实验项目一：数码管的动态显示

实验八 计数器及其应用

一、实验目的

1．熟悉集成计数器的逻辑功能和各控制端的作用，弄清同步和异步的区别。

2．掌握集成计数器的时序分析方法和测试方法。

3．掌握用集成计数器实现任意进制计数器和分频的方法，为课程设计做准备。

4．进一步掌握用示波器测量多个波形时序关系的方法。

二、预习要求

1．熟悉集成计数器74LS160、74LS161、74LS163的功能和引脚排列，并考虑用什么方法测试其功能，列出测试表格。

2．复习利用集成计数器构成任意计数器的方法，并根据实验内容要求，设计有关电路。

三、实验原理

计数器是数字系统中使用最多的时序电路，它不仅能用于对时钟脉冲计数，还可用于定时、分频、产生节拍脉冲以及进行数字运算等。

计数器的种类很多。如果按计数器中触发器翻转的先后次序分类，可以把计数器分为同步和异步两种；如果按计数过程中计数器的增减分类，又可以把计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。如果按计数器进制分类，可分为二进制、十进制、和任意进制计数器等。此外，有些计数器还具有预置数和可编程功能。

74LS161是4位二进制同步加法计数器，具有计数、预置、保持、清除功能，74LS161的逻辑符号如图3.8.1所示。各引脚功能简介如下：

CP ：计数脉冲输入端，上升沿触发。

D 0、D 1、D 2、D 3：并行数据输入端，D 3是最高位。

Q 0、Q 1、Q 2、Q 3：并行数据输出端，Q 3为最高位。

C O ：进位输出端。

CR ：异步清除端，当CR = 0时，Q 0 = Q 1 = Q 2 = Q 3 = 0

LD ：同步预置控制端，当LD = 0时，在时钟脉冲CP 作

用下，Q 0 Q 1 Q 2 Q 3= D 0 D 1D 2D 3。LD 与CT P 、CT T 无关，但必须在CR =1时上述控制有效。

CT P 、CT T ：使能控制端，当CT P = CT T = 1时，计数器计数； CT P = 0或CT T = 0时，

计数器禁止计数，为保持状态。 74LS163和74LS161的功能相同，引脚排列也相同，只是清除方式不同，74LS161是异步清除，只要CR 由1变0，输出立即为0，与其它输入方式无关；74LS163为同步清除，在CR 为低电平时，在CP 上升沿作用下才能使输出为零。

74LS160和74LS161的各引脚功能和排列相同，只是74LS161是4位二进制计数器，而74LS160是十进制计数器，即两计数器的模不同。

利用上述各集成计数器芯片，采用复位法或置位法可以实现任意进制计数器，现以5进制计数器为例说明之。

1．复位法（反馈归零法）

图3..8.1 74LS161逻辑符号 C T T C P L D

C R C T P C O 74L S161

D 0D 1D 2D 3Q 3Q 2Q 1Q 0

图3.8.2是用复位法实现五进制计数器的两种逻辑图，图（a ）和图( b )分别为由74LS161和74LS163组成的异步清零和同步清零的五进制计数器的逻辑图。

2．置位法（反馈置数法）

置法实现五进制计数器的方案较多，常见的两种方法如图3.8.3（a ）、(b)所示。

图3.8.3（a ）利用同步预置端，同步置零，图3.8.3（b ）利用进位输出端CO ，同步预置补数的方法来实现任意进制计数器，简称CO 置补法。CO 置补法具有通用性，而且十分灵活、方便。只要并行数据输入端D 0、D 1、D 2、D 3按公式：M 补 = N －M 预置数据，就可实现任意进制计数器。其中N 为选用计数器的模，M 为要求计数器的模。例如，用一片74LS161采用CO 置补法实现五进制计数器，要求计数器的模M = 5， 74LS161计数器的模N = 16，则应在74LS161的D 0、D 1、D 2、D 3端预置补数值M 补= N －M = (16 )10－( 5 )10 = (11 )10 = (1011)2，将进位信号CO 取反后接到置数端LD 即可。 如要求的计数器的模数M 大于所选用的计数器的模数N ，则可将计数器多片级联使用，在74LS160、74LS161、74LS163中的控制端CO 、CT P 、CT T 可为级联时提供方便。

四、实验内容

1．74LS161的功能测试

74LS161的管脚排列见附录，正确接通电源。将CT P 、CT T 、CR 、LD 分别接逻辑开关，CO 接LED 灯显，Q 3、Q 2、Q 1、Q 0输出端接至数码管的D 、C 、B 、A 输入端。

（1）置74LS161于计数工作状态，CP 端用手动单脉冲信号输入。先使计数器预置为0000，然后开始计数，观察数码管数字变化，并画出状态图。

（2）预置输入D 3D 2D 1D 0 = 0101，再置74LS161于计数状态，之后再分别将CR 、CT P 、CT T 依次加一次低电平，注意观察和记录实验现象。

（3）CP 端输入1KHz 自动连续脉冲脉冲，并使74LS161计数。用示波器测量CP 脉冲与Q 0、Q 1、Q 2、Q 3的同步波形，注意观察它们之间的时序关系，并将波形记录下来。连续脉冲频率ƒ = 1KHz ，测量此时Q 0、Q 1、Q 2、Q 3输出的频率值。

图3.8.2 用复位法实现五进制计数的逻辑图

（a ）

C P

（b ）

C P 图 3.8.3 用置位法实现五进制计数器的逻辑

（a ） （b ）

C P

C P

2．74LS160、74LS163的功能测试

测试方法同实验内容1。注意74LS160与74LS161的计数进制不同，74LS163与74LS161的清除方式不同，弄清异步清零与同步清零的区别。

3．用集成计数器采用复位法构成任意进制计数器

（1）用集成计数器74LS161和74LS163，采用复位法分别接成十进制计数器，观察CP 与各输出端Q 0、Q 1、Q 2、Q 3的同步波形，仔细比较电路的异同。

（2）用74LS160和74LS161构成二十四进制计数器的电路如图3.8.4所示。在CP 输入端加入ƒ = 1Hz 的时钟脉冲，观察电路的自动计数状态。若将74LS160和74LS161的位置调换，此电路是否为二十四进制计数器？

4．用集成计数器74LS161，采用置位法实现十进制计数器。请自行设计电路，并用实验电路验证。

5．（选作）如现有频率ƒ = 10KHz 的脉冲信号，若要得到400Hz 的脉冲信号，需要多少分频的分频器？试设计该分配器，并用实验电路实现。用示波器测出该电路的输出波形周期、计算频率，检查是否满足要求。

五、实验仪器和器件

1．网络智能数字电路实验装置 2. DS5042M 数字存储示波器 3. 数字万用表

4. 元器件： 74LS160、74LS161、74LS163、74LS00、74LS04

六、实验报告要求

1．按实验要求自列测试表格，整理实验结果，绘出4位二进制计数器74LS161CP 、Q 0、Q 1、Q 2、Q 3的同步波形图，比较他们的相位关系。

2．按实验内容要求画出设计的实验电路图和记录测试结果。

3．总结时序电路的测试方法，回答思考题。

七、思考题

1．在采用集成计数器构成N 进制计数器时，常采用哪两种方法？二者有何区别？

2．如图3.9.4所示电路，用复位法构成的二十四进制计数器中，个位进位输出端如不接非门会出现什么现象？

3．在观测计数器的输入和输出波形时，示波器的触发信号应如何选择？ 图3.8.4 24进制计数器电路

C P