計數(shù)器在數(shù)字電路中的應用

摘 要：計數(shù)器的應用比較廣泛，不僅可以用于對時鐘脈沖計數(shù)，還可以用于分頻、定時，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算等。在通信、數(shù)據(jù)記錄等方面經(jīng)常用到。

關鍵詞：數(shù)字電路；時序電路；觸發(fā)器；計數(shù)器

引言

計數(shù)器是在數(shù)字系統(tǒng)中使用最多的時序邏輯電路之一，計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對輸入的脈沖進行計數(shù)，計數(shù)器種類也比較多。按照不同分類原則大致可分為：（1）按計數(shù)器中的編碼方式可分為：二進制計數(shù)器，二-十進制計數(shù)器，格雷碼計數(shù)器等；（2）按計數(shù)過程中的數(shù)字變化分類可分為：加法計數(shù)器，減法計數(shù)器，可逆計數(shù)器；（3）按計數(shù)器中觸發(fā)器翻轉是否與輸入脈沖信號同步可分為同步式和異步式兩種；（4）此外，如果按進制來劃分種類就更多了，二進制，十進制，一百進制，任意進制。

1 計數(shù)器運行原理

談到計數(shù)器的原理作者認為要先了解到它的構成，“結構決定功能”，金剛石與石墨就是對這句話最好的詮釋，計數(shù)器之所以有計數(shù)等功能是由于組成它的計數(shù)單元和一些邏輯門控制單元。計數(shù)單元主要由一些具有記憶功能的觸發(fā)器組成，主要有SR觸發(fā)器JK觸發(fā)器，T觸發(fā)器，D觸發(fā)器，邊沿觸發(fā)器等。下面是幾個常用觸發(fā)器的結構及功能：

同步SR觸發(fā)器：

真值特性：

當脈沖信號clk為0時觸發(fā)器保持之前狀態(tài)，clk為有效電平1時觸發(fā)器接受輸入信號SR。當SR不同時輸出結果與S相同，SR同為0時輸出保持之前狀態(tài)，SR同為1時輸出為1.約束。

異步SR觸發(fā)器 （圖略）：

真值特性：

當脈沖信號clk為0時，RD'=0 SD'=1置零輸出，RD'=1 SD'=0置1輸出，RD'=1 SD'=1保持之前狀態(tài)，RD'=0 SD'=0約束。

電平觸D發(fā)觸發(fā)器：

真值特性：

當脈沖信號clk為0時觸發(fā)器保持之前狀態(tài)，clk為有效電平1時，D=1，輸出置1，D=0，輸出置0。

脈沖觸發(fā)的主從SR觸發(fā)器：

當脈沖信號clk為1時主觸發(fā)器工作，根據(jù)S和R的狀態(tài)翻轉。S=0，R=0保持S=1，R=0輸出置1，S=0，R=1輸出置0，S=1，R=1輸出約束。

主從JK觸發(fā)器（圖略）：

它與主從SR區(qū)別在于把輸出反饋回輸入電路，即把SR輸出Q，Q'接回SR，同時把SR名稱改為JK就行了。

真值特性：

J=1，K=0置1輸出，J=0，K=1置0輸出，J=0，K=0保持，J=1，K=1翻轉。

邊沿觸發(fā)器（以邊沿D觸發(fā)器上升沿有效為例）：

真值特性：

處于上升沿時，D=0，Q*=0，D=1 Q*=1處于非上升沿時輸出Q*保持。

2 計數(shù)器在同步時序脈沖電路中的應用原理

2.1 以74LS160芯片為例構成電子鐘表：計數(shù)器在時序電路中應用主要通過接收脈沖信號使對應的計數(shù)器翻轉，以同步計數(shù)器為例，通常采用T觸發(fā)器構成，結構形式有兩種。一種是控制輸入端T的狀態(tài)。當每次計數(shù)脈沖信號到達時，使該翻轉的那些觸發(fā)器輸入控制端為高電平，不翻轉的為低電平。另一種是控制時鐘信號，每次信號來時只能使該翻轉的觸發(fā)器脈沖輸入有效，不加給不該翻轉的觸發(fā)器。同時所有觸發(fā)器的T接到高電平狀態(tài)，就可以記錄脈沖信號個數(shù)。

2.2 以74LS160芯片為例構成電子鐘表：平時大家所用的數(shù)字電子鐘就可以用計數(shù)器去實現(xiàn)，其實原理就是相當于六十進制，時分秒進位構成。下面作者就以74LS160芯片構成數(shù)字鐘為例用multisim實現(xiàn)。

首先，用器件要先了解結構，下面介紹下74LS160的引腳功能。

數(shù)據(jù)輸入端D0，D1，D2，D3，輸出Q0，Q1，Q2，Q3，進位輸出端C，同步置數(shù)端LD'，異步置零端RD'，功能控制端EP，ET，脈沖信號輸入CLK。

EP，ET功能控制端同時為1即高電平時開始計數(shù)，RD'異步置零端不受脈沖信號控制一旦信號有效計數(shù)器就清零，如RD'=0即接地則輸出Q0，Q1，Q2，Q3清零。同步置數(shù)端LD'受CLK控制，當輸入信號D0，D1，D2，D3，準備好且該信號有效時，不能立即置數(shù)要等到CLK有效信號有效時才會置數(shù)。該芯片在脈沖上升沿有效。

要用74LS160芯片構成電子時鐘，顯示時分秒，所以要用到六片芯片，連接如圖3所示。其中左下角的單項開關設置為暫停鍵按下計時斷開暫停，左下角雙向開關為清零鍵，撥至地端清零。

3 計數(shù)器在數(shù)字電路定時系統(tǒng)中的應用

3.1 數(shù)字系統(tǒng)方面的應用

在數(shù)字電路中經(jīng)常用到，在數(shù)電中有經(jīng)典的555定時器，在這里就不在敘述。

3.2 計數(shù)器定時方面的應用

設想一下，通過計算計數(shù)脈沖計數(shù)，達到某一數(shù)值時，可以接一個蜂鳴器，這樣就成了鬧鐘。后面電路還可以控制開關，這樣可以在后面的電路就通過計數(shù)器來實現(xiàn)定時功能了。后面大家可以自行發(fā)揮想象。

4 結束語

通過大家親自動手實踐利用模擬仿真軟件multisim實現(xiàn)數(shù)字時鐘的構成，可以讓我們對計數(shù)器有了更深一層的認識，對工作原理的掌握也會更進一步。

參考文獻

[1]閻石.數(shù)字電子技術基礎（第五版）[M].高教出版社.

作者簡介：許雪成（1995，7-），男，安徽省蚌埠市固鎮(zhèn)縣人，合肥市蜀山區(qū)安徽新華學院，電子信息工程專業(yè)，本科生。