同步计数器

7.3.2 同步计数器
一、同步二进制计数器

1．同步二进制加法计数器
根据学生的程度，有时也可以从设计的角度，讨论同步二进制计数器的设计思想。
[同步计数器中，所有触发器的CP端是相连的，CP的每一个触发沿都会使所有的触发器状态更新。因此不能使用T′触发器。
应控制触发器的输入端，即将触发器接成T触发器。
只有当低位向高位进位时（即低位全1时再加1），令高位触发器的T=1，触发器翻转，计数加1。]

由JK触发器组成的4位同步二进制加法计数器（参见教材中图7.3.7）
用下降沿触发。下面分析它的工作原理。（巩固同步计数器的分析方法，简单介绍思路，可由学生自学详细的内容。可不写板书）

（2）列状态转换真值表。
与或式（状态方程）→真值表（状态转换真值表）。
将现态看成是输入变量，次态看成是输出函数。

（3）逻辑功能。十六进制计数器。

2．同步二进制减法计数器

设计思想：
[同步计数器中，所有触发器的CP端是相连的，CP的每一个触发沿都会使所有的触发器状态更新。因此不能使用T′触发器。
应控制触发器的输入端，即将触发器接成T触发器。
只有当低位向高位借位时（即低位全0时再减1），令高位触发器的T=1，触发器翻转，计数减1。]
为此，只要将二进制加法计数器的输出由Q端改为 端，便成为同步二进制减法计数器了。

3．集成同步二进制计数器CT74LS161

主要功能分析：（看功能表分析，不必写板书。）

4．利用反馈置数法获得N进制计数器

⑴ 计数器的置数功能
应先将计数起始数据预先置入计数器。
集成计数器的置数方式也有异步和同步两种。
①异步置数：与时钟脉冲CP没有任何关系，只要异步置数控制端出现置数信号，并行数据便立刻被置入。
② 同步置数：输入端获得置数信号后，只是为置数创造了条件，还需要再输入一个计数脉冲CP，计数器才能将预置数置入。
⑵ 利用反馈置数法获得N进制计数器
用 S0，S1，S2…，SN 表示输入0，1，2，…，N个计数脉冲CP时计数器的状态。
N进制计数器的计数工作状态应为N个：S0，S1，S2…，SN-1
对于异步置数：在输入第N个计数脉冲CP后，通过控制电路，利用状态 产生一个有效置数信号，送给异步置数端，使计数器返回到初始的预置数状态，即实现了N进制计数。
对于同步置数：在输入第N－1个计数脉冲CP时，利用状态 产生一个有效置数信号，送给同步置数控制端，等到输入第N个计数脉冲CP时，计数器返回到初始的预置数状态，从而实现N进制计数。

课堂讨论：实现N进计数，异步置数时状态 出现吗？

步骤：
① 写出计数器状态的二进制代码。
利用异步置数输入端获得N进制计数器时，写出 对应的二进制代码；
利用同步置数端获得 N进制计数器时，写出 对应的二进制代码。
② 写出反馈归零函数。
根据SN或SN-1写出置数端的逻辑表达式。
③ 画连线图。主要根据反馈置数函数画连线图。

［例7.3.2］ 试用 CT74LS161构成十进制计数器
解：CT74LS161实现16进制，可利用其同步置数控制端来实现十进制计数。
第一种方案：设从Q3Q2Q1Q0＝0000状态开始计数，取D3D2D1D0=0000。
采用置数控制端获得N进制计数器一般都从0开始计数。
（1）写出SN-1的二进制代码为

SN-1＝S10-1＝S9＝1001
（2）写出反馈归零（置数）函数。由于计数器从0开始计数，因此，应写反馈归零函数
(7.3.4)
（3）画连线图。根据上式和置数的要求画十进制计数器的连线图，如图7.3.9（a）所示。

第二种方案：利用后10个状态0110～1111，取D3D2D1D0＝0110，

反馈置数信号从进位输出端CO取得。
讨论：为什么？
取状态S15=1111，此时正好CO=1，经非门，可取代与非门。
电路如图7.3.9（b）所示。

［例7.3.3］试用CT74LS161构成十二进制计数器。
解：设从Q3Q2Q1Q0＝0000状态开始计数。

（1）利用异步置0控制端 实现
① 写出S12的二进制代码S12＝1100
② 写出反馈归零函数
（7.3.5）
③ 画连线图。如图7.3.10(a)所示

（2）利用同步置数控制端 实现
取D3D2D1D0＝0000。
① 写出SN-1的二进制代码
S12-1＝S11＝1011
② 写出反馈归零置数函数
（7.3.6）
③ 画连线图。根据 的表达式画连线图，如图7.3.10(b)所示。

5．同步二进制加／减计数器

复习：JK触发器组成的二进制计数器：
如从Q端输出信号时，为加法计数器；
如从端输出信号时，则为减法计数器。
设计思想：关键是用加／减控制信号将Q端或端的输出信号加到相邻高位T触发器的T输入端上。
图7.3.11所示为三位同步二进制加／减计数器的逻辑图。

M为加／减控制信号，其值可为1，也可为0。

由图可得三个T触发器的驱动方程分别为

教材中图7.3.12所示为由JK触发器组成的8421BCD同步十进制加法计数器的逻辑图，用下降沿触发。
分析它的工作原理。（巩固同步时序电路的分析方法，可由学生自学）
逻辑功能：与异步十进制计数器相同。

三、集成同步计数器

1．集成十进制同步加法计数器CT74LS160
逻辑功能示意图。与CT74LS161基本相同，只是型号不一样。
功能表。与CT74LS161完全相同。
主要功能。与CT74LS161基本相同，只是实现十进制计数。
进位输出信号CO＝CTT Q3Q0＝Q3Q0

［例7.3.4］ 试用CT74LS160构成七进制计数器。
解：利用同步置数控制端归零。
（1）写出SN-1的二进制代码
SN-1＝S7-1＝S6＝0110
（2）写出反馈归零（置数）函数。设计数器从0开始计数，为此，应取D3D2D1D0＝0000，故（7.3.11）

（3）画连线图。根据式（7.3.11）和置数的要求画连线图，如图7.3.14所示。

课后思考题：利用CT74LS160的异步置0控制端 构成七进制计数器。

2．集成十进制同步加／减计数器CT74LS190

⑶ 主要逻辑功能。（根据功能表分析，不用写板书）

7.3.3B 利用计数器的级联获得大容量同步N进制计数器
一、级联法

计数器的级联是将多个集成计数器（如M1进制、M2进制）串接起来，以获得计数容量更大的N（=M1×M2）进制计数器。

一般集成计数器都设有级联用的输入端和输出端。
同步计数器实现的方法：
低位的进位信号→高位的保持功能控制端（相当于触发器的T端）
有进位时，高位计数功能；无进位时，高位保持功能。

两片CT74LS160级联成100进制同步加法计数器。
由图可看出：低位片CT74LS160（1）在计到9以前，其进位输出CO＝Q3Q0＝0，高位片CT74LS160（2）的CTT＝0，保持原状态不变。当低位片计到9时，其输出CO＝1，即高位片的CTT＝1，这时，高位片才能接收CP端输入的计数脉冲。所以，输入第10个计数脉冲时，低位片回到0状态，同时使高位片加1。

二、反馈归零法

两片4位二进制数加法计数器CT74LS161级联成五十进制计数器。

现代教学方法与手段：用DLCCAI或EWB演示74LS161、74LS160、74LS190的逻辑功能