时序电路的设计 计数器
计数器
引言计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，也是现代最常用的时序电路之一，它不仅能记录输入时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列。
例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。
计数器的种类不胜枚举，按触发器动作动作分类，可以分为同步计数器和异步计数器；按照计数数值增减分类，可以分为加计数器、减计数器和可逆计数器；按照编码分类，又可以分为二进制码计数器、BCD码计数器、循环码计数器。
此外，有时也会按照计数器的计数容量来区分，如五进制、十进制计数器等等。
1设计构思及理论根据电路的设计要求，要实现二―五―十进制计数，可以先实现十进制计数，然后通过倍频产生五进制计数和二进制计数；也可以先实现二进制计数和五进制计数，然后把它们连接起来进而产生十进制计数。
对比以上两种方法，明显后面的方法比较容易实现，而且实现所需的门电路也比较少，因而选择用第二种方法来进行设计。
1.1 二进制计数的原理二进制计数的原理图如图1.1.1所示，可以用一个T触发器接成一个'T触发器，这样在时钟的作用下，每来一个时钟触发器的输出与前一个状态相反，这样就够成了一个二进制计数器。
图1.1.1 二进制计数原理图图1.1.2 二进制计数波形图1.2 五进制计数的原理五进制计数的原理图如图2.2.1所示，要进行五进制计数，至少要有3个存储状态的触发器，本原理图中选用两个JK 触发器和一个'T 触发器构成五进制计数器，在时钟的作用下就可以进行五进制计数。
图1.2.1 五进制计数原理图图1.2.2 五进制计数波形图2 系统电路的设计及原理说明2.1 系统框图及说明图2.1.1 十进制计数框图图2.1.2 二-五进制计数框图根据设计的要求，在构成十进制计数器时，只需将二进制计数器和五进制计数器级联起来，即将二进制计数器的输出作为五进制计数器的时钟输入接起来就可以实现十进制计数了。
而在进行二-五进制计数时，可以将五进制计数器的输出作为二进制计数器的时钟输入，外部时钟输入到五进制计数器的时钟输入端即可在一个外部输入时钟的控制下分u oClk u ou 1别产生二进制计数和五进制计数了。
时序逻辑电路计数器基础介绍
格雷码计数器：使用格雷码进行计数，避免计数过程中的错误
奇偶校验计数器：在计数过程中进行奇偶校验，提高计数的准确性
计数器的应用
01
电子设备：如计算机、手机等设备的计数功能
03
交通控制：如交通信号灯、停车场等设备的计数和控制功能
02
工业控制：如生产线、机器人等设备的计数和控制功能
04
科学实验：如科学研究、实验设备等设备的计数和控制功能
2
功能特点：定时、计数、显示
3
应用效果：提高交通效率，减少交通事故
4
生产线计数
可以帮助生产线管理人员及时发现生产过程中的问题
生产线计数器用于记录生产线上的产品数量
可以实时监控生产线的生产进度和效率
可以为生产计划和生产调度提供数据支持
设计方法：使用硬件描述语言（HDL）进行描述和设计
设计验证：使用仿真工具进行仿真和验证，确保计数器功能正确
04
计数器设计注意事项
确定计数器的类型和功能
考虑计数器的功耗和面积，优化设计
设计计数器的测试方法和验证方法
确定计数器的工作频率和时钟信号
设计计数器的结构，包括触发器、计数器、输出等
设计计数器的输入和输出逻辑，包括复位、置位、计数等
时序逻辑电路广泛应用于各种电子设备，如计算机、通信设备、控制系统等。
时序逻辑电路的分类
同步时序逻辑电路：由统一的时钟信号控制，所有触发器在同一时刻发生变化
异步时序逻辑电路：没有统一的时钟信号，触发器根据各自的输入信号发生变化
组合逻辑电路：没有记忆功能，输出仅取决于当前输入
顺序逻辑电路：具有记忆功能，输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的输入和状态
演讲人
01.
时序逻辑电路-计数器.
21.3.1 计数器的特点和分类 一、计数器的功能及应用
1. 功能： 对时钟脉冲 CP 计数。 2. 应用： 分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲 序列、进行数字运算等。 二、计数器的特点
1. 输入信号： 计数脉冲 CP 时钟触发器 Moore 型 2. 主要组成单元：
5.2.3 十进制计数器 （8421BCD 码）（掌握） 一、十进制同步计数器 (一) 十进制同步加法计数器** 状态图 /0 /0 /0 0000 0001 0010 0011 /0 0100 Q3Q2Q1Q0 /0 /1 /0 /0 /0 /0 1001 1000 0111 0110 0101 时钟方程 C Q1nQ0n CP0 CP1 CP2 Q3nQ2n 00 01 11 10 CP3 CP 00 0 0 0 0 n n C Q3 Q0 01 0 0 0 0 输出方程 11 10 0 1
状态方程
Q
Q
n1 0 n 1 1
Q
n 3
n 0
Q Q Q
n 1
n 2 n 1
n 0
n+1 Q n+1 Q n+1 n n Q3n+1 Q 检查能否自启动 2 1 0 驱动方程 C Q 3 Q0 n n Q1 Q0 n Q3nQ将无效状态 00 01 11 1010 1111 10 2 J00001 = K0 = 1, n n 0010 0100 0011 00 代入状态方程： Q Q
用 SN 产生异步清零信号： S N S60 ( 111100 )
二、十进制异步计数器（掌握） (三) 集成十进制异步计数器 VCC R0B R0A CPQ CP Q Q 0 0 1 0 0 0 0 11 0 3 0 0Q 1 Q 2 Q 3 CP0
时序逻辑电路设计原则
时序逻辑电路设计原则时序逻辑电路是数字电路的一种重要类型，广泛应用于计算机、通信、自动化等领域。
时序逻辑电路的设计质量直接影响着电路的可靠性和性能。
为了确保时序逻辑电路的正确性和高效性，设计时需要遵循一些基本原则。
一、时序逻辑电路概述时序逻辑电路是基于时钟信号进行运算和控制的电路，其输出信号的状态取决于输入信号和时钟脉冲的到达时间。
时序逻辑电路包括寄存器、触发器、计数器、时钟分频器等。
二、正确设计时序逻辑电路的原则1. 合理设置时钟信号：时序逻辑电路的运行是基于时钟信号的控制，时钟信号的频率和占空比需要合理设置。
频率过高会导致电路响应不及时，频率过低会导致电路性能下降。
2. 考虑时钟延迟：时钟信号在电路中传输需要一定的时间，这个过程称为时钟延迟。
在设计时需要考虑时钟延迟对电路性能的影响，合理控制时钟延迟的范围。
3. 确定最长延迟路径：在时序逻辑电路中，存在一条延迟最长的信号传输路径，称为最长延迟路径。
在设计时需要重点考虑最长延迟路径，以确保电路的时序正确。
4. 避免冒险现象：冒险是指在时序逻辑电路中出现不确定的状态转换现象，会导致电路输出结果不可靠。
在设计时需要采取合适的技术措施来避免冒险现象的发生。
5. 使用同步触发器：同步触发器能够根据时钟信号同步进行状态转换，减少电路中的不确定性。
在设计时应优先选择使用同步触发器。
6. 划分模块边界：为了提高电路的可维护性和可扩展性，设计时应合理划分模块边界。
每个模块负责特定的功能，使用接口进行通信，降低模块之间的耦合度。
7. 采用流水线技术：流水线是一种将复杂任务划分为多个子任务并行执行的技术。
在设计时可以采用流水线技术提高时序逻辑电路的运行速度。
8. 进行时序分析：在设计结束后，需要进行时序分析来验证设计的正确性。
通过时序分析可以检查电路运行时的时间序列，确定电路的性能和正确性。
三、时序逻辑电路设计实例以设计一个基本的时序逻辑电路为例，假设要设计一个计数器，能够实现从0到9的循环计数功能。
数电-时序逻辑电路 计数器
——依照一般同步时序电路的设计步骤
例题
用D触发器设计同步十进制加法计数器 用JK触发器设计同步六进制减法计数器
（1）异步二-十进制计数器 74HC/HCT390
FF0 二进制计数器 CP0输入，Q0输出
FF1——FF3
异步五进制计 数器（P277）
CP1输入，Q3、Q2、Q1输出
CP1 1
1000~1111 8进制
异步计数器
方法二 整体反馈清0法实现72进制加法计数器
1 CP
××××
CR D0 D1 D2 D3
CET
CEP 74161(0) TC CP Q0 Q1 Q2 Q3 PE 1
××××
CR D0 D1 D2 D3
CET
CEP 74161(1) TC
CP Q0 Q1 Q2 Q3 PE 1
TC
CEP
74161
PE
>CP Q0 Q1 Q2 Q3
CR: 异步清零端
CP:
有效
PE: 同步并行置数使能端
D0 - D3 ：预置数据输入端 CET、CEP: 计数使能端
TC:进位输出端，用于级连（TC = CET·Q3·Q2·Q1·Q0）
74161逻辑功能表
输入
输出
清预 零置
使能
时 钟
预置数据输入
连接方式1 Q2 Q1 Q0 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001
（5421码）
连接方式2 Q0 Q3 Q2 Q1 0 000 0 001 0 010 0 011 0 100 1 000 1 001 1 010 1 011 1 100
二-五-十进制加法计数器
电子线路基础数字电路实验7 时序逻辑电路设计
实验七时序逻辑电路设计一、实验目的1. 学习用集成触发器构成计数器的方法。
2. 熟悉中规模集成十进制计数器的逻辑功能及使用方法。
3. 学习计数器的功能扩展。
4. 了解集成译码器及显示器的应用。
二、实验原理计数器是一种重要的时序逻辑电路，它不仅可以计数，而且用作定时控制及进行数字运算等。
按计数功能计数器可分加法、减法和可逆计数器，根据计数体制可分为二进制和任意进制计数器，而任意进制计数器中常用的是十进制计数器。
根据计数脉冲引入的方式又有同步和异步计数器之分。
1. 用D触发器构成异步二进制加法计数器和减法计数器：图10—1是用四只D触发器构成的四位二进制异步加法计数器，它的连接特点是将每只D触发器接成T'触发器形式，再由低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接，即构成异步计数方式。
若把图10—1稍加改动，即将低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接，即构成了减法计数器。
图10—1本实验采用的D触发器型号为74LS74A，引脚排列见前述实验。
2. 中规模十进制计数器中规模集成计数器品种多，功能完善，通常具有予置、保持、计数等多种功能。
74LS182同步十进制可逆计数器具有双时钟输入，可以执行十进制加法和减法计数，并具有清除、置数等功能。
引脚排列如图10—2所示。
其中LD−−置数端；CP u−−加计数端；CP D−−减计数端；DO−−非同步进位输出端；CO−−非同步借位输出端；Q A、Q B、Q C、Q D−−计数器输出端；D A、D B、D C、D D−−数据输入端；CR−−清除端。
表10—1为74LS192功能表，说明如下：当清除端为高电平“1”时，计数器直接清零(称为异步清零)，执行其它功能时，CR置低电平。
当CR为低电平，置数端LD为低电平时，数据直接从置数端D A、D B、D C、D D置入计数器。
当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。
执行加计数时，减计数端CP D接高电平，计数脉冲由加计数端Cp u输入，在计数脉冲上升沿进行842编码的十进制加法计数。
电路设计中的计数器电路设计计数器电路设计的原理和应用
电路设计中的计数器电路设计计数器电路设计的原理和应用电路设计中的计数器电路设计计数器电路设计在电子领域中有着广泛的应用，它可以用于各种计数任务和时序控制。
本文将介绍计数器电路设计的原理和应用，并探讨其在数字系统中的重要性。
一、计数器电路设计的原理计数器电路是由触发器和逻辑门组成的组合逻辑电路，其原理基于二进制加法和触发器的状态变化。
在计数器电路中，触发器的输入接收时钟信号，并随着时钟的脉冲而改变其输出状态。
不同类型的计数器电路有所区别，例如二进制异步计数器、二进制同步计数器和BCD 码计数器等。
1. 二进制异步计数器二进制异步计数器是一种简单的计数器电路，它由多个触发器级联组成。
每个触发器都与前一个触发器的输出相连，形成了一个循环。
当时钟信号的频率足够快时，触发器的状态会按照二进制顺序进行变化，实现计数的功能。
这种计数器电路常用于分频器和频率除法器等应用场景。
2. 二进制同步计数器二进制同步计数器是一种定时计数器，它使用时钟信号来控制计数的节奏。
在二进制同步计数器中，所有的触发器都被时钟信号同时触发，使得计数器像一个整体进行计数。
这种计数器电路可以通过编程设置初始值和计数方向，具有灵活性和可控性。
二进制同步计数器广泛应用于数字系统中的时序控制和状态机设计等领域。
3. BCD码计数器BCD码计数器是一种特殊的计数器电路，它可以实现十进制的计数功能。
BCD（Binary Coded Decimal）码是一种用四位二进制数来表示十进制数的编码方式。
在BCD码计数器中，计数值经过二进制到BCD 码的转换，实现了对十进制数的计数。
这种计数器电路常用于十进制计数和数码管显示等场景。
二、计数器电路设计的应用计数器电路设计在数字系统中有着广泛的应用，以下将介绍其中几个重要应用场景。
1. 频率分析器计数器电路可以用作频率测量和频率分析的工具。
通过将计数器的输入与待测信号频率相连，测量计数器在给定时间内的计数值，可以计算出待测信号的频率。
数字逻辑计数器与时序电路基础知识
数字逻辑计数器与时序电路基础知识数字逻辑计数器和时序电路是数字电路中非常重要的组成部分。
它们在计算机、通信和电子设备中扮演着关键的角色。
本文将介绍数字逻辑计数器与时序电路的基础知识，包括其原理、工作方式和应用领域。
通过深入了解这些概念，读者将能够更好地理解数字电路的工作原理和设计方法。
一、数字逻辑计数器数字逻辑计数器是一种能够按照一定规律进行计数的电路。
它可以通过输入时钟信号来进行计数，每个时钟脉冲使计数器的值加1或减1，从而实现计数的功能。
数字逻辑计数器分为同步计数器和异步计数器。
同步计数器是一类基本的逻辑计数器，其计数动作是由时钟控制的。
同步计数器的各个触发器在同一个时钟上升沿（或下降沿）时同时改变状态，从而实现同步计数的功能。
例子包括二进制计数器和BCD计数器。
异步计数器与同步计数器不同，其计数动作不是由一个单一的时钟信号控制的。
异步计数器的输出能够反映当前计数的状态，并通过状态转移电路实现下一个计数状态的选择。
常见的异步计数器有JK触发器计数器和模N计数器。
二、时序电路时序电路是一种根据输入信号的时间顺序来控制输出信号的电路。
它利用时钟信号和触发器来实现对输出信号的控制和调度。
时序电路广泛应用于计算机的各个模块以及各类数字系统中。
它们可以根据特定的时序和顺序要求来控制各个模块的工作和数据传输。
常见的时序电路包括时钟发生器、触发器、时序译码器等。
时序电路的设计需要考虑到各种时序要求，如时钟频率、信号延迟、数据保持等。
一个好的时序设计能够确保数字系统的正确运行和可靠性。
三、数字逻辑计数器与时序电路的应用数字逻辑计数器与时序电路在各种数字系统中都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 计算机中的时序控制：数字逻辑计数器和时序电路用于计算机的指令执行、中断控制、微操作调度等关键模块中，确保计算机的指令和数据按照正确的顺序进行处理。
2. 通信系统中的时钟同步：时序电路被用于通信系统中的时钟同步模块，确保各个设备的时钟保持同步，以便正确地接收和发送数据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• the QD and QC outputs have one-tenth of the CLK frequency, they do not have a 50% duty cycle, and the QC output.
Other MSI counters
QA QB QC QD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
74x160、74x162
• the counting sequence is modified to go to state 0 after state 9. In other words, these are modulo-10 counters, sometimes
清零法
—— m<2n 情况
计数到1010时， CLK
利用同步清零端
强制为0000。ห้องสมุดไป่ตู้
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”
Modulo-m counter
• This circuit uses a NAND gate to detect state 10 and force the next state to 0. Notice that only a 2-input gate is used to detect state 10 (binary 1010).
8.4.3 MSI Counters and Applications
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
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
• Although a 4-input gate would normally be used to detect the condition CNT10 = Q3 × Q2’ × Q1 × Q0’, the 2-input gate takes advantage of the fact that no other state in the normal counting sequence of 0–10 has Q3 = 1 and Q1 = 1. In
showing decoding glitches.
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
A modulo-8 binary counter and decoder with glitch-free (无尖峰)outputs.
8- bit register
CLK
More better way 。。。 Ring counter
Modulo-m counter
• Use SSI device
—— Clocked Synchronous State-Machine Design
• Use MSI counter
—— using n bit binary counter as a modulo-m counter
• 74x169---up/down counter
UP/DN = 1
counts up （升序）
UP/DN = 0
counts down（降序）
UP/DN
Enable inputs
ripple carry out
Active-low
74x138
P0
EN1 G1 Y0
EN2_L G2A Y1
P1
EN3_L
a free-running ’163 can be used as a divide-by-2, -4, -8, or -16 counter, by ignoring any unnecessary high-order output bits.
Other MSI counters
• 1bit BCD counter • 74x160 Synchronous clear 、 • 74x162 Asynchronous clear
G2B Y2 Y3
SRC0 A
Y4 Y5
SRC1 B
Y6
SRC2 C
Y7
SDATA
如何控制地址端自动 P7 轮流选择输出Y0～Y7
—— application of the counter
Timing diagram for a modulo-8 binary counter and decoder,
Connections for the 74X163 to operate in a free-running mode(P715) 74x163工作于自由运行模式时的接线方法
A free running divide-by-16 counter
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0
using the ’163 as a modulo-11 counter (用4位二进制计数器74x163实现模11计数器)
—— m<2n
清零法
S0 S1 S2 S3 S4
计数到1010时， S15
S5
利用同步清零端
S14
S6
强制为0000。
电路?
S13
S7
S12 S11 S10 S9 S8
using the ’163 as a modulo-11 counter
general, to detect state N in a binary counter that counts from 0 to N, we need to AND only the state bits that are 1 in the binary encoding of N.
in two cases：
Although mth<e2n’163 is a modulo-16 counter, it
can 16
be by
umsianmdg>et2htn oe
count in a CLR_L or
modulus less than LD_L input to
shorten the normal counting sequence.