計(jì)數(shù)器工作原理及應(yīng)用

1、除了計(jì)數(shù)功能外，計(jì)數(shù)器產(chǎn)品還有一些附加功能，如異步復(fù)位、預(yù)置數(shù)（注意，有同步預(yù)置數(shù)和異步預(yù)置數(shù)兩種。前者受時(shí)鐘脈沖控制，后者不受時(shí)鐘脈沖控制）、保持（注意，有保持進(jìn)位和不保持進(jìn)位兩種）。雖然計(jì)數(shù)器產(chǎn)品一般只有二進(jìn)制和十進(jìn)制兩種，有了這些附加功能，我們就可以方便地用我們可以得到的計(jì)數(shù)器來(lái)構(gòu)成任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。下面我們舉兩個(gè)例子。在這兩個(gè)例子中，我們分別用同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74LS160 構(gòu)成一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。因?yàn)榱M(jìn)制計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)有六個(gè)，而十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)有十個(gè)，所以用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，我們只需保留十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的六個(gè)狀態(tài)即可。74LS160 的十個(gè)

2、有效狀態(tài)是 BCD 編碼的，即 0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001圖 5-1。我們保留哪六個(gè)狀態(tài)呢？理論上，我們保留哪六個(gè)狀態(tài)都行。然而，為了使電路最簡(jiǎn)單，保留哪六個(gè)狀態(tài)還是有一點(diǎn)講究的。一般情況下，我們總是保留 0000 和 1001 兩個(gè)狀態(tài)。因?yàn)?74LS160 從 1001 變化到 0000 0000 和 1001 們就可以利用 74LS160 的進(jìn)位輸出端作為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端了。于是，六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)循環(huán)可以是 和 1001，也可以是和 1001。我們不妨采用 0000、0001、0010、0011、0100

3、和 1001 這六個(gè)狀態(tài)。如何讓74LS160從0100狀態(tài)跳到1001狀態(tài)呢？我們用一個(gè)混合邏輯與非門構(gòu)成一個(gè)譯碼器圖5.3.37b，當(dāng)74LS160 的狀態(tài)為 0100 時(shí)，與非門輸出低電平，這個(gè)低電平使74LS160 工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，由于等于 1001，74LS160 就會(huì)預(yù)置成 1001，從而我們實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)跳躍。比這個(gè)方案稍微繁瑣一點(diǎn)的是利用 74LS160 一個(gè)由混合邏輯與非門構(gòu)成的譯碼器。圖 5.3.34 用置零法將 74LS160 接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器不過(guò)，這個(gè)譯碼器當(dāng)輸入為 0110 時(shí)才輸出低電平，使 74LS160 異步復(fù)位，進(jìn)入 0000 這個(gè)狀態(tài)。

4、從 0000 依次變?yōu)?0110 狀態(tài)圖 5-2?？赡苡腥苏f(shuō)：“不對(duì)！這個(gè)電路總共有七個(gè)狀態(tài)，應(yīng)該是七進(jìn)制計(jì)數(shù)器呀！”我們我們仔細(xì)分析一下。假設(shè)74LS160 的初始狀態(tài)為 0000，第一個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)后，它的狀態(tài)變?yōu)? 0101，第六個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)后，它的狀態(tài)變?yōu)?0110。當(dāng) 74LS160 處于 0110 這個(gè)狀態(tài)時(shí)，譯碼器輸出低電平，使 74LS160 異步復(fù)位，進(jìn)入0000 這個(gè)狀態(tài)。這段話里，“異步復(fù)位”是一個(gè)關(guān)鍵詞。與同步復(fù)位不同， 的狀態(tài)就變成了 0000。理想情況下，74LS160 在第六個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)首先在 0110 狀態(tài)停留片刻，然后就穩(wěn)定地停留在 0000 狀態(tài)。0 從

5、0000 狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)六個(gè)（而不是七個(gè)）時(shí)鐘周期又回到了 0000 狀態(tài)，也就是說(shuō)，每六個(gè)（而不是七個(gè)）時(shí)鐘脈沖就使74LS160 的狀態(tài)循環(huán)一次。因此，這個(gè)電路是一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)循環(huán)中包括 和 0101 這六個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)?？赡苡腥苏f(shuō)：“唔，聽(tīng)你這么一解釋，我也覺(jué)得它是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。不過(guò)，把七個(gè)狀態(tài)算成六個(gè)總是有點(diǎn)兒別扭。唉，只要它能工作，我就不計(jì)較它是經(jīng)歷六個(gè)狀態(tài)還是七個(gè)狀態(tài)了?！蔽艺f(shuō)：“對(duì)，我也這樣想。然而，事與愿違呀！不改進(jìn)的話，這個(gè)電路還真不能工作?！睘槭裁茨?？我們知道，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是觸發(fā)器記憶的。74LS160 有四個(gè)觸發(fā)器，分別記憶。這四個(gè)觸發(fā)器的工作速度是有差異的。在 74

6、LS160 從 0110 變成0000 的過(guò)程中， 和 的狀態(tài)不變， 和 的狀態(tài)要從 1 變成 0。我們假設(shè) 比 快，那么 剛剛從 1 變 0 時(shí)， 仍然處于 1 的異步復(fù)位信號(hào)就消失了。在異步復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間過(guò)短的情況下， 將保持 1 狀態(tài)不變。于是 74LS160 將停留在 0010 狀態(tài)，而不是我們期望的0000 狀態(tài)。顯然，這是一種競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，因?yàn)?4LS160 是否能夠從 0110 變成0000取決于 和 5.3.36。兩個(gè)與非門構(gòu)成了 RS 鎖存器，以它的 端輸出的低電平作為 74LS160 的異步復(fù)位信號(hào)。若 74LS160 從 0000 狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，則第六個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿到

7、達(dá)時(shí)進(jìn)入0110狀態(tài)，使RS 鎖存器置位， 端輸 在 0110 狀態(tài)作短暫停留后，迅速轉(zhuǎn)入其它狀態(tài)，如0010 或 0100，譯碼器輸出的負(fù)脈沖消失。如果我們把這個(gè)窄脈沖直接作為 74LS160 的異步復(fù)位信號(hào)，計(jì)數(shù)器不一定能夠可靠地工作。如果我們把這個(gè)窄脈沖作為 RS 鎖存器的置位信號(hào)，把時(shí)鐘脈沖作為 RS 鎖存器的復(fù)位信號(hào)，再將 RS 鎖存器的 作為 74LS160 的異步復(fù)位信號(hào)，計(jì)數(shù)器一定能夠可靠地工作，因?yàn)?輸出的負(fù)脈沖的寬度與時(shí)鐘脈沖高電平的持續(xù)時(shí)間相等。第二個(gè)例子要求我們構(gòu)成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也就是說(shuō)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為 0010 到 9910。因?yàn)?100等于 10 乘以 10，所以

8、我們可以用兩個(gè) 74LS160 構(gòu)成一個(gè)一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中一個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表示個(gè)位數(shù)，另一個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表示十位數(shù)，后者在前者的進(jìn)位信號(hào)控制下計(jì)數(shù)。我們有兩種方案。第一種方案稱為并行進(jìn)位方式圖 5.3.39。這種方案的特點(diǎn)是兩個(gè) 74LS160 的 CP 端都接到時(shí)鐘脈沖上。不過(guò)，第一個(gè)74LS160 始終工作在計(jì)數(shù)方式，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖都使其狀態(tài)發(fā)生變化；第一個(gè)74LS160只有在第一個(gè) 74LS160 進(jìn)位輸出為高電平是才工作在計(jì)數(shù)方式，每十個(gè)時(shí)鐘脈沖才使其狀態(tài)發(fā)生變化。若計(jì)數(shù)器從 0010 狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，則第九個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)后，第一個(gè)74LS160 的狀態(tài)變?yōu)?910 且進(jìn)位輸出變?yōu)楦唠?/p>

9、平，使第二個(gè)74LS160 進(jìn)入計(jì)數(shù)方式。因?yàn)榈诙€(gè)74LS160 進(jìn)入計(jì)數(shù)方式的時(shí)間比第九個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)的時(shí)間晚，就是說(shuō)，第九個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí)第二個(gè) 74LS160 尚未進(jìn)入計(jì)數(shù)方式，所以，第九個(gè)時(shí)鐘脈沖并不能使第二個(gè) 74LS160的狀態(tài)發(fā)生變化，其狀態(tài)仍為 010。于是，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為 0910。第十個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)后，第一個(gè) 74LS160 的狀態(tài)變?yōu)?010 74LS160 74LS160 退出計(jì)數(shù)方式的時(shí)間比第十個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)的時(shí)間晚，就是說(shuō)，第十個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí)第二個(gè)74LS160尚未退出計(jì)數(shù)方式，所以，第十個(gè)時(shí)鐘脈沖使第二個(gè) 74LS160 的狀態(tài)發(fā)生變化，其狀態(tài)變?yōu)?110。于

10、是，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為 74LS160 都始終工作在計(jì)數(shù)方式。不過(guò)，第一個(gè) 74LS160 的 CP 端接到時(shí)鐘脈沖上，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖都使其狀態(tài)發(fā)生變化；第一個(gè) 74LS160 的 CP 端接到第一個(gè) 74LS160 進(jìn)位輸出上，每十個(gè)時(shí)鐘脈沖才使其狀態(tài)發(fā)生變化。經(jīng)常有學(xué)生問(wèn)：“為什么在第一個(gè)74LS160 的進(jìn)位輸出端和第二個(gè) 74LS160 的時(shí)鐘脈沖輸入端之間要加上一個(gè)非門呢？”這里面有點(diǎn)兒奧妙。若計(jì)數(shù)器從 0010 狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，則第九個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)后，第一個(gè) 74LS160 的狀態(tài)變?yōu)?910 且進(jìn)位輸出變?yōu)楦唠娖健Ｈ绻麤](méi)有這個(gè)非門，第一個(gè) 74LS160 的進(jìn)位輸出端的電平變化將使第二

11、個(gè) 74LS160 的狀態(tài)發(fā)生變化，其狀態(tài)變?yōu)?10。于是計(jì)數(shù)器的狀態(tài)就從0810 變成 1910，而不是我們所希望的 74LS160 的進(jìn)位輸出端的脈沖 74LS160 的進(jìn)位輸出端的電平變化并不能使第二個(gè) 74LS160 的狀態(tài)發(fā)生變化，其狀態(tài)仍為 010。于是計(jì)數(shù)器的狀態(tài)就從 0810 變成我們所希望的 0910。第十個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)后，第一個(gè)74LS160 的狀態(tài)變?yōu)?010 且進(jìn)位輸出變?yōu)榈碗娖?。因?yàn)榈谝粋€(gè)74LS160 的進(jìn)位輸出端 74LS160 的進(jìn)位輸出端的電平變化使第二個(gè) 74LS160 的狀態(tài)發(fā)生變化，其狀態(tài)變?yōu)?110。于是計(jì)數(shù)器的狀態(tài)又從 0910 變成 1010。我們?cè)倥e一個(gè)用 74LS160