如何用JK触发器设计计数器

Question

如题所述

Answer 1

按计数增减分:加法计数器,减法计数器,加/减法计数器.
7.3.1异步计数器
一,异步二进制计数器
1,异步二进制加法计数器
分析图7.3.1由JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器.
分析方法:由逻辑图到波形图(所有JK触发器均构成为T/触发器的形式,且后一级触发器的时钟脉冲是前一级触发器的输出Q),再由波形图到状态表,进而分析出其逻辑功能.
2,异步二进制减法计数器
减法运算规则:0000-1时,可视为(1)0000-1=1111;1111-1=1110,其余类推.

注:74LS163的引脚排列和74LS161相同,不同之处是74LS163采用同步清零方式.
(2)CT74LS161的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照4位自然二进制码进行同步二进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
4,反馈置数法获得N进制计数器
方法如下:
·写出状态SN-1的二进制代码.
·求归零逻辑,即求置数控制端的逻辑表达式.
·画连线图.
(集成计数器中,清零,置数均采用同步方式的有74LS163;均采用异步方式的有74LS193,74LS197,74LS192;清零采用异步方式,置数采用同步方式的有74LS161,74LS160;有的只具有异步清零功能,如CC4520,74LS190,74LS191;74LS90则具有异步清零和异步置9功能.等等)
试用CT74LS161构成模小于16的N进制计数器
5,同步二进制加/减计数器
二,同步十进制加法计数器
8421BCD码同步十进制加法计数器电路分析
三,集成同计数器
1,集成十进制同步加法计数器CT74LS160
(1)CT74LS160的引脚排列和逻辑功能示意图
图7.3.3CT74LS160的引脚排列图和逻辑功能示意图
(2)CT74LS160的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照BCD码进行同步十进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
2.集成十进制同步加/减计数器CT74LS190
其逻辑功能示意图如教材图7.3.15所示.功能如教材表7.3.10所示.
集成计数器小结:
集成十进制同步加法计数器74160,74162的引脚排列图,逻辑功能示意图与74161,74163相同,不同的是,74160和74162是十进制同步加法计数器,而74161和74163是4位二进制(16进制)同步加法计数器.此外,74160和74162的区别是,74160采用的是异步清零方式,而74162采用的是同步清零方式.
74190是单时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74191相同.74192是双时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74193相同.
7.3.3利用计数器的级联获得大容量N进制计数器
计数器的级联是将多个计数器串接起来,以获得计数容量更大的N进制计数器.
1,异步计数器一般没有专门的进位信号输出端,通常可以用本级的高位输出信号驱动下一级计数器计数,即采用串行进位方式来扩展容量.
举例:74LS290
(1)100进制计数器
(2)64进制计数器
2,同步计数器有进位或借位输出端,可以选择合适的进位或借位输出信号来驱动下一级计数器计数.同步计数器级联的方式有两种,一种级间采用串行进位方式,即异步方式,这种方式是将低位计数器的进位输出直接作为高位计数器的时钟脉冲,异步方式的速度较慢.另一种级间采用并行进位方式,即同步方式,这种方式一般是把各计数器的CP端连在一起接统一的时钟脉冲,而低位计数器的进位输出送高位计数器的计数控制端.
举例:74161
(1)60进制
(2)12位二进制计数器(慢速计数方式)
12位二进制计数器(快速计数方式)
7.4寄存器和移位寄存器
寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的.一个触发器可以存储1位二进制代码,存放n位二进制代码的寄存器,需用n个触发器来构成.
按照功能的不同,可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类.基本寄存器只能并行送入数据,需要时也只能并行输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移,数据既可以并行输入,并行输出,也可以串行输入,串行输出,还可以并行输入,串行输出,串行输入,并行输出,十分灵活,用途也很广.
7.4.1基本寄存器
概念:在数字电路中,用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器.
1,单拍工作方式基本寄存器
无论寄存器中原来的内容是什么,只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来,加在并行数据输入端的数据D0～D3,就立即被送入进寄存器中,即有:
2.双拍工作方式基本寄存器
(1)清零.CR=0,异步清零.即有:
(2)送数.CR=1时,CP上升沿送数.即有:
(3)保持.在CR=1,CP上升沿以外时间,寄存器内容将保持不变.
7.4.2移位寄存器
1.单向移位寄存器
四位右移寄存器:
时钟方程:
驱动方程:
状态方程:
右移位寄存器的状态表:
输入
现态
次态
说明
DiCP
1↑
1↑
1↑
1↑
0000
1000
1100
1110
1000
1100
1110
1111
连续输入4个1
单向移位寄存器具有以下主要特点:
单向移位寄存器中的数码,在CP脉冲操作下,可以依次右移或左移.
n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码.n个CP脉冲即可完成串行输入工作,此后可从Q0～Qn-1端获得并行的n位二进制数码,再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作.
若串行输入端状态为0,则n个CP脉冲后,寄存器便被清零.
2.双向移位寄存器
M=0时右移M=1时左移

3.集成双向移位寄存器74LS194
CT74LS194的引脚排列图和逻辑功能示意图:
CT74LS194的功能表:
工作状态
0×××
100×
101↑
110↑
111×
异步清零
保持
右移
左移
并行输入
7.4.3移位寄存器的应用
一,环形计数器
1,环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行输出端相连,构成一个闭合的环.
结构特点:,即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0.
工作原理:根据起始状态设置的不同,在输入计数脉冲CP的作用下,环形计数器的有效状态可以循环移位一个1,也可以循环移位一个0.即当连续输入CP脉冲时,环形计数器中各个触发器的Q端或端,将轮流地出现矩形脉冲.
实现环形计数器时,必须设置适当的初态,且输出Q3Q2Q1Q0端初始状态不能完全一致(即不能全为"1"或"0"),这样电路才能实现计数,环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n相等,即N=n
2,能自启动的4位环形计数器
状态图:
由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器
时序图
二,扭环形计数器
1,扭环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行反相输出端相连,构成一个闭合的环.
实现扭环形计数器时,不必设置初态.扭环形计数器的进制数
N与移位寄存器内的触发器个数n满足N=2n的关系
结构特点为:,即将FFn-1的输出接到FF0的输入端D0.
状态图:
2,能自启动的4位扭环形计数器
7.4.4顺序脉冲发生器
在数字电路中,能按一定时间,一定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为顺序脉冲发生器.
顺序脉冲发生器也称脉冲分配器或节拍脉冲发生器,一般由计数器(包括移位寄存器型计数器)和译码器组成.作为时间基准的计数脉冲由计数器的输入端送入,译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲,使输出端上的状态按一定时间,一定顺序轮流为1,或者轮流为0.前面介绍过的环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路即可直接作为顺序脉冲发生器.
一,计数器型顺序脉冲发生器
计数器型顺序脉冲发生器一般用按自然态序计数的二进制计数器和译码器构成.
举例:用集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出顺序脉冲发生器.
二,移位型顺序脉冲发生器
◎移位型顺序脉冲发生器由移位寄存器型计数器加译码电路构成.其中环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路就可直接作为顺序脉冲发生器.
◎时序图:
◎由CT74LS194构成的顺序脉冲发生器