6.1 中规模异步计数器

第6章 中规模时序集成电路及应用

本章介绍中规模时序集成电路的功能及应用，主要介绍中规模集成计数器及移位寄存器等应用电路。

中规模计数器主要分为异步计数器和同步计数器。无论异步计数器还是同步计数器都具有多功能的特点。即经过外部简单的连接或增加少数门电路，一片计数器芯片可以完成不同的功能。

移位寄存器在第 5 章已经介绍过，中规模移位寄存器除可以有串入串出、串入并出、并入串出和并入并出 4 种工作方式外，还可以实现许多其他功能。

为了适应不同用途的需要，达到多功能的目的，中规模异步计数器通常采用组合式的结构形式，即由两个独立的计数器来构成整个的计数器芯片。

以 74LS90 为例，图 6.1.1($a$) 是 74LS90 计数器的逻辑图，图 ($b$) 是 74LS90 的符号，图 ($c$) 为简化的符号，也是习惯的画法。

($b$)

($c$)

图6.1.1 74LS90的逻辑图和逻辑符号

从图 6.1.1($a$)74LS90 计数器的逻辑图可以看到它的结构和功能特性如下。

74LS90 由一个模 2 计数器( $Q_A$ 端输出)和一个模 5 计数器(输出端为 $Q_D{Q}_C{Q}_B$ )构成，两个计数器分别有自己的时钟输入端: $CL{K}_A$ 和 $CL{K}_B$ 。

从 $CL{K}_A$ 输入外部时钟， $Q_A$ 端输出，实现模 2 计数；从 $CL{K}_B$ 输入外部时钟，输出端为 $Q_D{Q}_C{Q}_B$ 时，实现模 5 计数；从 $CL{K}_A$ 输入外部时钟，且 $Q_A$ 接到 $CL{K}_B$ （用 $Q_A$ 作为 $CL{K}_B$ 的时钟），实现 8421 码十进制计数；从 $CL{K}_B$ 输入外部时钟，且 $Q_D$ 接到 $CL{K}_A$ ，实现 5421 码十进制计数。

74LS90有两个置0输入端： $R_{0(1)}$ 和 $R_{0(2)}$ ，当两个置0输入端都是高电平时，计数器进入0000的状态（异步置0，此时要求 $R_{9(1)}$ 和 $R_{9(2)}$ 中至少应有一个为0）。

74LS90 还有两个置 9 输入端: $R_{9(1)}$ 和 $R_{9(2)}$，当两个置 9 输入端都是高电位时，计数器进入 1001 的状态 (此时要求 $R_{0(1)}$ 和 $R_{0(2)}$ 中至少应有一个为 0)。

74LS90 的置 0 和置 9 都是异步输入。

74LS90 计数器的逻辑符号如图 6.1.2) 所示，这样的符号属于标准符号，由于这类标准符号在绘制时不是很方便，所以在许多书籍和资料中，还常用一种简化的符号，如图 6.1.1($b$) 所示，这样的符号属于标准符号，由于这类标准符号在绘制时不是很方便，所以在许多书籍和资料中，还常用一种简化的符号，如图 6.1.1($c$) 所示。

74LS90 计数器设置两个置 0 端和两个置 9 端，目的是构成其他模值的计数器时比较方便。只要充分利用这几个输入端，74LS90 可以构成从 2～10 所有模值的计数器，而不需要添加任何外部的逻辑电路。

数字逻辑集成电路的使用手册中通常给出内部结构图，除对功能进行文字描述外，还会给出功能表，通过功能表，我们可以比较清楚地了解逻辑器件的功能。表 6.1.1 给出了 74LS90 的逻辑功能。

表 6.1.1 74LS90 的逻辑功能表

$R_{0\left(1\right)}$	$R_{0\left(2\right)}$	$R_{9\left(1\right)}$	$R_{9\left(2\right)}$	${\mathrm{CLK}}_{\mathrm{A}}$	${\mathrm{CLK}}_{\mathrm{B}}$	$Q_{\mathrm{D}}$	$Q_{\mathrm{C}}$	$Q_{\mathrm{B}}$	$Q_{\mathrm{A}}$
1	1	0	×	×	×	0	0	0	0
1	1	×	0	×	×	0	0	0	0
0	×	1	1	×	×	1	0	0	1
×	0	1	1	×	×	1	0	0	1
×	0	×	0	↓	0	二进制计数
×	0	0	×	0	↓	五进制计数
0	×	×	0	↓	$Q_{\mathrm{A}}$	8421十进制计数
0	×	0	×	$Q_{\mathrm{D}}$	↓	5421十进制计数

类似的异步计数器还有 74LS92，由模 2 和模 6 计数器组成；74LS93 由模 2 和模 8 计数器组成。此外，还有 4 位二进制异步计数器 74LS197, 74LS293，双 4 位二进制异步计数器 74LS393, 7 位二进制异步计数器 CC4024, 12 位二进制异步计数器 CC4040 等。