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计数器原理分析及应用实例

作者:时间:2012-06-01来源:网络收藏

除了计数功能外,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。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/186305.htm

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1001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0110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0001,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,74LS160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。这四个触发器的工作速度是有差异的。在74LS160从0110变成0000的过程中,的状态不变,的状态要从1变成0。我们假设快,那么刚刚从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失了。在异步复位信号持续时间过短的情况下,将保持1状态不变。于是74LS160将停留在0010状态,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5.3.36]。

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