第 五 章第 五 章 计 数 器 计 数 器

引入 :

电路中由两个与非门构成单脉冲发生器，计数器 74LS161对其产生的脉冲进行计数，计数结果送入字符译码器并驱动数码管，使之显示单脉冲发生器产生的脉冲个数。

脉冲发生器 计数器 显示

nn QQ 1

00 11 00 11 00 11 00 11 00

CPCP

QQ11

QQ22

QQQQ00

00

00

00

00

11

00

11

00

00

11

00

11

11

11

11

11

计数器各触发器的翻转不受同一个计数器各触发器的翻转不受同一个 CP CP 脉冲控制。脉冲控制。 —— —— 异步异步计数器计数器计数器各触发器的翻转受同一个计数器各触发器的翻转受同一个 CP CP 脉冲控制。脉冲控制。 —— ——同步同步计数器计数器

QQ00 QQ11 QQ22

1. 计数器的基本原理5.1 5.1 计数器及其表示方法计数器及其表示方法

2. 分类 ▲ ▲ 根据计数脉冲的输入方式不同可把计数器分为根据计数脉冲的输入方式不同可把计数器分为 同步计数器同步计数器和和异步计数器异步计数器。 。 ▲ ▲ 根据计数进制不同又可分为根据计数进制不同又可分为 二进制二进制、、十进制十进制和和任意进制计数器任意进制计数器。 。 ▲ ▲ 根据计数过程中计数的增减不同又分为根据计数过程中计数的增减不同又分为 加法计数加法计数、、减法和可逆计数器减法和可逆计数器。 。

3. 3. 二进制计数器 二进制计数器

若若 nn=1=1 ，， 22 ，， 3…3… ，则，则 NN=2=2 ，， 44 ，， 8…8… ，相应的计数器称，相应的计数器称为模为模 22 计数器，模计数器，模 44 计数器和模计数器和模 88 计数器。计数器。

计数器的位数计数器的位数 nn ：：即由即由多少多少个触发器组成。（个触发器组成。（ nn ））计数器的模（计数容量）计数器的模（计数容量）：：最大所能计数的值 最大所能计数的值 NN=2=2nn

三位二进制计数器三位二进制计数器

同步二进制计数器—— 74LS16174LS161 集成计数器 集成计数器

（ 2 ） 74LS161 功能表 输 入 输 出

ET EP CP D0 D1 D2 D3Q0 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

DR LD

（ 1 ）各引脚功能符号的意义：：DD00~~DD33 ：并行数据预置输入端 ：并行数据预置输入端 Q0~Q3Q0~Q3 ：数据输出端：数据输出端ETET 、、 EPEP ：计数控制端 ：计数控制端 CPCP ：时钟脉冲输入端（↑）：时钟脉冲输入端（↑）CC ：进位端：进位端 ：异步清除控制端（低电平：异步清除控制端（低电平有效）有效） ：置数控制端（低电平有：置数控制端（低电平有效）效）

DR

LD

74LS16174LS161 状态图

注 释 74LS16174LS161 是典型的是典型的 44 位二进制同步加位二进制同步加法计数器，异步清除。同于法计数器，异步清除。同于 7416174161 。。请问它的模是几？请问它的模是几？

◆ ◆ 、 、、 、 ETET 和和 EPEP 均为高电平时，计数器处于计数状态，每输均为高电平时，计数器处于计数状态，每输入一个 入一个 CP CP 脉冲，进行一次加法计数。脉冲，进行一次加法计数。DR LD

（ 3 ） 74LS161 的功能与特点

◆ ◆ ：异步置“：异步置“ 0”0” 功能。功能。DR

波形图

0000

11

00

11

00

LD ◆ ◆ ETET 和和 EPEP 是计数器控制端，是计数器控制端，其中一个为低电平，计数器保其中一个为低电平，计数器保持原态。两者均为高电平，计持原态。两者均为高电平，计数器才处于计数状态。数器才处于计数状态。

◆ ：同步并行置数控制端（低电平有效）， =0 ，且 =1 时， D0~D3 上数据 被输出到 Q0~Q3 。

LDLD

dR

◆ ◆ 、 、、 、 ETET 和和 EPEP 均为高电平均为高电平时，计数器处于计数状态，每输入一时，计数器处于计数状态，每输入一个 个 CP CP 脉冲，进行一次加法计数。脉冲，进行一次加法计数。DR DL

异步二进制计数器—— 74LS9374LS93 集成计数器 集成计数器 74LS9374LS93 是是异步 4 位二进制加法计数器。。

图图 5.65.6 （（ bb ））

二进制计数器：二进制计数器： CPCP00 作同步脉冲，作同步脉冲， FFFF00 构成一个二进制计数器构成一个二进制计数器 ;;

八进制计数器：八进制计数器： CPCP11 作同步脉冲，作同步脉冲， FFFF11 、、 FFFF22 、、 FFFF33 构成模 构成模 8 8 计计数器数器 ;;十六进制计数器： 十六进制计数器： CPCP11 端与端与 QQ00 端在外部相连， 构成模端在外部相连， 构成模 1616 计数器。计数器。74LS9374LS93 又称为又称为二二——八八——十六十六进制计数器。进制计数器。

RD1 、 RD2 为清零端，高电平有效。

4. 4. 十进制计数器 十进制计数器 同步十进制计数器—— 74LS19274LS192 集成计数器 集成计数器

▲ ▲ 逻辑符号逻辑符号

输 入 输 出 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

▲ ▲ 74LS19274LS192 功能表功能表LD

各引脚功能符号的意义：：DD00~~DD33 ：并行数据输入端 ：并行数据输入端 QQ00~~QQ33 ：数据输出端：数据输出端CUCU ：加法计数脉冲输入端 ：加法计数脉冲输入端 CDCD ：减法计数脉冲输入：减法计数脉冲输入端端RRDD ：异步置 ：异步置 0 0 端（高电平有效）端（高电平有效） ：置数控制端（低电平有效）：置数控制端（低电平有效）LD

C ：加法计数时，进位输出端（低电平有效）：加法计数时，进位输出端（低电平有效）B ：减法计数时，借位输出端（低电平有效）：减法计数时，借位输出端（低电平有效）

▲ ▲ 74LS192

74LS192 的的时序图

时序图分分

析析RRD D ：：异步置 异步置 0 0 端。计数器复位。端。计数器复位。置 零

0

0

0

0

：置数控制端（低电平有效） ：置数控制端（低电平有效） 。 。 LD1

1

1

0

CDCD 为高电平，计数脉冲从为高电平，计数脉冲从 CUCU 端输入。端输入。 :: 进位输出进位输出 ; :; : 借位输出。借位输出。CUCU 为高电平，计数脉冲从为高电平，计数脉冲从 CDCD 端输入。端输入。C B

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

计数开始时，先在计数开始时，先在 RRDD 端输端输入一个正脉冲，此时两个计数器入一个正脉冲，此时两个计数器均被置为 均被置为 0 0 状态。此后在 端状态。此后在 端输入“输入“ 1”1” ，， RRDD 端输入“端输入“ 0”0” ，则，则计数器处于计数状态。计数器处于计数状态。 在个位的在个位的 74LS192(1)74LS192(1) 的的 CU CU 端逐个输入计数脉冲端逐个输入计数脉冲 CPCP ，个位的，个位的74LS19274LS192 开始进行加法计数。在开始进行加法计数。在第第 1010 个个 CPCP 脉冲上升沿到来后，脉冲上升沿到来后，个位个位 74LS19274LS192 的状态从的状态从 1001→001001→000000 ，同时其进位输出 从，同时其进位输出 从 0→10→1 。。

▲ ▲ 利用利用 74LS19274LS192 实现实现 100100 进制计数器 进制计数器 (( 想一想一想想 )) 将多个将多个 74LS19274LS192 级联可以构成高位计数器。级联可以构成高位计数器。例如：用例如：用两个两个 74LS19274LS192 可以组成可以组成 100100 进制进制计数器。计数器。

此上升沿使十位的此上升沿使十位的 74LS192(2)74LS192(2) 从从 00000000 开始计数，直到第开始计数，直到第100100 个个 CPCP 脉冲作用后，计数器由脉冲作用后，计数器由 1001 10011001 1001 恢复为恢复为 0000 00000000 0000 ，，完成一次计数循环。完成一次计数循环。

LD

C

▲ ▲ 逻辑符号逻辑符号 ▲ ▲ 74LS9074LS90 功能表功能表复位 / 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

RD1 RD2 ：当 SS1 1 S2 = 0 时， RD1 RD2 = 1 计数器清零。 S1 、 S2 ： SS1 1 S2 = 1 时，计数器置“ 9” ，即被置成 1001 状态，与 CP 无关。且优 先 级别最高。Q3Q2Q1Q0 ：输出端

▲ ▲ 引脚功能说明引脚功能说明

CP0 、 CP1 ：双时钟输入端

异步十进制计数器—— 74LS9074LS90 集成计数器 集成计数器

▲ ▲ 二—五—十进制计数器二—五—十进制计数器 74LS9074LS90

二进制计数器：二进制计数器： FFFF00 构成一个二进制计数器构成一个二进制计数器 ;;

五进制计数器：五进制计数器： FFFF11 、、 FFFF22 、、 FFFF33 构成模 构成模 55 异步计数器（五进制计数异步计数器（五进制计数器）器） ;;84218421 码异步十进制计数器：码异步十进制计数器：时钟脉冲接时钟脉冲接 CPCP00 ，， CPCP11 端与端与 QQ00 端相端相连。连。

74LS9074LS90 又称为又称为二二——五五——十十进制计数器。进制计数器。54215421 码异步十进制计数器：码异步十进制计数器：时钟脉冲接时钟脉冲接 CPCP11 ，， CPCP00 端与端与 QQ33 端相端相连。连。

5. 5. 任意进制计数器 任意进制计数器

同步二进制计数器 异步二 - 八 - 十六进制计数器

同步十进制计数器 异步二 - 五 - 十进制计数器

利用已有的集成计数器构成任意进制计数器的方法利用已有的集成计数器构成任意进制计数器的方法 通常有三种通常有三种 ::

（ 1 ）直接选用已有的计数器。 例如，欲构成十进制计数器，可直接选用十进制异步计数器例如，欲构成十进制计数器，可直接选用十进制异步计数器 74LS9274LS92 。。 （ 2 ）用两个模小的计数器串接 可以构成模为两者之积的计数器。例如，用模可以构成模为两者之积的计数器。例如，用模 66 和模和模 1010 计数器串接起计数器串接起来，可以构成模来，可以构成模 6060 计数器。计数器。 （ 3 ）利用反馈法改变原有计数长度 这种方法是，当计数器计数到某一数值时，由电路产生的置位脉冲这种方法是，当计数器计数到某一数值时，由电路产生的置位脉冲或复位脉冲，加到计数器预置数控制端或各个触发器清零端，使计数器恢或复位脉冲，加到计数器预置数控制端或各个触发器清零端，使计数器恢复到起始状态，从而达到改变计数器模的目的。复到起始状态，从而达到改变计数器模的目的。

74LS160 74LS160 集成计数器 集成计数器 ▲ ▲ 逻辑符号逻辑符号

▲ ▲ 表表 5.5 74LS1605.5 74LS160 的功能表的功能表 输 入 输 出

EP ET 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

▲ ▲ 引脚功能说明引脚功能说明DD00~~DD33 ：并行数据输入端 ：并行数据输入端 QQ00~~QQ33 ：数据输出端：数据输出端EPEP 、、 ETET ：计数控制端 ：计数控制端 CC ：进位输出端：进位输出端CPCP ：：时钟输入端时钟输入端 ：异步清除输入端：异步清除输入端 ：同步并行置入控制端：同步并行置入控制端DRLD

DR LD

0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 50 → 1 → 2 → 3 → 4 → 500000000→→00010001→→00100010→→00110011→→01000100→→01010101

74LS160 74LS160 集成计数器的应用举例集成计数器的应用举例————反馈法反馈法构成模构成模 66 计数器的四种方计数器的四种方法法例 1 ：反馈置 0 法

00000000→→00010001→→00100010→→00110011→→01000100→→01010101LD DR

由此可见， N 进制计数器可以利用在（ N-1 ）时将 变为 0 的方法构成，这种方法称为反馈置 0 法。LD

0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 50 → 1 → 2 → 3 → 4 → 5

例 2 ：直接清 0 法

当计数器计到当计数器计到 6 6 时（状态时（状态 66 出现时间出现时间极短），极短）， QQ22 和和 QQ11 均为均为 11 ，使 为，使 为 00 ，计，计数器立即被强迫回到数器立即被强迫回到 00 状态，开始新的循环。状态，开始新的循环。DR

+Vcc

•• 66··01100110

例 3 ：反馈预置法

0100→0101→0110→0111→1000→10010100→0101→0110→0111→1000→1001

◆ ◆ 当计数器计到状态当计数器计到状态 1001 时，进位端 时，进位端 C 为为 11 ，经非门为，经非门为 00 ，，置数控制端 置数控制端 ,, 下一个时钟到来时，将下一个时钟到来时，将 DD3 ~ D0 3 ~ D0 端的数据端的数据 00100100 送入计数器。此后又从送入计数器。此后又从 01000100 开始计数一直计数到 开始计数一直计数到 10011001 ，又，又重复上述过程。这种方法称为反馈预置法。重复上述过程。这种方法称为反馈预置法。

LD = 0= 0

例 4 ：反馈预置法例二

0011→0100→0101→0110→0111→1000

LD LD

图 5.12 改进的模 6 计数器

DR

改进的模 改进的模 6 6 计数器计数器 图图 5.115.11 （（ dd ）所示方法的缺点是工作不可靠。原因是在许多情况下，各）所示方法的缺点是工作不可靠。原因是在许多情况下，各触发器的复位速度不一致，复位快的触发器复位后，立即将复位信号撤消，使触发器的复位速度不一致，复位快的触发器复位后，立即将复位信号撤消，使复位慢的触发器来不及复位，因而造成误动作。 复位慢的触发器来不及复位，因而造成误动作。 改进的方法是加一个基本改进的方法是加一个基本 RSRS 触发器，如图触发器，如图 5.125.12 （（ aa ）所示，工作波形见）所示，工作波形见图图 5.125.12 （（ bb ）。当计数器计到 ）。当计数器计到 6 6 时，基本时，基本 RSRS 触发器置触发器置 00 ，使 端为，使 端为 00 ，该，该 00一直持续到下一个计数脉冲的下降沿到来为止。因此计数器能可靠置一直持续到下一个计数脉冲的下降沿到来为止。因此计数器能可靠置 00 。。

DR

5.2 5.2 计数器应用实例 计数器应用实例 计数器组成分频器计数器组成分频器

图 5.13 PCM30/32 路基群系统时钟框图

通过分频的方法，利用一个高稳定的信号源产生多种频率的信号。这是通过分频的方法，利用一个高稳定的信号源产生多种频率的信号。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。 数字系统中为获得各种时钟脉冲所采用的最普遍的方法。

1.1. 一般程序分频器 一般程序分频器 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。

分频器的输入信号频率与输出信号频率之比叫做分频比 N 。

图图 5.145.14 （（ aa ）是程序分频器的一般框图，图）是程序分频器的一般框图，图 5.145.14 （（ bb ）是）是分频比分频比 N=7N=7 的程序分频器的输出信号与输入信号的同步波形。的程序分频器的输出信号与输入信号的同步波形。由图可知，其分频比由图可知，其分频比 =7=7 。。

图图 5.14 5.14 程序分频程序分频器 器

2. 2. MM / / MM+1+1 分频器 分频器 MM / / MM+1+1 分频器在频率合成器中经常采用，它有两种工作模式，即分频器在频率合成器中经常采用，它有两种工作模式，即 MM次分频和次分频和 M+1M+1 次分频模式。次分频模式。

码组变换器 码组变换器 可控分频器 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器； ▲ SC=1 时，转换器用作变反器。

3. 3. 计数器用于测量脉冲频率和周期计数器用于测量脉冲频率和周期

12 ttNf

例如，若在例如，若在 tt11~~tt22 = 1s = 1s 内，计数器的计数值内，计数器的计数值 NN 为为 12001200 ，则脉冲频率，则脉冲频率 ff = 1200Hz = 1200Hz 。。

◆ ◆ 测量脉冲频率电路测量脉冲频率电路

t1~t2 = 10ms ，计数器计数值为12 ，请问脉冲频率是多少？

固定时间，求该时间内的脉冲数——得到频率。固定时间，求该时间内的脉冲数——得到频率。

◆ ◆ 测量脉冲周期电路测量脉冲周期电路f = 1MHz = 10f = 1MHz = 106 6 Hz Hz

待测脉冲周期为多少？待测脉冲周期为多少？

求待测脉冲一个周期时间内通过的固定周期脉冲数——得到周期。求待测脉冲一个周期时间内通过的固定周期脉冲数——得到周期。

TT= 1/f = 1/10= 1/f = 1/106 6 Hz = 10Hz = 10-6-6S = S = 1uS1uS TTXX

1uS1uS

如何测得填充脉冲数？如何测得填充脉冲数？

类型 型 号 功 能计数器 7468

74LS9074LS9274LS9374LS16074LS16174LS16274LS16374LS16874LS16974LS19074LS19174LS19274LS19374LS19674LS19774LS29074LS29374LS39074LS39374LS49074LS56874LS56974LS66874LS66974LS69074LS69174LS69274LS69374LS69674LS69774LS69874LS699

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）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）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）

表表5.6 5.6

常用计数器

常用计数器

作 业 P114 习题五 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8

5.6 74LS2905.6 74LS290 的几种连接方式如图的几种连接方式如图 5.185.18 所示，试分析图（所示，试分析图（ aa ）（）（ bb ）（）（ cc ））（（ dd ）各为几分频电路。）各为几分频电路。

图图 5.18 (a)5.18 (a) 图图 5.18 (b)5.18 (b) 图图 5.18 (c)5.18 (c) 图图 5.18 (d)5.18 (d)

原题 5.6 改为：