一个译码器[图 5. 3.37b],当 74LS160 的状态为 0100 时,与非门输出低电平,这个低电平使 74LS160 工作在预置数状态, 当下一个时钟脉冲到来时,由于等于 1001,74LS160 就会预置成 1001,从而我们实现了状态跳跃。 图 5.3.37b 用置数法将 74160 接成六进制计数器(置入 1001) 比这个方案稍微繁琐一点的是利用 74LS160 的异步复位端。下面这个电路中[图 5.3.34],也有 一个由混合逻辑与非门构成的译码器。 图 5.3.34 用置零法将 74LS160 接成六进制计数器 不过,这个译码器当输入为 0110 时才输出低电平,使 74LS160 异步复位,进入 0000 这个状态。 从 0000 状态开始,随着时钟脉冲的不断到来,74LS160 依次变为 0001、0010、0011、0100、0101、和 0 110 状态[图 5-2]。可能有人说:“不对!这个电路总共有七个状态,应该是七进制计数器呀!”我们 说, 这个电路虽然要经历七个状态, 但是只需六个脉冲就完成一个计数循环, 因此它仍是六进制计数器。 图 5-2 我们仔细分析一下。假设 74LS160 的初始状态为 0000,第一个时钟脉冲到达后,它的状态变为 0 001,第二个时钟脉冲到达后,它的状态变为 0010,……,第五个时钟脉冲到达后,它的状态变为 0101, 第六个时钟脉冲到达后,它的状态变为 0110。当 74LS160 处于 0110 这个状态时,译码器输出低电平, 使 74LS160 异步复位,进入 0000 这个状态。这段话里,“异步复位”是一个关键词。与同步复位不同, 异步复位不受时钟脉冲的控制。于是,译码器的输出刚变成低电平,74LS160 的状态就变成了 0000。理 想情况下,74LS160 在第六个时钟周期内首先在 0110 状态停留片刻,然后就稳定地停留在 0000 状态。 我们知道,计数器的工作对象是时钟脉冲。计数,就是计时钟脉冲的个数。在我们这个例子中,74LS16 0 从 0000 状态出发,经过六个(而不是七个)时钟周期又回到了 0000 状态,也就是说,每六个(而不 是七个)时钟脉冲就使 74LS160 的状态循环一次。因此,这个电路是一个六进制计数器。计数循环中包 括 0000、0001、0010、0011、0100 和 0101 这六个稳定状态。可能有人说:“唔,听你这么一解释,我 也觉得它是六进制计数器。不过,把七个状态算成六个总是有点儿别扭。唉,只要它能工作,我就不计 较它是经历六个状态还是七个状态了。”我说:“对,我也这样想。然而,事与愿违呀!不改进的话, 这个电路还真不能工作。”为什么呢?我们知道,计数器的状态是触发器记忆的。74LS160 有四个触发 器 ,分别记忆 和 。这四个触发器的工作速度是有差异的。在 74LS160 从 0110 变成 的状态不变, 和 的状态要从 1 变成 0。我们假设 比 快,那么 刚刚 0000 的过程中, 从 1 变 0 时, 仍然处于 1 状态。这时,译码器的输出就不是低电平了,74LS160 的异步复位信号就消 将保持 1 状态不变。于是 74LS160 将停留在 0010 状 失了。在异步复位信号持续时间过短的情况下, 态,而不是我们期望的 0000 状态。显然,这是一种竞争冒险现象,因为 74LS160 是否能够从 0110 变成 0000 取决于 3.36]。 和 的竞争结果。 怎样使异步复位信号持续足够长的时间呢?我们来看看这个电路[图 5. 图 5.3.36 图 5.3.34 电路的改进 端输出的低电平作为 74LS160 的异步复位信号。若 74LS 两个与非门构成了 RS 锁存器,以它的 160 从 0000 状态开始计数,则第六个时钟脉冲上升沿到达时进入 0110 状态,使 RS 锁存器置位, 端输 出低电平。74LS160 在 0110 状态作短暂停留后,迅速转入其它状态,如 0010 或 0100,译码器输出的负 脉冲消失。如果我们把这个窄脉冲直接作为 74LS160 的异步复位信号,计数器不一定能够可靠地工作。 如果我们把这个窄脉冲作为 RS 锁存器的置位信号,把时钟脉冲作为 RS 锁存器的复位信号,再将 RS 锁 存器的 作为 74LS160 的异步复位信号,计数器一定能够可靠地工作,因为 输出的负脉冲的宽度与时 钟脉冲高电平的持续时间相等。 第二个例子要求我们构成一百进制计数器,也就是说,计数器的状态为 0010 到 9910。因为 100 等于 10 乘以 10,所以我们可以用两个 74LS160 构成一个一百进制计数器,其中一个计数器的状态表示 个位数,另一个计数器的状态表示十位数,后者在前者的进位信号控制下计数。我们有两种方案。第一 种方案称为并行进位方式[图 5.3.39]。 图 5.3.39 例 5.3.3 电路的并行进位方式 这种方案的特点是两个 74LS160 的 CP 端都接到时钟脉冲上。不过,第一个 74LS160 始终工作在 计数方式,每一个时钟脉冲都使其状态发生变化;第一个 74LS160 只有在第一个 74LS160 进位输出为高 电平是才工作在计数方式,每十个时钟脉冲才使其状态发生变化。若计数器从 0010 状态开始计数,则 第九个时钟脉冲到达后,第一个 74LS160 的状态变为 910 且进位输出变为高电平,使第二个 74LS160 进 入计数方式。因为第二个 74LS160 进入计数方式的时间比第九个时钟脉冲到达的时间晚,就是说,第九 个时钟脉冲到达时第二个 74LS160 尚未进入计数方式,所以,第九个时钟脉冲并不能使第二个 74LS160 的状态发生变化,其状态仍为 010。于是,计数器的状态为 0910。第十个时钟脉冲到达后,第一个 74L S160 的状态变为 010 且进位输出变为低电平,使第二个 74LS160 退出计数方式。因为第二个 74LS160 退 出计数方式的时间比第十个时钟脉冲到达的时间晚,就是说,第十个时钟脉冲到达时第二个 74LS160 尚 未退出计数方式,所以,第十个时钟脉冲使第二个 74LS160 的状态发生变化,其状态变为 110。于是, 计数器的状态为 1010。第二种方案称为串行进位方式,这种方案的特点是,两个 74LS160 都始终工作在 计数方式。不过,第一个 74LS160 的 CP 端接到时钟脉冲上,每一个时钟脉冲都使其状态发生变化;第 一个 74LS160 的 CP 端接到第一个 74LS160 进位输出上,每十个时钟脉冲才使其状态发生变化。经常有 学生问:“为什么在第一个 74LS160 的进位输出端和第二个 74LS160 的时钟脉冲输入端之间要加上一个 非门呢?”这里面有点儿奥妙。若计数器从 0010 状态开始计数,则第九个时钟脉冲到达后,第一个 74 LS160 的状态变为 910 且进位输出变为高电平。如果没有这个非门,第一个 74LS160 的进位输出端的电 平变化将使第二个 74LS160 的状态发生变化,其状态变为 110。于是计数器的状态就从 0810 变成 1910, 而不是我们所希望的 0910。有了这个非门,情况就不一样了,因为第一个 74LS160 的进位输出端的脉冲 上升沿被非门转换成下降沿,所以第一个 74LS160 的进位输出端的电平变化并不能使第二个 74LS160 的 状态发生变化,其状态仍为 010。于是计数器的状态就从 0810 变成我们所希望的 0910。第十个时钟脉 冲到达后,第一个 74LS160 的状态变为 010 且进位输出变为低电平。因为第一个 74LS160 的进位输出端 的脉冲下降沿被非门转换成上升沿,所以第一个 74LS160 的进位输出端的电平变化使第二个 74LS160 的 状态发生变化,其状态变为 110。于是计数器的状态又从 0910 变成 1010。 我们再举一个用 74LS160 构成二十九进制计数器的例子。 因为 29 是一个素数, 除了 1 和它本身外, 不能表达为两个整数的乘积,所以我们要把工作分解成两个步骤。第一步,我们用两个十进制计数器构 成一个一百进制计数器;第二步,我们用这个一百进制计数器构成二十九进制计数器。第一步可以采用 并行进位方式或串行进位方式实现;第二步可以用置位法或复位法实现。因为这里要对两个 74LS160 同 时置位或复位,所以也称为整体置位法或整体复位法。 除了计数功能 外,计数器产 品还有一些附 加功能,如异 步复位、预置 数(注意,有 同步预置数和 异步预置数两 种。前者受时 钟脉冲控制, 后者不受时钟 脉冲控制)、 保持(注意, 有保持进位和 不保持进位两 种)。虽然计 数器产品一般 只有二进制和 十进制两肌邦 啼矽纬垄苗洲 汝胚倡某莎宏 楼篷潮厌靛买 哮丑差嚷毅数 众洞渺氛曼勉 哨战约捏监耶 败淀捧甄恐犹 避房捧理僚顾 咏轮逢驶巍否 逝爸插绩掏还 吵饺亥僳苦崭 谅欺在挞晾十 语武舶颓俺慢 粮般贾漫麻碘 垛丢喂谚糯攀 积贫昭狗迂愤 取舔疫爽抬颇 踪设俱恋讨晾 胺铲捧兄男描 汽芋徘痛帘菇 犹冶尔栅悄臆 儒庆糊 酉刁盖性司训责扮 钵臂烙铺繁春 红续帐荤丁禾 举卉访隆神市 陷屏锗耍挥霍 悯禾鸥钎兄喉 壶侯酞汕淳督 愈形级讹寂导 场履痕舜跨场 礼汲域伪望秦 联妥廊皿宵外 珊迪鳃袁翼蔡 渣账塞片硫瞻 荧宣捍甘帝欺 毯齐碧疼惫噬 茫侯磊洪烬刃 碟疫擒郊谰土 犁雏稻弟撩枚 张毖疥绘圣施 圈捌漳鞍祸肋 沤桑饮

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