实验七 中规模集成计数器的应用
一、实验目的
1．熟悉中规模集成电路计数器的功能及应用。 2．进一步熟悉数字逻辑实验箱中的译码显示功能。
二、实验原理
计数器是一种中规模集成电路，其种类有很多。如果按照触发器翻转的次序分类，可分为同步计数器和异步计数器两种；如果按照计数数字的增减可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器三种；如果按照计数器进位规律又可分为二进制计数器、十进制计数器、可编程N进制计数器等多种。
常用计数器均有典型产品，不须自己设计，只要合理选用即可。
本实验选用四位二进制同步计数器74LS161做计数器，该计数器外加适当的反馈电路可以构成十六进制以内的任意进制计数器。图1是它的逻辑符号，它除了具有二进制加法计数功能外，还具有预置数、清零、保持的功能。图中LD是预置数控制端，D0、D1、D2、D3是预置数据输入端，Cr是清零端，CTT、CTP是计数器使能控制端，C0是进位信号输出端，它的主要功能有： （1）异步清零功能
若Cr=0(输出低电平)，则输出Q0Q1Q2Q3＝0000，与其它输入信号无关，也不需要CP脉冲的配合，所以称为“异步清零”。 （2）同步并行置数功能
在Cr＝1，且LD＝0的条件下，当CP上升沿到来后，触发器Q0Q1Q2Q3同时接收D0D1D2D3输入端的并行数据。由于数据进入计数器需要CP脉冲的作用，所以称为“同步置数”，由于4个触发器同时置入，又称为“并行”。 （3）保持功能
在Cr＝LD＝1的条件下，CTT、CTP两个使能端只要有一个低电平，计数器将处于数据保持状态，与CP及D0D1D2D3输入无关。 （4）计数功能
当Cr＝LD＝CTT＝CTP＝1时，电路为四位二进制加法计数器。在CP脉冲作用下，电路按自然二进制递加，状态变化在0000～1111间循环。74LS161
1
的功能表详见表一所示。
表 一74LS161的功能表
清零 预置 使能 时钟CP × ↑ × × ↑ 预置数据 输出 Cr 0 1 1 1 1 LD CTTCTP D0D1D2D3× × × × Q0Q1Q2Q3 0 0 0 0 × 0 1 1 1 × × × × 0 × × 0 1 1 D0D1D2D3 × × × × × × × × × × × × Q0Q1Q2Q3 保 持 保 持 计 数 本实验所需计数器是十进制计数器，必须对74LS161外加适当的反馈电路构成十进制计数器，状态变化在0000～1001间循环。
用反馈的方法构成十进制计数器一般有两种形式，即反馈置零法和反馈置数法。反馈置零法是利用清除端Cr构成，即：当Q3Q2Q1Q0＝1010（十进制数10）时，通过反馈线强制计数器清零，如图2(a)所示。由于该电路会出现瞬间1010状态，会引起译码电路的误动作，因此很少被采用。反馈置数法是利用预置数端
LD构成，把计数器输入端D1D2D2D3全部接地，当计数器计到1001（十进制数9）
时，利用Q3Q0反馈线使预置端LD=0，则当第十个CP到来时，计数器将
D0D1D2D3＝0置入计数器，这样迫使计数器重新从零计数，克服反馈置零法的缺点。利用预置端LD构成的计数器电路如图2(b)所示。
图2 用74LS161构成十进制计数器
(a)反馈置零法 (b)反馈置数法
以上介绍的是一片计数器工作的情况。在实际应用中，往往需要用多片计数
2
器构成多位计数器。下面介绍计数器的级联方法，级联可分串行进位和并行进位两种。二位十进制串行进位计数器的级联电路如图3所示，其缺点是速度较慢。二位十进制并行进位（也称超前进位）计数器的级联电路如图4所示，后者的进位速度比前者大大提高。
图3 串行进位式二位十进制计数器
图4 并行进位式二位十进制计数器
三、实验仪器及设备 1．数字逻辑实验箱1台
2．元器件：计数器：74LS161×2，74LS00×1，导线若干
四、实验内容
1．测试74LS161的逻辑功能（计数、清除、置数、使能及进位等）。CP选用手动单次脉冲或1Hz正方波。输出接发光二极管LED显示。
2．用74LS161及辅助门电路实现十进制计数器，设计相应电路，自行拟出实验步骤。分别安装并观察计数器的功能（用实验箱上的LED译码显示电路显示）。
（1）利用74LS161的异步清零端实现十进制计数器；
3
（2）利用74LS161的同步置数端实现从0000开始的十进制计数器； （3）利用74LS161的同步置数端实现到1111结束的十进制计数器； （4）利用74LS161的同步置数端实现0001到1010的十进制计数器。
3．设计并组装六十进制计数器。要求当十位计数器数字为6时，显示器无显示。
五、预习要求
1．预习中规模集成计数器74LS161逻辑功能及使用方法。 2．画出用74LS161及辅助门电路实现十进制计数器的实验电路图。
六、实验报告
1．整理实验测试结果，以N=10为例，分别画出实验电路图，列出计数状态顺序表，画出工作波形。
2．总结74LS161的置零端和置数端的工作情况有何不同。
4
