同步十进制计数器

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通常,按计数器的最大计数容量命名计数器时,最大计数容量为N时,就称为N进制计数器。当N=2n时,就是前面讨论的n位二进制计数器;当N≠2n时,为非二进制计数器。非二进制计数器中最常用的是十进制计数器,下面讨论同步十进制计数器。

图1所示为由4个下降沿触发的JK触发器组成的同步十进制加法计数器的逻辑电路。用前面介绍的同步时序逻辑电路分析方法对该电路进行分析。

同步十进制计数器
图1 同步十进制加法计数器

1、列些驱动方程

同步十进制计数器 (1)

2、列些触发器的状态方程

写出JK触发器的特性方程同步十进制计数器,然后将各驱动方程带入JK触发器的特性方程,得各触发器的次态方程为

同步十进制计数器 (2)

3、列些输出方程

同步十进制计数器 (3)

4、列些状态转换表

设初态为Q3Q2Q1Q0=0000,带入次态方程和输出方程进行计算,得状态转换表如表1所示。

表1 图1所示电路的状态表
脉冲序号 Q3 Q2 Q1 Q4 C 十进制数
0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0 1
2 0 0 1 0 0 2
3 0 0 1 1 0 3
4 0 1 0 0 0 4
5 0 1 0 1 0 5
6 0 1 1 0 0 6
7 0 1 1 1 0 7
8 1 0 0 0 0 8
9 1 0 0 1 1 9
10 0 0 0 0 0 0

由表1可见,图1所示同步十进制计数器,当CP端来10个计数脉冲时,计数器电路中的触发器状态就循环一次,进位输出端C给出一个进位高电平,而且触发器的状态所对应的十进制数就是所计数的脉冲个数。

我们知道,4个触发器共有16(24)种状态组合,但表1中只出现了10种状态组合(有效状态),但另外6种状态组合(无效状态)在电路中任然有可能出现。为了研究图1所示电路完整的逻辑功能,必须考虑当触发器的次态情况,直至状态转换表中包含所有的状态组合,如表2所示。

表2 图2所示电路完整的状态表
同步十进制计数器

从表2中可以看出,当以无效状态作为初始状态时,经过几个计数脉冲作用后,触发器的状态都进入了有效状态。如当触发器的初始状态为1010,经过2个计数脉冲后,触发器的状态变为0100,这个状态为有效状态。

在实际工作中,当由于某种原因,使计数器进入无效状态时,如果能在时钟信号作用下,最终进入有效状态,就称该电路具有自启动能力。

5、作状态图及时序图

根据状态转换表作出电路的状态如如图3所示,时序图如图4所示。由状态表、状态图或时序图可见,该电路为十进制加法计数器。

同步十进制计数器
图3的状态图
同步十进制计数器
图4 的时序图

图5所示为中规模集成的同步十进制加法计数器74160。

同步十进制计数器
图5 同步十进制加法计数器74160的符号

该集成计算器电路除了有基本的加法计算器功能以外,还添加了预置数、异步置零和保持的功能。图中各输入端的功能与图5所示集成二进制计算器逻辑图中相应输入端相同,74160的功能表与74161的功能表也类似,不同的是74161的是二进制,而74160是十进制。表3所示为74160的功能表。

表3 74160的功能表
清零 预置 使能 时钟 预置数据输入 输出 工作模式
同步十进制计数器 同步十进制计数器 EP ET CP D3 D2 D1 D4 Q3 Q2 Q1 Q4
0 × × × × × × × × 0 0 0 0 异步清零
1 0 × × d3 d2 d1 d4 d3 d2 d1 d4 同步置数
1 1 0 × × × × × × 保持 数据保持
1 1 × 0 × × × × × 保持 数据保持
1 1 1 1 × × × × 十进制计数 加法计数

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