摘 要：計(jì)數(shù)器的應(yīng)用比較廣泛，不僅可以用于對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，還可以用于分頻、定時(shí)，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等。在通信、數(shù)據(jù)記錄等方面經(jīng)常用到。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；時(shí)序電路；觸發(fā)器；計(jì)數(shù)器

引言

計(jì)數(shù)器是在數(shù)字系統(tǒng)中使用最多的時(shí)序邏輯電路之一，計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器種類也比較多。按照不同分類原則大致可分為：（1）按計(jì)數(shù)器中的編碼方式可分為：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，格雷碼計(jì)數(shù)器等；（2）按計(jì)數(shù)過(guò)程中的數(shù)字變化分類可分為：加法計(jì)數(shù)器，減法計(jì)數(shù)器，可逆計(jì)數(shù)器；（3）按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否與輸入脈沖信號(hào)同步可分為同步式和異步式兩種；（4）此外，如果按進(jìn)制來(lái)劃分種類就更多了，二進(jìn)制，十進(jìn)制，一百進(jìn)制，任意進(jìn)制。

1 計(jì)數(shù)器運(yùn)行原理

談到計(jì)數(shù)器的原理作者認(rèn)為要先了解到它的構(gòu)成，“結(jié)構(gòu)決定功能”，金剛石與石墨就是對(duì)這句話最好的詮釋，計(jì)數(shù)器之所以有計(jì)數(shù)等功能是由于組成它的計(jì)數(shù)單元和一些邏輯門控制單元。計(jì)數(shù)單元主要由一些具有記憶功能的觸發(fā)器組成，主要有SR觸發(fā)器JK觸發(fā)器，T觸發(fā)器，D觸發(fā)器，邊沿觸發(fā)器等。下面是幾個(gè)常用觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及功能：

同步SR觸發(fā)器：

真值特性：

當(dāng)脈沖信號(hào)clk為0時(shí)觸發(fā)器保持之前狀態(tài)，clk為有效電平1時(shí)觸發(fā)器接受輸入信號(hào)SR。當(dāng)SR不同時(shí)輸出結(jié)果與S相同，SR同為0時(shí)輸出保持之前狀態(tài)，SR同為1時(shí)輸出為1.約束。

異步SR觸發(fā)器 （圖略）：

真值特性：

當(dāng)脈沖信號(hào)clk為0時(shí)，RD'=0 SD'=1置零輸出，RD'=1 SD'=0置1輸出，RD'=1 SD'=1保持之前狀態(tài)，RD'=0 SD'=0約束。

電平觸D發(fā)觸發(fā)器：

真值特性：

當(dāng)脈沖信號(hào)clk為0時(shí)觸發(fā)器保持之前狀態(tài)，clk為有效電平1時(shí)，D=1，輸出置1，D=0，輸出置0。

脈沖觸發(fā)的主從SR觸發(fā)器：

當(dāng)脈沖信號(hào)clk為1時(shí)主觸發(fā)器工作，根據(jù)S和R的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。S=0，R=0保持S=1，R=0輸出置1，S=0，R=1輸出置0，S=1，R=1輸出約束。

主從JK觸發(fā)器（圖略）：

它與主從SR區(qū)別在于把輸出反饋回輸入電路，即把SR輸出Q，Q'接回SR，同時(shí)把SR名稱改為JK就行了。

真值特性：

J=1，K=0置1輸出，J=0，K=1置0輸出，J=0，K=0保持，J=1，K=1翻轉(zhuǎn)。

邊沿觸發(fā)器（以邊沿D觸發(fā)器上升沿有效為例）：

真值特性：

處于上升沿時(shí)，D=0，Q*=0，D=1 Q*=1處于非上升沿時(shí)輸出Q*保持。

2 計(jì)數(shù)器在同步時(shí)序脈沖電路中的應(yīng)用原理

2.1 以74LS160芯片為例構(gòu)成電子鐘表：計(jì)數(shù)器在時(shí)序電路中應(yīng)用主要通過(guò)接收脈沖信號(hào)使對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器翻轉(zhuǎn)，以同步計(jì)數(shù)器為例，通常采用T觸發(fā)器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)形式有兩種。一種是控制輸入端T的狀態(tài)。當(dāng)每次計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)，使該翻轉(zhuǎn)的那些觸發(fā)器輸入控制端為高電平，不翻轉(zhuǎn)的為低電平。另一種是控制時(shí)鐘信號(hào)，每次信號(hào)來(lái)時(shí)只能使該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器脈沖輸入有效，不加給不該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器。同時(shí)所有觸發(fā)器的T接到高電平狀態(tài)，就可以記錄脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)。

2.2 以74LS160芯片為例構(gòu)成電子鐘表：平時(shí)大家所用的數(shù)字電子鐘就可以用計(jì)數(shù)器去實(shí)現(xiàn)，其實(shí)原理就是相當(dāng)于六十進(jìn)制，時(shí)分秒進(jìn)位構(gòu)成。下面作者就以74LS160芯片構(gòu)成數(shù)字鐘為例用multisim實(shí)現(xiàn)。

首先，用器件要先了解結(jié)構(gòu)，下面介紹下74LS160的引腳功能。

數(shù)據(jù)輸入端D0，D1，D2，D3，輸出Q0，Q1，Q2，Q3，進(jìn)位輸出端C，同步置數(shù)端LD'，異步置零端RD'，功能控制端EP，ET，脈沖信號(hào)輸入CLK。

EP，ET功能控制端同時(shí)為1即高電平時(shí)開始計(jì)數(shù)，RD'異步置零端不受脈沖信號(hào)控制一旦信號(hào)有效計(jì)數(shù)器就清零，如RD'=0即接地則輸出Q0，Q1，Q2，Q3清零。同步置數(shù)端LD'受CLK控制，當(dāng)輸入信號(hào)D0，D1，D2，D3，準(zhǔn)備好且該信號(hào)有效時(shí)，不能立即置數(shù)要等到CLK有效信號(hào)有效時(shí)才會(huì)置數(shù)。該芯片在脈沖上升沿有效。

要用74LS160芯片構(gòu)成電子時(shí)鐘，顯示時(shí)分秒，所以要用到六片芯片，連接如圖3所示。其中左下角的單項(xiàng)開關(guān)設(shè)置為暫停鍵按下計(jì)時(shí)斷開暫停，左下角雙向開關(guān)為清零鍵，撥至地端清零。

3 計(jì)數(shù)器在數(shù)字電路定時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 數(shù)字系統(tǒng)方面的應(yīng)用

在數(shù)字電路中經(jīng)常用到，在數(shù)電中有經(jīng)典的555定時(shí)器，在這里就不在敘述。

3.2 計(jì)數(shù)器定時(shí)方面的應(yīng)用

設(shè)想一下，通過(guò)計(jì)算計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，可以接一個(gè)蜂鳴器，這樣就成了鬧鐘。后面電路還可以控制開關(guān)，這樣可以在后面的電路就通過(guò)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能了。后面大家可以自行發(fā)揮想象。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)大家親自動(dòng)手實(shí)踐利用模擬仿真軟件multisim實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的構(gòu)成，可以讓我們對(duì)計(jì)數(shù)器有了更深一層的認(rèn)識(shí)，對(duì)工作原理的掌握也會(huì)更進(jìn)一步。

參考文獻(xiàn)

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].高教出版社.

作者簡(jiǎn)介：許雪成（1995，7-），男，安徽省蚌埠市固鎮(zhèn)縣人，合肥市蜀山區(qū)安徽新華學(xué)院，電子信息工程專業(yè)，本科生。