計(jì)數(shù)器在數(shù)字電路中的應(yīng)用

摘 要：計(jì)數(shù)器是典型的時(shí)序邏輯電路，也是數(shù)字系統(tǒng)中使用最多的時(shí)序邏輯器件。為了更好地理解和擴(kuò)展集成計(jì)數(shù)器件的性能和用途，達(dá)到舉一反三、靈活運(yùn)用的目的。以中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS192為例，選用兩片74LS192構(gòu)成預(yù)置數(shù)的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器十位接成三進(jìn)制，計(jì)數(shù)器個(gè)位接成十進(jìn)制，完成30 s遞減計(jì)時(shí)；另外，選用一片74LS192和一片輸出低電平有效的38線譯碼器CT74LS138構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器。通過(guò)以上實(shí)例的方法，得到了計(jì)數(shù)器不但具有傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)定時(shí)功能之外，還可用作順序脈沖發(fā)生器的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：中規(guī)模集成電路； 計(jì)數(shù)器； 譯碼器； 數(shù)字電路

中圖分類號(hào)：TN91134； TP332.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X（2012）22015802

收稿日期：20120517 計(jì)數(shù)器是典型的時(shí)序邏輯電路［12］，它是用來(lái)累計(jì)和記憶輸入脈沖的個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)是數(shù)字系統(tǒng)中很重要的基本操作，集成計(jì)數(shù)器是最廣泛應(yīng)用的邏輯部件之一。計(jì)數(shù)器種類較多，按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的多觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來(lái)分，有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；根據(jù)計(jì)數(shù)制的不同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器；根據(jù)計(jì)數(shù)的增減趨勢(shì)，又分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計(jì)數(shù)器等。下面以中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS192為例說(shuō)明計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)定時(shí)和產(chǎn)生時(shí)序脈沖方面的應(yīng)用。

1 定時(shí)

在下述例子中，要完成30 s遞減計(jì)時(shí)，并具有顯示功能，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器顯示為“00”，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)/復(fù)位和暫停/連續(xù)功能。如圖1所示，計(jì)數(shù)電路選用兩片中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端［3］。

兩片74LS192構(gòu)成預(yù)置數(shù)的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器［4］，計(jì)數(shù)器10位接成三進(jìn)制，計(jì)數(shù)器個(gè)位接成十進(jìn)制，置數(shù)端D3～D0通過(guò)開(kāi)關(guān)接高低電平，若接高電平可進(jìn)行其他置數(shù)；此計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為（0011 0000）2=（30）10，只有當(dāng)?shù)臀欢税l(fā)出借位脈沖，高位計(jì)數(shù)器才做減計(jì)數(shù)［5］。1片74LS192構(gòu)成1 s減計(jì)數(shù)電路（即個(gè)位）。它的計(jì)數(shù)原理是［67］：使高、低位加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)引腳CPU=1，計(jì)數(shù)脈沖由555組成的多諧振蕩器產(chǎn)生，計(jì)數(shù)脈沖加入個(gè)位74LS192引腳CPD腳；當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)，74LS192的BO端發(fā)出借位脈沖，使十位計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)；當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零時(shí)，高位計(jì)數(shù)器74LS192的借位輸出端有效，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

該電路還可進(jìn)行清零、置數(shù)，并通過(guò)接一與非門(mén)對(duì)555脈沖發(fā)生器輸出端的脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行暫停計(jì)時(shí)，為減小開(kāi)關(guān)按鍵產(chǎn)生的機(jī)械抖動(dòng)對(duì)計(jì)時(shí)電路的影響，應(yīng)接一RS鎖存器；當(dāng)計(jì)時(shí)器74LS192的借位輸出端有效時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。最終計(jì)數(shù)器的輸出通過(guò)CD4511七段譯碼器，并直接驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體數(shù)碼顯示器顯示。

可以看出，此電路用件少，分塊清晰，采用按鍵操作，非常實(shí)用，可用作球類比賽的計(jì)時(shí)器。

2 順序脈沖發(fā)生器

圖2（a）所示為同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192和輸出低電平有效的38線譯碼器CT74LS138構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器［89］。由于74LS192輸出Q2，Q1，Q0的狀態(tài)000～111循環(huán)變化，因此，它可作為譯碼器CT74LS138的三位二進(jìn)制代碼輸入，分別與A2，A1，A0對(duì)應(yīng)相連。這時(shí)電路在輸入計(jì)數(shù)脈沖CP作用下，譯碼器的Y0～Y7依次輸出低電平順序脈沖，如圖2（b）所示。

圖2 由CT74LS192和CT74LS138構(gòu)成的低電平順序脈沖發(fā)生器和工作波形

為了防止產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象［10］，這里將計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)非門(mén)反相后作為選通脈沖CP接到CT74LS138的使能端STA上來(lái)控制譯碼器的工作。當(dāng)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP的上升沿到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，與此同時(shí)，非門(mén)輸出CP使STA為低電平0，譯碼器被封鎖而停止工作，Y0～Y7輸出高電平。

當(dāng)CP下降沿到來(lái)后，CP為高電平1，這時(shí)STA=1，譯碼器工作，相應(yīng)輸出端輸出低電平。由上分析可看出，選通脈沖CP使譯碼器工作時(shí)間和計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)了，從而有效地消除了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上應(yīng)用實(shí)例表明，計(jì)數(shù)器在數(shù)字電路中不僅在定時(shí)方面起著重要作用，在其他方面也有很高的應(yīng)用價(jià)值。在電子技術(shù)的學(xué)習(xí)中，只要深入了解器件的工作原理和各種器件之間的相互關(guān)系，就一定能發(fā)現(xiàn)更多奧秘，給大家學(xué)習(xí)和工作帶來(lái)更多的方便和幫助。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介： 趙瑞娟 女，1977年出生，講師，工程碩士。研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制、數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)輔助控制。2012年11月15日第35卷第22期