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实验4计数器及其应用一、实验目的1、学习用集成触发器构成计数器的方法2、掌握中规模集成计数器的使用及功能测试方法二、实验原理计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。计数器种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。还有可预置数和可编程序功能计数器等等。目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，都有品种较齐全的中规模集成计数器。使用者只要借助于器件手册提供的功能表和工作波形图以及引出端的排列，就能正确地运用这些器件。1、中规模十进制计数器CC40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图5－9－1所示。图5－9－1CC40192引脚排列及逻辑符号图中LD—置数端CPU—加计数端CPD—减计数端CO—非同步进位输出端BO—非同步借位输出端D0、D1、D2、D3—计数器输入端Q0、Q1、Q2、Q3—数据输出端CR—清除端CC40192的功能如表5－9－1，说明如下：表5－9－1输入输出CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbadcba01↑1××××加计数011↑××××减计数当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其它功能。当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端D0、D1、D2、D3置入计数器。当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CPD接高电平，计数脉冲由CPU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入，表5－9－2为8421码十进制加、减计数器的状态转换表。表5－9－2加法计数输入脉冲数0123456789输出Q30000000011Q20000111100Q10011001100Q00101010101减计数2、计数器的级联使用一个十进制计数器只能表示0～9十个数，为了扩大计数器范围，常用多个十进制计数器级联使用。同步计数器往往设有进位（或借位）输出端，故可选用其进位（或借位）输出信号驱动下一级计数器。图5－9－2是由CC40192利用进位输出CO控制高一位的CPU端构成的加数级联图。图5－9－2CC40192级联电路3、实现任意进制计数(1)用复位法获得任意进制计数器假定已有N进制计数器，而需要得到一个M进制计数器时，只要M＜N，用复位法使计数器计数到M时置“0”，即获得M进制计数器。如图5－9－4所示为一个由CC40192十进制计数器接成的6进制计数器。(2)利用预置功能获M进制计数器图5－9－5为用三个CC40192组成的421进制计数器。外加的由与非门构成的锁存器可以克服器件计数速度的离散性，保证在反馈置“0”信号作用下计数器可靠置“0”。图5－9－3六进制计数器图5－9－4是一个特殊12进制的计数器电路方案。在数字钟里，对时位的计数序列是1、2、…11，12、1、…是12进制的，且无0数。如图所示，当计数到13时，通过与非门产生一个复位信号，使CC40192(2)〔时十位〕直接置成0000，而CC40192(1)，即时的个位直接置成0001，从而实现了5－5－1－12计数。图5－9－4特殊12进制计数器三、实验设备与器件1、＋5V直流电源2、双踪示波器3、连续脉冲源4、单次脉冲源5、逻辑电平开关6、逻辑电平显示器7、译码显示器8、CC40192×3CC4011（74LS00）CC4012（74LS20）四、实验内容1、测试CC40192同步十进制可逆计数器的逻辑功能计数脉冲由单次脉冲源提供，清除端CR、置数端LD、数据输入端D3、D2、D1、D0分别接逻辑开关，输出端Q3、Q2、Q1、Q0接实验设备的一个译码显示输入相应插口A、B、C、D；CO和BO接逻辑电平显示插口。按表5－9－1逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。(1)清除令CR=1，其它输入为任意态，这时Q3Q2Q1Q0＝0000，译码数字显示为0。清除功能完成后，置CR＝0(2)置数CR＝0，CPU，CPD任意，数据输入端输入任意一组二进制数，令LD=0，观察计数译码显示输出，予置功能是否完成，此后置LD＝1。(3)加计数CR＝0，LD＝CPD＝1，CPU接单次脉冲源。清零后送入10个单次脉冲，观察译码数字显示是否按8421码十进制状态转换表进行；输出状态变化是否发生在CPU的上升沿。(4)减计数CR＝0，LD＝CPU＝1，CPD接单次脉冲源。参照3)进行实验。由内容可做实验得，计数端接单次脉冲源，清除端CR、置数端LD、数据输入端3210DDDD分别接逻辑开关，3210QQQQ接实验设备的一个译码显示输入相应端口ABCD，CO、BO接逻辑电平显示插口，按表5-9-1测试，其结果与表5-9-1相一致。2、图5－9－2所示，用两片CC40192组成两位十进制减法计数器，输入1Hz连续计数脉冲，进行由00—99递减计数，记录之。由内容可做实验得，按图5-9-2连接电缆，其中（1）片DCP接连续脉冲源，1CR=01LD=11UCP=1，1BO接2片2DCP2CR=02LD=12UCP=12BO为借位端。两片30QQ分别接译码显示器，显示器数值由00开始递减。3、将两位十进制减法计数器改为两位十进制加法计数器，实现由99—00累加计数，记录之。由内容可做实验得，接图5-9-2电路，显示器由00开始递增4、设计一个数字钟移位60进制计数器并进行实验。由内容可做实验得，将实验3中（2）片接法改为图5-9-3，即得到特殊12进制计数器5、按图5－9－4进行实验，记录之。由内容可做实验得，按图5-9-4连接电路，得到特殊12进制计数器。六、实验心得在整个设计的过程中，关键在于时序电路的连接及电路的细节设计上，连接时要特别注意分清各个管脚，要分析原理以及可行的原因，是整个电路可稳定工作。从中我感觉到每个实验都是要反复实践，其过程可能相当繁琐，但总会有所收获的。