任意进制计数器构成以及时序逻辑电路设计

时序逻辑电路设计
时序电路设计又称时序电路综合，它是时序电路分析的逆过程，即依据给定的规律功能要求，选择适当的规律器件，设计出符合要求的时序规律电路，对时序电路的设计除了设计方法的问题还应留意时序协作的问题。

时序规律电路可用触发器及门电路设计，也可用时序的中规模的集成器件构成，以下我们分别介绍它们的设计步骤。

1.用SSI器件设计时序规律电路
用触发器及门电路设计时序规律电路的一般步骤如图所示。

（1）由给定的规律功能求出原始状态图：首先分析给定的规律功能，从而求出对应的状态转换图。

这种直接由要求实现的规律功能求得的状态转换图叫做原始状态图。

（2）状态化简：依据给定要求得到的原始状态图很可能包含有多余的状态，需要进行状态化简或状态合并。

状态化简是建立在状态等价这个概念的基础上的。

（3）状态编码、并画出编码形式的状态图及状态表：在得到简化的状态图后，要对每一个状态指定1个二进制代码，这就是状态编码（或称状态安排）。

（4）选择触发器的类型及个数：
（5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：依据编码后的状态表及触发器的驱动表可求得电路的输出方程和各触发器的驱动方程。

（6）画规律电路，并检查自启动力量。

2.用MSI中规模时序规律器件构成时序规律电路
用中规模时序规律器件构成的时序功能电路主要是指用集成计数器构成任意进制计数器。

构成任意进制计数器的方法有两种：一种是置数法，另一种是归零法。

基于74LS192的任意进制计数器的设计【摘要】利用集成二、十进制计数器采用置数法、置零法设计任意进制计数器，分析设计方法，给出设计案例。

以集成计数器74LS192为例，运用置零法和置数法设计八进制计数器和二十四进制计数器，来讲述任意进制计数器的设计原理与基本方法。

【关键词】集成计数器;任意进制计数器的设计;置数法;置零法一、引言数字系统中的时序电路中，使用最多的电路就是计数器，计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。

集成计数器是运用的最为广泛的一种时序部件。

集成计数器的种类非常多样，如果按计数器中数字的编码方式分类，可分为二进制计数器，十进制计数器等。

集成计数器中，二进制和十进制计数器比较多见，对于任意进制计数器，通常利用现有的二、十进制计数器通过反馈清零或反馈置数来实现。

任意进制计数器在控制系统中经常使用，是数字电子技术教学的重点内容之一，也是学生设计性实验的难点之一，以下就以集成计数器74LS192为例，介绍在已有的计数器基础上设计任意进制计数器的方法。

二、设计依据及举例1.74LS192的管脚图74LS192是同步十进制可逆计数器，它由四个主从T触发器和一些门电路组成。

具有双时钟输入、清零、保持、并行置数、加计数、减计数等功能。

图1为74LS192的管脚图。

图1 74LS192的管脚图图1中：CLR是清零端，高电平有效;UP是递加计数脉冲输入端;DOWN是递减计数脉冲输入端;～LOAD是置数控制端，低电平有效;～CO是进位输出端;～BO是借位输出端。

ABCD是置数端口。

2.任意进制计数器M小于N的情况假定已有的是N进制计数器，需要得到的是M进制计数器。

这时就有M小于N和M大于N两种情况。

例题为用74LS192设计一个八进制计数器：在N进制的计数器的计数顺序中，使计数器的计数状态跳过N-M的状态，就可以得到M进制计数器，如例，74LS192是一个十进制计数器，如想得到八进制计数器，输出状态QAQBQCQD需要从0000—1110状态，跳过0001及1001这两个状态。

实验六任意进制计数器的构成设计性实验一、实验目的1、学习用集成触发器构成计数器的方法；2、掌握中规模集成计数器的使用及功能测试方法；3、运用集成计数计构成N分频器，了解计数计的分频作用。

二、实验原理计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。

计数器种类很多。

按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。

根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。

根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。

还有可预置数和可编程序功能计数器等等。

目前，无论是TTL还是CMOS 集成电路，都有品种较齐全的中规模集成计数器。

使用者只要借助于器件手册提供的功能表和工作波形图以及引出端的排列，就能正确地运用这些器件。

1、用D触发器构成异步二进制加／减计数器图6－1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，再由低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接。

图6－1 四位二进制异步加法计数器若将图6－1稍加改动，即将低位触发器的Q端与高一位的CP端相连接，即构成了一个4位二进制减法计数器。

2、中规模十进制计数器CC40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图6－2所示。

图中LD—置数端CP U—加计数端CP D—减计数端CO—非同步进位输出端BO—非同步借位输出端D0、D1、D2、D3—计数器输入端Q 0、Q 1、Q 2、Q 3 —数据输出端 CR图6－2 CC40192引脚排列及逻辑符号CC40192（同74LS192，二者可互换使用）的功能如表6－1，说明如下：当清除端CR 为高电平“1”时，计数器直接清零；CR 置低电平则执行其它功能。

当CR 为低电平，置数端LD 也为低电平时，数据直接从置数端D 0、D 1、D 2、D 3 置入计数器。

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。

实验五时序逻辑电路(计数器和寄存器)-实验报告一、实验目的1．掌握同步计数器设计方法与测试方法。

2．掌握常用中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法。

二、实验设备设备：THHD-2型数字电子计数实验箱、示波器、信号源器件：74LS163、74LS00、74LS20等。

三、实验原理和实验电路1．计数器计数器不仅可用来计数，也可用于分频、定时和数字运算。

在实际工程应用中，一般很少使用小规模的触发器组成计数器，而是直接选用中规模集成计数器。

2．(1) 四位二进制（十六进制）计数器74LS161（74LS163）74LSl61是同步置数、异步清零的4位二进制加法计数器，其功能表见表5.1。

74LSl63是同步置数、同步清零的4位二进制加法计数器。

除清零为同步外，其他功能与74LSl61相同。

二者的外部引脚图也相同，如图5.1所示。

表5.1 74LSl61（74LS163）的功能表清零预置使能时钟预置数据输入输出工作模式R D LD EP ET CP A B C D Q A Q B Q C Q D0 ××××（）××××0 0 0 0 异步清零1 0 ××D A D B D C D D D A D B D C D D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 ××××计数加1计数3．集成计数器的应用——实现任意M进制计数器一般情况任意M进制计数器的结构分为3类，第一类是由触发器构成的简单计数器。

第二类是由集成二进制计数器构成计数器。

第三类是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。

第一类，可利用时序逻辑电路的设计方法步骤进行设计。

实验四：时序逻辑电路(集成寄存器和计数器)一、实验目的：1．熟悉中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法；掌握用集成计数器组成任意模数为M的计数器。

2．加深理解移位寄存器的工作原理及逻辑功能描述；熟悉中规模集成移位寄存器的逻辑功能和使用方法；掌握用移位寄存器组成环形计数器的基本原理和设计方法。

二、知识点提示和实验原理：㈠计数器：计数器的应用十分广泛，不仅可用来计数，也可用于分频、定时和数字运算。

计数器种类繁多，根据计数体制不同，计数器可分为二进制计数器和非二进制计数器两大类。

在非二进制计数器中，最常用的是十进制计数器，其他的称为任意进制计数器。

根据计数器的增减趋势的不同，计数器可分为加法计数器和减法计数器。

根据计数脉冲引入方式不同，计数又可分为同步计数器和异步计数器。

在实际工程应用中，一般很少使用小规模的触发器组成计数器，而是直接选用中规模集成计数器。

用集成计数器实现任意M进制计数器：一般情况任意M进制计数器的结构分为3类，第一种是由集成二进制计数器构成，第二种为移位寄存器构成的移位寄存型计数器，第三种为集成触发器构成的简单专用计数器。

当M较小时通过对集成计数器的改造即可以实现，当M较大时，可通过多片计数器级联实现。

实现方法：(1)当所需计数器M值小于集成计数器本身二进制计数最大值时，用置数(清零)法构成任意进制计数器；⑵当所需计数器M值大于集成计数器本身二进制计数最大值时，可采用级联法构成任意进制计数器。

常用的中规模集成器件：4位二进制计数器74HC161，十进制计数器74HC160，加减计数器74HC191、74HC193,异步计数器74LS290。

所有芯片的电路、功能表见教材。

㈡寄存器：寄存器用来寄存二进制信息，将一些待运算的数据、代码或运算的中间结果暂时寄存起来。

按功能划分，寄存器可分为数码寄存器和移位寄存器两大类。

数码寄存器用来存放数码，一般具有接收数码、保持并清除原有数码等功能，电路结构和工作原理郡比较简单。

数字电路中的计数器和时序电路设计数字电路中的计数器和时序电路设计是电子工程中非常重要的一部分。

通过设计和实现计数器和时序电路，我们能够实现各种数字计数和定时功能。

本文将介绍计数器和时序电路的基本原理，并讨论它们的设计过程和常见应用。

一、计数器的原理和设计计数器是一种能对输入脉冲进行计数的电路。

它由触发器、输入脉冲信号和控制电路组成。

计数器根据输入脉冲信号的数量来确定输出的状态，可以实现多种功能，如二进制计数、十进制计数、循环计数等。

1. 二进制计数器二进制计数器是最简单的计数器类型，它的输出状态按照二进制数进行变化。

例如，一个4位二进制计数器可以从0000计数到1111，然后重新开始。

设计二进制计数器时，我们可以使用触发器和逻辑门来构建。

2. 十进制计数器十进制计数器是一种特殊的计数器，它的输出状态按照十进制数进行变化。

一个4位的十进制计数器可以从0计数到9，然后重新开始。

设计十进制计数器时，可以使用二进制计数器和BCD（二进制编码十进制）转换器来实现。

3. 循环计数器循环计数器是一种特殊的计数器，它可以按照任意给定的计数序列进行循环计数。

例如，一个循环计数器可以按照1、2、3、1、2、3的序列进行计数。

设计循环计数器时，一种常见的方法是使用状态转换图来确定触发器和逻辑门的连接。

二、时序电路的原理和设计时序电路是一种能实现定时功能的电路。

它包括时钟信号源、触发器和控制电路。

时序电路可以用于各种应用，如定时器、频率分频器、状态机等。

1. 定时器定时器是一种能够按照给定的时间间隔产生定时脉冲信号的电路。

它通常由可编程的触发器和计数器组成。

定时器的设计需要确定计数器的初始值和触发器的工作模式，并设置适当的控制电路。

2. 频率分频器频率分频器是一种能够将输入信号的频率分频为较低频率的电路。

它通常使用计数器和触发器来实现。

频率分频器的设计要考虑到分频比例和触发器的连接方式。

3. 状态机状态机是一种能够根据特定的状态转换规则改变输出状态的电路。