中規(guī)模時序邏輯器件常見的主要包括計(jì)數(shù)器、鎖存器、移位寄存器等。下面重點(diǎn)介紹用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)算(分頻)器的方法。
應(yīng)用n 進(jìn)制中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)任意模值m(m<n )計(jì)算分頻時,主要從n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中跳躍(n-m )個狀態(tài),從而得到m 個狀態(tài)轉(zhuǎn)移的m 計(jì)數(shù)分頻器。通常利用中規(guī)模集成器件的清除端和置入控制端進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.利用清除端的復(fù)位法
當(dāng)中規(guī)模n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器從s0狀態(tài)開始計(jì)數(shù)時,計(jì)數(shù)器輸入m 個脈沖后,n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器處于sm 狀態(tài),利用sm 狀態(tài)產(chǎn)生一個清除信號,加到清除端,使計(jì)數(shù)器返回到s0狀態(tài),這樣就跳躍了(n-m )個狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)模值為m 的計(jì)數(shù)分頻。
2.利用置入控制端的置位法
利用中規(guī)模器件的置入控制端,可以置入某一固定二進(jìn)制數(shù)值,從而使n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器跳躍(n-m )個狀態(tài),實(shí)現(xiàn)模值為m 的計(jì)數(shù)分頻。
1、 74161的應(yīng)用
例1 用74161構(gòu)成九進(jìn)制加計(jì)數(shù)器
解:九(n =9)進(jìn)制計(jì)數(shù)器有九個狀態(tài),而74161在計(jì)數(shù)過程中有16(m =16)個狀態(tài),因此屬于m >n 的情況。此時必須設(shè)法跳過m -n(=16-9=7)個狀態(tài)。通常用兩種方法實(shí)現(xiàn),即反饋清零法和反饋置數(shù)法。
1. 反饋清零法
反饋清零法適用于有清零輸入端的集成計(jì)數(shù)器。74161具有異步清零功能,在其計(jì)數(shù)過程當(dāng)中,不管它的輸出處于哪一狀態(tài),只要在異步清零輸入端加一低電平電壓,使rd=0,74161的輸出會立即從那個狀態(tài)回到0000狀態(tài)。清零信號(rd=0)消失后,74161又從0000狀態(tài)開始重新計(jì)數(shù)。
圖1(a)所示的九進(jìn)制計(jì)數(shù)器,就是借助74161的異步清零功能實(shí)現(xiàn)的。圖1(b)是該九進(jìn)制計(jì)數(shù)器的主循環(huán)狀態(tài)圖。
圖1 用反饋清零法將74161接成九進(jìn)制計(jì)數(shù)器(a)邏輯電路圖(b)主循環(huán)狀態(tài)圖
由圖可知,74161從0000狀態(tài)開始計(jì)數(shù),當(dāng)輸入第九個cp 脈沖(上升沿)時,輸出qdqcqbqa=1001,通過與非門譯碼后,反饋給rd0端一個清零信號,立即使qdqcqbqa返回0000狀態(tài),接著,rd端的清零信號也隨之消失,74161重新從0000狀態(tài)開始新的計(jì)數(shù)周期。要說明的是,此電路一進(jìn)入1001狀態(tài)后,立即又被置成0000狀態(tài),即1001狀態(tài)僅在極短的瞬間出現(xiàn),因此,在主循環(huán)狀態(tài)圖中用虛線表示。這樣就跳過了1001―1111七個狀態(tài),獲得了九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
具有同步清零功能的m 進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器也可用反饋清零法構(gòu)成n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
2. 反饋置數(shù)法
反饋置數(shù)法適用于具有預(yù)置數(shù)功能的集成計(jì)數(shù)器。對于具有同步預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器而言,在其計(jì)數(shù)過程中,可以將它輸出的任何一個狀態(tài)通過譯碼,產(chǎn)生一個預(yù)置數(shù)控制信號反饋至預(yù)置數(shù)控制端,在下一個cp 脈沖作用后,計(jì)數(shù)器就會把預(yù)置數(shù)輸入端a、b、c、d的狀態(tài)置入輸出端。預(yù)置數(shù)控制信號消失后,計(jì)數(shù)器就 從被置入的狀態(tài)開始重新計(jì)數(shù)。圖2(a)和圖3都是借助同步預(yù)置數(shù)功能,采用反饋置數(shù)法,用74161構(gòu)成九進(jìn)制計(jì)數(shù)器的。
圖2 用反饋置數(shù)法將74161接成九進(jìn)制計(jì)數(shù)器(a)邏輯電路圖(b)主循環(huán)狀態(tài)圖
其中圖2(a)的接法是把輸出qdqcqbqa=1000狀態(tài)譯碼產(chǎn)生預(yù)置數(shù)控制信號0,反饋至ld 端,在下一個cp 脈沖的上升沿到達(dá)時置入0000狀態(tài)。圖2(b)是圖2(a)電路的主循環(huán)狀態(tài)圖。其中0001―1000這8個狀態(tài)是74161進(jìn)行加1計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的,0000是由反饋(同步)置數(shù)得到的。由此可見,在圖2(a)中,反饋置數(shù)操作可在74161計(jì)數(shù)循環(huán)狀態(tài)(0000―1111)中的任何一個狀態(tài)下進(jìn)行。例如可將qdqcqbqa=1111狀態(tài)的譯碼信號加至ld端,這時預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端應(yīng)為0111(=1111―1000)狀態(tài)。
圖3電路的接法是將74161計(jì)數(shù)到1111狀態(tài)時產(chǎn)生的進(jìn)位信號譯碼后,反饋到預(yù)置數(shù)控制端。預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端置成0111狀態(tài)。
圖3 反饋置數(shù)法的另外一種電路
該電路從0111狀態(tài)開始加1計(jì)數(shù),輸入第8個cp 脈沖后到達(dá)1111狀態(tài),此時rco=et•qd•qc•qb•qa=1,ld=0 。在第9個cp脈沖作用后,qdqcqbqa被置成0111狀態(tài),同時使rco=0,ld=1。新的計(jì)數(shù)周期又從0111開始。
具有異步置數(shù)功能的m 進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器也可用反饋置數(shù)法構(gòu)成n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
例2 用74hct161組成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器
解:因?yàn)閚(=256)>m(=16),且256=16×16,所以要用兩片74hct161構(gòu)成此計(jì)數(shù)器。每片均接成十六進(jìn)制。 片與片之間的連接方式有并行進(jìn)位(低位片的進(jìn)位信號作為高位片的使能信號)和串行進(jìn)位(低位片的進(jìn)位信號作為高位片的時鐘脈沖,即異步計(jì)數(shù)方式)兩種。
(a)并行進(jìn)位方式 (b)串行進(jìn)位方式
圖4 例2的邏輯電路圖
圖4(a)是以并行進(jìn)位的方式連接的256進(jìn)制計(jì)數(shù)器。兩片74hct161的cp 端均與計(jì)數(shù)脈沖cp 連接,因而是同步計(jì)數(shù)器。低位片(片1)的使能端et=ep=1,因而它總是處于計(jì)數(shù)狀態(tài);高位片(片2)的使能端接至低位片的進(jìn)位信號輸出端rco,因而只有當(dāng)片1計(jì)數(shù)至1111狀態(tài),使其rco=1時,片2才能處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。在下一個計(jì)數(shù)脈沖作用后,片2計(jì)入一個脈沖,片1由1111狀態(tài)變成0000狀態(tài),它的進(jìn)位信號也變成0,使片2停止計(jì)數(shù)。
圖4(b)是以串行進(jìn)位的方式連接的256進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其中,片1的進(jìn)位輸出信號rco 經(jīng)反相器反相后作為片2的計(jì)數(shù)脈沖cp2。顯然,這是一個異步計(jì)數(shù)器。雖然兩芯片的使能控制信號都為1,但只有當(dāng)片1由1111變成0000狀態(tài),使其rco由1變?yōu)?,cp2由0變?yōu)?時,片2才能計(jì)入一個脈沖。其他情況下,片2都將保持原有狀態(tài)不變。