实验 计数器功能及其应用
实验目的：
通过实验，熟悉中规模集成计数器的功能及应用，掌握利用中规模集成电路计数器构成任意进制计数器的方法，学会综合测试的方法，让学生加深对相关理论知识的理解。 实验原理：
计数器对输入的时钟脉冲进行计数，来一个CP脉冲计数器状态变化一次。根据计数器 计数循环长度M，称之为模M计数器（M进制计数器）。通常，计数器状态编码按二进制数的 递增或递减规律来编码，对应地称之为加法计数器或减法计数器。 一个计数型触发器就是一位二进制计数器。N个计数型触发器可以构成同步或异步N位 二进制加法或减法计数器。当然，计数器状态编码並非必须按二进制数的规律编码，可以给 M进制计数器任意地编排M个二进制码。
在数字集成产品中，通用的计数器是二进制和十进制计数器。按计数长度、有效时钟、 控制信号、置位和复位信号的不同有不同的型号。74LS161是集成TTL四位二进制加法计数器，其符号和管脚分布分别如下图所示：
表 8-1为74LS161的功能表： 表8-1
0 × × × 1 1 1 1 0 1 1 1 × × 0 × × 0 1 1 A B C D × ×××× 0 0 0 0 ↑ A B C D A B C D × ×××× 保持 × ×××× 保持 ↑ ×××× 计数
从表1可以知道74LS161在为低电平时实现异步复位（清零CR）功能，即复位不需要时钟信号。在复位端高电平条件下，预置端LD为低电平时实现同步预置功能，即需要有效时钟信号才能使输出状态 等于并行输入预置数A B C D。在复位和预置端都为无效电平时，两计数使能端输入使能信号，74LS161实现模16加法计数功能，；两计数使能端输入禁止信号，
，集成计数器实现状态保持功能，。在
时，进位输出端OC=1。
在数字集成电路中有许多型号的计数器产品，可以用这些数字集成电路来实现所需要的计数功能和时序逻辑功能。
用M进制集成计数器构成任意N进制计数器： 1、M>N，需一片M进制计数器
一种为反馈清零法，另一种为反馈置数法。 （1）反馈清零法
反馈清零法是利用反馈电路产生一个给集成计数器的复位信号，使计数器各输出端为零（清零）。反馈电路一般是组合逻辑电路，计数器输出部分或全部作为其输入，在计数器一定的输出状态下即时产生复位信号，使计数电路同步或异步地复位。反馈清零法的逻辑框图见图1。
图1 反馈清零法框图
（2）反馈置数法
反馈置数法将反馈逻辑电路产生的信号送到计数电路的置位端，在滿足条件时，计数电路输出状态为给定的二进制码。反馈置数法的逻辑框图如图2所示。
图 2 反馈置数法框图
1、M 如用两片74161构成60进制计数器(异步级联)：如图3所示 (1100)B=(12)D M1=12 & (0101)B=(5)D M2=5 CP Q0 Q1 Q2 Q3 P T CO CP 74161 LD CR 1 Q0′Q1Q2Q3 ′ ′′ P CO T CP 74161 LD CR & 1 图 3 实验设备及元器件： 1、数电实验箱、数字万用表。 2、74LS161 四位二进制同步计数器 1片 74LS00 二输入端四与非门 1片 74LS20 四输入端二与非门 1片 74LS47(或CD4511) 显示译码器 1片 实验步骤： 1、测试74LS161的逻辑功能。 2、用74LS161四位二进制同步加法计数器组成一个同步十二进制计数器，cp端送入单次脉冲，输出Q依次与发光二极管相连，送入脉冲的同时观察二极管的亮灭并记录分析其计数状态（利用反馈清零法设计）。 分析提示：74LS161从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，经M-1个时钟脉冲（M为模，本例为12）状态对应二进制数最大，下一个CP后计数器应复位，开始新一轮模M计数。因为是异步清零，所以复位信号不应在M-1个CP时产生，而应在M个CP时产生。所以复位信号在Q3Q2Q1Q0=1100时，使计数器复位Q3Q2Q1Q0=0000。状态从1100→0000是异步变化的，不受时钟CP控制，所示状态1100持续的时间很短暂，仅几级门的传输延迟而已。由状态1100产生低电平复位信号可用与非门实现。 1）画出电路连接图。 2）画出状态转移图。 3）按照电路图连线，通过发光二极管观察所设计电路的计数状态是否为十二进制。 3、用74LS161组成十进制计数器，cp端送入100KHz的脉 冲，用示波器双踪观察并记录计数的时序波形图（利用反馈置数法设计）。 分析提示：反馈置数法是通过反馈产生置数信号LD，將预置数ABCD预置到输出端。74LS161是同步置数的，需CP和LD都有效才能置数，因此LD应先于CP出现。所以M-1个CP后就应产生有效LD信号。若用四位二进制数前10个数作为计数状态，预置数QAQBQCQD=0000，应在QAQBQCQD=1001时预置端变为低电平。 1）画出用74LS161所设计的十进制计数器的电路连接图。 2）画出状态转移图。 3）按照电路图连线。 4、用74LS161设计一个60进制计数器，并以十进制数的形式显示出来。