计数器在数字电路中的应用

计数器在数字电路中的应用
计数器的应用比较广泛，不仅可以用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时，产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。

在通信、数据记录等方面经常用到。

标签：数字电路；时序电路；触发器；计数器
引言
计数器是在数字系统中使用最多的时序逻辑电路之一，计数器在数字系统中主要是对输入的脉冲进行计数，计数器种类也比较多。

按照不同分类原则大致可分为：（1）按计数器中的编码方式可分为：二进制计数器，二-十进制计数器，格雷码计数器等；（2）按计数过程中的数字变化分类可分为：加法计数器，减法计数器，可逆计数器；（3）按计数器中触发器翻转是否与输入脉冲信号同步可分为同步式和异步式两种；（4）此外，如果按进制来划分种类就更多了，二进制，十进制，一百进制，任意进制。

1 计数器运行原理
谈到计数器的原理作者认为要先了解到它的构成，“结构决定功能”，金刚石与石墨就是对这句话最好的诠释，计数器之所以有计数等功能是由于组成它的计数单元和一些逻辑门控制单元。

计数单元主要由一些具有记忆功能的触发器组成，主要有SR触发器JK触发器，T触发器，D触发器，边沿触发器等。

下面是几个常用触发器的结构及功能：
同步SR触发器：
真值特性：
当脉冲信号clk为0时触发器保持之前状态，clk为有效电平1时触发器接受输入信号SR。

当SR不同时输出结果与S相同，SR同为0时输出保持之前状态，SR同为1时输出为1.约束。

异步SR触发器（图略）：
真值特性：
当脉冲信号clk为0时，RD’=0 SD’=1置零输出，RD’=1 SD’=0置1输出，RD’=1 SD’=1保持之前状态，RD’=0 SD’=0约束。

电平触D发触发器：
真值特性：
当脉冲信号clk为0时触发器保持之前狀态，clk为有效电平1时，D=1，输出置1，D=0，输出置0。

脉冲触发的主从SR触发器：
当脉冲信号clk为1时主触发器工作，根据S和R的状态翻转。

S=0，R=0保持S=1，R=0输出置1，S=0，R=1输出置0，S=1，R=1输出约束。

主从JK触发器（图略）：
它与主从SR区别在于把输出反馈回输入电路，即把SR输出Q，Q’接回SR，同时把SR名称改为JK就行了。

真值特性：
J=1，K=0置1输出，J=0，K=1置0输出，J=0，K=0保持，J=1，K=1翻转。

边沿触发器（以边沿D触发器上升沿有效为例）：
真值特性：
处于上升沿时，D=0，Q*=0，D=1 Q*=1处于非上升沿时输出Q*保持。

2 计数器在同步时序脉冲电路中的应用原理
2.1 以74LS160芯片为例构成电子钟表：计数器在时序电路中应用主要通过接收脉冲信号使对应的计数器翻转，以同步计数器为例，通常采用T触发器构成，结构形式有两种。

一种是控制输入端T的状态。

当每次计数脉冲信号到达时，使该翻转的那些触发器输入控制端为高电平，不翻转的为低电平。

另一种是控制时钟信号，每次信号来时只能使该翻转的触发器脉冲输入有效，不加给不该翻转的触发器。

同时所有触发器的T接到高电平状态，就可以记录脉冲信号个数。

2.2 以74LS160芯片为例构成电子钟表：平时大家所用的数字电子钟就可以用计数器去实现，其实原理就是相当于六十进制，时分秒进位构成。

下面作者就以74LS160芯片构成数字钟为例用multisim实现。

首先，用器件要先了解结构，下面介绍下74LS160的引脚功能。

数据输入端D0，D1，D2，D3，输出Q0，Q1，Q2，Q3，进位输出端C，同步置数端LD’，异步置零端RD’，功能控制端EP，ET，脉冲信号输入CLK。

EP，ET功能控制端同时为1即高电平时开始计数，RD’异步置零端不受脉冲信号控制一旦信号有效计数器就清零，如RD’=0即接地则输出Q0，Q1，Q2，Q3清零。

同步置数端LD’受CLK控制，当输入信号D0，D1，D2，D3，准备好且该信号有效时，不能立即置数要等到CLK有效信号有效时才会置数。

该芯片在脉冲上升沿有效。

要用74LS160芯片构成电子时钟，显示时分秒，所以要用到六片芯片，连接如图3所示。

其中左下角的单项开关设置为暂停键按下计时断开暂停，左下角双向开关为清零键，拨至地端清零。

3 计数器在数字电路定时系统中的应用
3.1 数字系统方面的应用
在数字电路中经常用到，在数电中有经典的555定时器，在这里就不在叙述。

3.2 计数器定时方面的应用
设想一下，通过计算计数脉冲计数，达到某一数值时，可以接一个蜂鸣器，这样就成了闹钟。

后面电路还可以控制开关，这样可以在后面的电路就通过计数器来实现定时功能了。

后面大家可以自行发挥想象。

4 结束语
通过大家亲自动手实践利用模拟仿真软件multisim实现数字时钟的构成，可以让我们对计数器有了更深一层的认识，对工作原理的掌握也会更进一步。

参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].高教出版社.
作者简介：许雪成（1995，7-），男，安徽省蚌埠市固镇县人，合肥市蜀山区安徽新华学院，电子信息工程专业，本科生。