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实验六 计数器及其应用
一、实验目的
1．掌握中规模常用集成电路计数器的逻辑功能测试及使用方法； 2．掌握任意进制计数器的设计方法和原理； 3．掌握中规模常用计数器芯片的应用。
二、实验任务（建议学时：4学时）
（一）基本实验任务
1. 74LS161逻辑功能测试； 2. 74LS190逻辑功能测试； 3. 任意进制计数器设计；
（二）扩展实验任务（电类本科生任选2项，非电类本科生在1、2中任选1项） 1. 用74LS161设计一个数字秒表（0~99S），要求具有启动、暂停和清零功能。 2. 用74LS190设计一个倒计时计数器，要求倒计时数值能在0~99之间任意设定。 3. 用74LS161设计一个24小时制时钟，要求能够显示小时、分、秒，并具有校时、校分功能。
三、实验原理
1．所谓计数器就是对输入的脉冲进行“数数”的时序逻辑电路。计数器不仅可用来计数，还可用来实现分频、定时、产生节拍脉冲、序列脉冲等。 2．计数器分类：
1）按进制分为二进制计数器和非二进制计数器两大类。最常用的十进制计数器属于非二进制计数器。
2）按计数方法可分为：加法计数器（计数值随计数脉冲的输人而递增）；减法计数器（计数值随计数脉冲的输人而递减）；可逆计数器（具有加法和减法计数功能的计数器）
3）按计数脉冲引入方式不同分为：
同步计数器：在同一计数脉冲（CP）的作用下，计数器中的触发器同时改变状态。
缺点是计数位数越多电路越复杂，优点是工作频率较高；
异步计数器：在同一计数脉冲（CP）的作用下，计数器中的触发器状态改变不是同
时发生。优点是电路结构简单，缺点作频率较低，容易产生竞争-冒险现象。
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（一）基本实验任务
1. 74LS161逻辑功能测试
74LS161是四位二进制同步计数器,具有计数、预置、保持、清除功能。
（a）引脚排列
（b）逻辑符号
图6-1 74LS161引脚排列及逻辑符号
74LS161引脚功能说明： MR＇：清零端，低电平有效； CP：计数脉冲输入端； P0~P3：并行数据输入端； TC：计数进位端； Q0~Q3：数据输出端；
PE＇：预置数使能端，低电平有效； CET、CEP计数使能端，高电平有效； 2. 74LS190逻辑功能测试
74LS190是可逆十进制同步计数器,具有计数、异步预置、保持功能。
（a）引脚排列
（b）逻辑符号
图6-2 74LS190引脚排列及逻辑符号
74LS190引脚功能说明： CE＇：计数使能端，低电平有效；
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CP：计数脉冲输入端； P0~P3：并行数据输入端； TC：进位/借位输出端；
RC＇：行波时钟输出端（级联扩展端），低位计数芯片的RC＇端接高位计数芯片的CE＇端；Q0~Q3：数据输出端；
PL＇：预置数使能端，低电平有效；
U/D：计数模式控制端，低电平为加计数，高电平为减计数。 3. 任意进制计数器设计
1）复位脉冲反馈法：通过给清零端加一个触发电平，强制输出端输出全为零。 如图6-3（a）图所示，为复位脉冲反馈法构成的六进制计数器。
74LS161D1474LS161D1400001CP34567P0P1P2P3CEPQ0D1D2D3D4D51CPQ113Q2Q31211000034567P0P1P2P3CEPQ0D1D2D3D4D5Q113Q2Q31211TC15TC15~MR~MR110CET2CP10CET~PE2CP191 19接单脉冲插孔接单脉冲插孔~PE （a）复位脉冲反馈法 （b）置位脉冲反馈法 图6-3 复位脉冲反馈法 当CP端连续输入6脉冲后，D4D3D2D1=0110，其中D2D3接到一个与非门的两输入端，与非门的输出端与清零端MR＇相连，此时与非门输出为0，计数器产生清零动作，所有输出端全为零，计数又从零开始。当CP端输入的脉冲数少于6个时，与非门的量输入端至少有一个为零，与非门输出均为1，计数器不产生清零动作。
2）置位脉冲反馈法：将计数器的数据输入端全置零，通过给预置数端加一个触发电平，将数据输入端的数置入计数器，这样迫使计数器重新从零计数。置位脉冲反馈法如图6-3（b）图所示，与非门的输出端改接到计数器的置位端PE＇，当计数到0110时，与非门输出由1跳变为0，计数器在此低电平作用下产生置位动作，将并行数据输入端的0000送至输出端，使得输出全被置为0，计数又从零开始。 （二）扩展任务
1. 用74LS161设计一个数字秒表（0~99S），要求具有启动、暂停和清零功能。
数字秒表电路原理框图如图6-4所示。
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设计要求：
电路上电时显示“00”，只有当S∕P（开始∕暂停）键按下后，秒表开始计数，第二次按下S∕P键，计数暂停，再次按下S∕P键时，秒表接着第一次计数结果继续计数；任何时候按下Clean键，都能实现清零。
电路中两只数码管采用共阴极数码管，“开始∕暂停控制电路”可用双稳态触发电路实现。CP脉冲采用实验箱中的连续可调脉冲源，不用单独设计，S∕P和Clean均为轻触按键。
5VR1R210kΩ10kΩ译码译码S∕PClean74LS190 (2)74LS190 (1)CP脉冲开始∕暂停控制 电路 图6-4 数字秒表原理框图 2. 用74LS190设计一个倒计时计数器，要求倒计时数值能在0-99之间任意设定。
5VR110kΩR210kΩR310kΩ译码74LS190 (2)CPP0P1P2P3▁0PL译码74LS190SMC▁ (1)RCP0P1P2P3▁▁PLU/DCPCP▁U/D0脉冲Q0~Q3Q0~Q3模式切换、置数控制电路 图6-5 倒计时计数器
如图6-5所示，按键S为倒计时数设置键，M为模式切换键，S和M键通过模式切换、
置数控制电路实现倒计时数的设定和倒计时功能的切换，C为清零键，在任意时刻都能实现对计数结果进行清零。
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