项目六 计数器及应用

6.1 计数器 6. 2 计数器及应用 6.3 常用计数器列表 本章小结

主要内容 主要内容 计数器的功能、分类、结构、工作原理； 各类计数器的使用； 计数器的功能扩展应用。

主要技能 主要技能

计各种类型计数器的正确使用及功能测试；掌握任意进制计数显示电路的设计、安装 与调试。

基本概念基本概念

计数器 ; 计数器的模 同步计数器 ; 异步计数器 ;

脉冲源脉冲源

计数器计数器 译码器译码器

显示器显示器

0 0 1 0

1011011

设计项目设计项目实时计数显示器实时计数显示器

6.6.1 1 计数器计数器6.6.1 1 计数器计数器

6.1.1 计数器的功能、工作原理、分类

一、计数器的功能：计算输入脉冲的个数。

CPCP

QQ11

QQ22

QQ00 00

00

00

11

00

00

00

11

00

11

11

00

00

00

11

00

11

11

11

11

11

1 2 3 4 87

11

00

11

65

00

0

0

三位二制计数器

计数器的“模” : 计数器累计输入脉冲的最大数目 M 表示。

二、计数器的构成与工作原理

工作特点：相令输出端有分频特性。

CPCP

QQ11

QQ22

QQ00

1 ．加法计数器计数器的基本单元：下降沿有效的二分频器。

Q2Q1Q0

QQ22

CPCP

QQ00

QQ11

2. 减法计数器

Q0 Q1 Q2

计数器基本单元：下降沿有效的二分频器。

1. 根据计数脉冲的输入方式不同可分：

同步计数器—— 74LS161

异步计数器—— 74LS93

三、计数器的分类

同步工作速度快，但控制电路较复杂，对 CP 脉冲的负载能力重。异步计数器则相反。

同步计数器

CU CU

异步计数器

2. 根据计数进制不同又可分：

3. 根据计数过程中计数的增减不同分：

十进制计数器—— 74LS192

任意进制计数器——自己完成

二进制计数器—— 74LS161

加法计数器

减法计数器

可逆计数器—— 74LS192 、 74LS168 、

６ .1.2 各种进制的集成计数器６ .1.2 各种进制的集成计数器

1. 引脚功能说明

D0~D3 ：并行数据预置输入端Q0~Q3 ：数据输出端ET.EP ： 计数控制端

CP ： 时钟脉冲输入端（↑）C ： 进位端RD ： 异步清除控制端

LD ： 置数控制端

一、同步二进制计数器—— 74LS161 集成计数器

输 入 输 出 RD LD ET EP CP D0 D1 D2 D3

Q0 Q1 Q2 Q3

0 × × × × × × × ×1 0 × × ↑ d0 d1 d2 d3

1 1 1 1 ↑ × × × ×1 1 0 × × × × × ×1 1 × 0 × × × × ×

0 0 0 0d0 d1 d2 d3

计 数 保 持 保 持

2. 74LS161 功能表

3. 波形图异步置“ 0” 功

能。

同步并行置数

ET 和 EP 是计数器控制端，两者均为高电平，计数器才处于计数状态。

第 15 个脉冲进位端 C 为 1 ，第 16个脉冲 C 为 0 。

N 片 74LS161 通过级联可实现 16N 进制计数器

首先：了解 74LS161 为上升沿计数；

然后：确定计数器的类型：同步计数器或异步计数 ；

4. 74LS161 计数器计数容量的扩展

工作原理分析：工作原理分析：

0000

0001

1111低位输出状态：

高位输出状态：

0000

0002

1111

在计到 1111 以前， CO1 ＝ 0 ，高位片保持原状态不变在计到 1111 时， CO1 ＝ 1 ，高位片在下一个 CP

加一

74LS

393

74LS93 又称为二—八—十六进制计数器。。

1. 引脚功能说明

RD1 RD2 ：计数器清零端；

CP0 、 CP1 ：双时钟输入端；

Q3Q2Q1Q0 ：计数输出端。

二、异步二进制计数器 —— 74LS93 集成计数器

1 位二进制计数器—— CP0 输入计数脉冲， Q0 输出；八进制计数器—— CP1 输入计数脉冲， Q1 Q2 Q3 输出；

十六进制计数器—— Q0 与 CP1 连接， CP0 输入， Q0 Q1 Q2 Q3输出。

2. 使用方法：2 进制

8 进制

16 进制

即可实现加计数，又可实现减计数。

1. 引脚功能说明：

并行数据输入端

减计数脉冲输入端

加计数脉冲输入端

异步置 0 端异步置数端

加计数进位输出端

减计数借位输出端

计数输出端

三、同步十进制计数器 —— 74LS192 集成计数器

输 入 输 出LD RD CU CD D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3

0 0 × × d0 d1 d2 d3 1 0 ↑ 1 × × × × 1 0 1 ↑ × × × × 1 0 1 1 × × × × × 1 × × × × × ×

d0 d1 d2 d3

加 计 数 减 计 数 保 持

0 0 0 0

2. 74LS192 功能表

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

3. 波形图 RRD D ：：异步置 异步置 0 0 端。端。

：置数控制端：置数控制端LD

计数脉冲从计数脉冲从 CUCU端输入。加计数，端输入。加计数， CDCD 高电平高电平

计数脉冲从计数脉冲从 CDCD端输入。减计数 端输入。减计数 CUCU 为高电平，为高电平，

:: 进位输出进位输出 ;;

:: 借位输出借位输出

C

B

CPCP

4. 74LS192 计数器计数容量的扩展N 片 74LS192 通过级联可实现 10N 进制计数器

首先：了解 74LS192 为上升沿计数；

然后：确定计数器的类型：同步计数器或异步计数。

工作原理分析：工作原理分析：

计数开始时，先在 RD 端输入一个正脉冲，此时两个计数器均被置为 0 状态。此后在 LD 端输入“ 1” ， RD 端输入“ 0” ，则计数器处于计数状态。

低位的 74LS192(1) 的 CU 端逐个输入计数脉冲 CP ，低位计数顺开始计数。在第 10 个 CP 脉冲上升沿到来后，低位计数器的状态从 1001→0000 ，同时其进位输出 C 从 0→1 ，此上升沿作为高位计数器的计数脉冲。

1. 引脚功能说明：

74LS290 又称为二、五、十进制加法计数器。

计数输出端

异步清零端

双时钟输入端

异步置数端

四、异步十进制计数器 —— 74LS290 集成计数器

复位 / 置位输入 输 出

RD1 RD2 S1 S2 Q3 Q2 Q1 Q0

11×0×0×

11××0×0

0×10××0

×01×00×

0 0 0 00 0 0 01 0 0 1

计 数计 数计 数计 数

2. 74LS290 功能表

异步置 9 功能

3. 正确使用

—— Q3 与 CP0 连接， CP1 输入， 5421 十进制；

84215 进制2 进制 5421

二进制计数器—— CP0 输入计数脉冲， Q0 输出；五进制计数器—— CP1 输入计数脉冲， Q1 Q2 Q3 输出；十进制计数器—— Q0 与 CP1 连接， CP0 输入， 8421 十进制；

5421 十进制计数器的原理分析：5421 十进制计数器的原理分析：

1000 0000

1100

五进制

十进制

1001

1010

Q3 作为 CP0 的计数脉冲CP1 为计数脉冲输入端

利用所学的计数器实现任意进制计数器的设计。

3. 实现的方法——反馈法：

利用输出信号反馈到输入端使计数器清零或置数，使计数器跳过某些计数状态，从而改变其计数长度。有清零法和置数法。

1. 任意进制计数器：

计数器的模 N ≠ 2n 的计数器。如：５、 6 、 7等进制。2. 实现的条件： N>M

M— 基本计数器的模， N— 设计计数器的模。

五、任意进制计数器的实现

000 001 010 011 100 101六进制计数器的状态图

第一步：确定计数器输出的循环状态：

第二步：了解 74LS161 的清零方式（异步或同步）查阅 74LS161 功能表，清零方式：异步清零

第三步：选择参考状态，确定反馈信号。

以 N 的二进制状态为参考状态，将为 1 的各位与非（低电平清零）或与（高电平清零）作为反馈信号送入清零端。

例：用 74LS161 实现一六进制计数器例：用 74LS161 实现一六进制计数器

（ 1 ）清零法 ——将反馈信号送入计数器清零端。

解：

0110

六进制计数器的参考状态

12 QQRD

清零反馈信号

原理图

CP

54321

工作原理分析：工作原理分析：

6

0110 0000

12 QQRD

由于计数器计数到六的状态时间非常短，故“ 6”这个状态在显示器上显示不出来。

1

0001

Q0Q1

Q3

Q2

RD

000 001 010 011 100 101六进制计数器的状态图

第一步：确定计数器输出的循环的状态：

第二步：了解 74LS161 的置数方式（异步或同步）

查阅 74LS161 功能表，置数方式：同步置数

例：用 74LS161 实现一六进制计数器

第三步：选择参考状态，确定反馈信号。

以“ N-1” 的二进制状态为参考状态，将为 1 的各位与非（低电平置数）或与（高电平置数）作为反馈信号送入置数端。

第四步：确定置数值 D2D1D0=000

（ 2 ）置数法 ——将反馈信号送入计数器的置数端

0101

六进制计数器的参考状态

02 QQLD

置数反馈信号

原理图

CP

4321

Q0Q1Q2Q3

工作原理分析：6

0101 0000

02 QQLD

1

0001

LD

同步置数要在下一个时钟上升沿到时， D 端的数据才能置入 Q 端。

5

例；用 74LS161 构成 50 （ 00110010 ）进制计数器。清零法：

第二步：确定参考状态： 00110010110 QQQRD

0 1 0 0 1 1 0 0

第一步：用两片实现 16X16 进制计数器

CU CU

例；用 74LS192 构成 8421BCD 码的 24 进制计数器。

置数法：

第二步：确定参考状态（ 00100100 ） BCD 。 21 QQRD

0 0 1 0 0 1 0 0

第一步：用两片实现 10X10 进制计数器，

6.2 计数器的扩展应用6.2 计数器的扩展应用

利用一个高稳定的信号源，通过多次分频的方法，得到多种频率的信号。这是数字系统中为获得各种时钟脉冲所采用的最普遍的方法。

一、分频器

1 2 3 4 5 6 7

1. 一般程序分频器

（ 2 ）功能：

程序分频器是指分频比 N随预置数据而变的数控分频器， 因此，凡具有并行置数功能的计数器都可以组成程序分频器。

（ 1 ）分频比 N ：输入信号与输出信号频率之比。

预置数： 0011

计数满： 0000

七分频器

2. M / M+1 分频器

（ 1 ）工作模式： M次分频和 M+1次分频模式。

（ 2 ）组成： 码组变换器 可控分频器

SC=0 时， M次分频； SC=1 时， M+1次分频。

SC=0 时，码组转换器用作变补；

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1100

0

01

1

1101 1110 1111分频器的状态：

4 分频器

M次分频

SC=1 时，转换器用作变反。1

0

0

1

0

1

1

1

1

1011

1

10

1

1100 1101 1110分频器的状态：

M+1次分频

5分频器

1111

在固定时间 t2~t1 以内，测量出被信号的脉冲个数 N ，计算出频率。

在被测信号的一个周期时间内，通过周期固定的基准脉冲，所通过的基准信号的个数则为被测信号的周期。

1. 频率的测量：

12 tt

Nf

2. 周期的测量：

TX

1uS

二、测量脉冲频率和周期

思考 :若在 t1~t2 = 1s内，计数器的计数值 N 为 1200 ，则脉冲频率 f ？

测量脉冲频率：

测量脉冲周期：

思考 :若在被测信号一个周期时间内，基准信号计数为 8 ，被测周期为？

基准信号的周期为 1uSuS

6.3 常用 TTL 集成计数器例表 6.3 常用 TTL 集成计数器例表

类型 型 号 功 能

计数器 746874LS9074LS9274LS9374LS16074LS16174LS16274LS16374LS16874LS16974LS19074LS19174LS192

双十进制计数器十进制计数器十二分频计数器4位二进制计数器同步十进制计数器4位二进制同步计数器（异步清除）十进制同步计数器（同步清除）4位二进制同步计数器（同步清除）

可预置十进制同步加 / 减计数器可预置 4位二进制同步加 /减计数器

可预置十进制同步加 / 减计数器可预置 4 位二进制同步加 / 减计数器可预置十进制同步加 /减计数器（双时钟）

类 型 型 号 功 能

计数器 74LS19374LS19674LS19774LS29074LS29374LS39074LS39374LS49074LS56874LS56974LS66874LS66974LS690

可预置 4位二进制同步加 /减计数器（双时钟）可预置十进制计数器可预置二进制计数器十进制计数器4位二进制计数器双 4位十进制计数器双 4位二进制计数器（异步清除）双 4位十进制计数器可预置十进制同步加 /减计数器（三态）可预置二进制同步加 /减计数器（三态）十进制同步加 /减计数器二进制同步加 /减计数器可预置十进制同步计数器 /寄存器（直接清除、三态）

类型 型 号 功 能计数器 74LS691

74LS69274LS69374LS69674LS69774LS69874LS699

可预置二进制同步计数器 /寄存器（直接清除、三态）可预置十进制同步计数器 /寄存器（同步清除、三态）可预置二进制同步计数器 /寄存器（同步清除、三态）十进制同步加 /减计数器（三态、直接清除）二进制同步加 /减计数器（三态、直接清除）十进制同步加 /减计数器（三态、同步清除）二进制同步加 /减计数器（三态、同步清除）

本章小结本章小结

计数器是组成数字系统的重要部件之一 ,它的功能是计算输入脉冲的数目 . 根据输入方式不同 , 可分为财、同步计数器和异步计数器。同步工作速度快，但控制电路较复杂，对 CP 脉冲的负载能力重。异步计数器则相反。计数器根据进制不同可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器。前两种的现成的集成电路产品选用，而任意进制计数器帽可以通过前两种引入适当的反馈信号来实现。计数器在使用时，功能表反映了它的工作功能特特点，以及工作时的细节，读懂功能表是正确使用计数器的关键，特别是扩展应用中，级联、反馈等信号的实现。

计数器有许多控制端，如置数、清零、进位、借位、脉冲输入等，使用时要合理使用。在设计任意进制计数器时，一定要了解所选计数器的清零功能与置数功能是同步还是异步，因为，同步与异在选择反馈状态时不相同。

作 业作 业作 业作 业

5.1 、 5.2 、 5.3 、 5.4 、 5.5 、

5.6 、 5.7 、 5.9