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中规模时逻辑集成计数器
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中规模时逻辑集成计数器,
　　在数字电路中，把记忆输人脉冲个数的操作称为计数，计数器就是实现计数操作的时序逻辑电路。计数 器应用非常广泛，除用于计数、分频外，还用于数字测量、运算和控制，从小型数字仪表到大型数字电子 计算机，几乎无所不在，是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。
　　计数器的种类很多，按其进制不同分为二进制计数器、十进制计数器、N进制计数器；按触发器翻转是否 同步分为异步计数器和同步计数器；按计数时是增还是减分为加法计数器、减法计数器和加/减法（可逆 ）计数器。下面首先介绍二进制计数器。
　　1．集成二进制计数器74LS161
　　74LS161是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数 、保持等功能。74LS161的逻辑和引脚排列图如图1所示，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0 ，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级 联提供了方便。
　　74LS161的功能表如表1所示。由表可知，74LS161具有以下功能。
图1 74LSl61的逻辑和引脚图
　　（1）异步清零功能
　　当CR＝0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。
　　（2）同步并行预置数功能
　　在CR＝1的条件下，当LD＝0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3～Q0所接收。由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。
　　（3）保持功能
　　在CR=LD＝1的条件下，当T＝P＝0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数） 。
　　（4）同步二进制计数功能
　　当CR＝LD＝P＝T＝1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路 将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。
　　（5）进位输出C
　　当计数控制端T＝1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。
　　表1 74LS161的功能表
　　表2& 进制同步加法计数器的状态表
　　若输入计数器的CP脉冲频率为f，则从Qo端输出脉冲频率为f/2，通常也称Qo端输出信号是输人计数脉冲 CP的2分频信号，Q1端输出信号是输人计数脉冲CP的4分频信号，Q4端输出信号是输人计数脉冲CP的16分频 信号。N进制计数器可实现n分频。
　　2．十进制计薮器
　　二进制计数器电路简单，运算也方便，但人们最习惯的是十进制，所以在应用中常使用十进制计数器。使用较多的十进制计数器是按照8421BCD码进行计数的电路，计数器由“0000”状态开始计 数，每10个脉冲一个循环，也就是第10个脉冲到来时，由“1001”变为“0000”，就实现了“逢十进一” ，同时产生一个进位信号。74LS160是集成同步十进制计数器，它是按8421BCD码进行加法计数的， 74LS160的引脚图、逻辑功能与74LS161相同，只是计数状态是按照十进制加法规律来计数的，因此不再重 述。
　　3．利用集成计数器构成Ⅳ进制计数器
　　目前集成计数器的品种很多，功能完善，通用性强，在实际应用中，如果要设计各种进制的计数器，可 以直接选用集成计数器，外加适当的电路连接而成。在使用集成计数器时，不必去剖析集成电路的内部结 构，一般只需查阅手册给出的功能表和芯片引脚，按其指定的功能使用即可。
　　（1）集成计数器计数长度的扩展
　　由于4位或8位的二进制或十进制集成计数器比较常见，但其计数范围有限，当计数值超过计数范围时， 可采用计数器的级联来实现。
　　如用现有的″进制集成计数器构成Ⅳ进制计数器时，如果M＞N，则只需一片M进制计数器；如果M＜N，则 要用多片M进制计数器。集成计数器一般都设置有级联的输入/输出端，只要把它们连接起来，便可得到容 量更大的计数器。
　　如用74LS161组成256进制计数器，因为N（＝256）＞M（＝16），且256＝16×16，所以要用两片74LS161 构成此计数器。每片均接成十六进制。
　　如图2所示是把两片74LS161级联起来构成的256进制同步加法计数器。两片74LS161的CP端均与计数脉冲 CP连接，因而是同步计数器。低位片（片1）的使能端P＝T＝1，因而它总是处于计数状态；高位片（片2 ）的使能端接至低位片的进位信号输出端C，只有当片1计数至1111状态，使其C＝1时，片2才能处于计数 状态。在下一个计数脉冲作用后，片1由1111状态变成0000状态，片2计人一个脉冲，同时片1的进位信号C 也变成0，使片2停止计数，直到下一次片1的C再为1。同理，如果将两片74LS161换成74LS160，可构成100 进制的同步加法计数器。
　图2& 集成计数器的级联
　　（2）用反馈清零法获得任意进制计数器
　　由于集成计数器一般都设置有清零端和置数端，而且无论是清零还是置数都有同步和异步之分。例如，4 位二进制同步加法计数器74LS163的清零和置数均采用同步方式，而有的只有异步清零功能。获得任意进 制计数器的方法很多，本书只介绍用反馈清零法获得任意进制计数器。
　　如用74LS16l构成九进制加法计数器，九进制计数器（N＝9）有9个状态，而74LS161在计数过程中有16个状态（M＝［6），正常循环从，要构成九进制加法计数器，此时必须设法 跳过M－N（16 － 9＝7）个状态。74LS161具有异步清零功能，在其计数过程当中，不管它的输出处于哪 一状态，只要在异步清零输人端加一低电平电压，使CR＝0，74LS161的输出会立即从那个状态回到0000状 态。清零信号（CR＝0）消失后，74LS161又从0000状态开始重新计数。
　　如图3（a）所示的九进制计数器，就是借助74LS161的异步清零功能实现的。如图3（b）所示电路是九进 制计数器的主循环状态图。
&&&&&&&&&&&&&&&&&& && （a）用反馈清零法将74LS161接成九进制计数器&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& && （b）用反馈清零法获得九进制计数器状态图[1]&&&，中规模时逻辑集成计数器
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集成4位二进制计数器0到8计数
　　对于同步预置数的计数器，而不受CP信号的控制。置数法与置零法不同，可将它输出的任何一个状态译码。置数操作可在电路的任何一个状态下进行　　这种方法适用于有预置数功能的计数器，因此LD＝0信号应从Si＋1状态译出，它是通过给计数器重复置入某个数值来跳越M－N个状态，从而获得N进制计数器，产生一个预置数控制信号反馈至预置数控制端、置最大值法，立即会将数据置入计数器中，在下一个CP作用后、置最小值法，计数器就会把预置数输入端的状态置入输出端。而对于异步预置数的计数器，稳定的状态循环中包含有Si状态。预置数控制信号消失后，计数器就从被置入的状态开始重新计数，才将要置入的数据置入计数器中，具体方式又可分为置全0法，即LD＝0的信号应从Si状态译出，待下一个CP信号到来时，稳定的状态循环中不包含这个状态，只要信号一出现。　　Si＋1状态只在极短的瞬间出现，在其计数过程中
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74161 4位二进制计数器的管脚图
转载 编辑：李强
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