計(jì)數(shù)器74HC161邏輯功能測試電路設(shè)計(jì)

何 葉

（江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 無錫 214433）

0 引 言

計(jì)數(shù)器是一種貼近日常生活的小產(chǎn)品，應(yīng)用范圍遍布各行各業(yè)，給人類的生活帶來了極大的便利。例如，手機(jī)時(shí)鐘功能中的秒表計(jì)時(shí)器、小米運(yùn)動手環(huán)以及醫(yī)療用的“心跳機(jī)”等[1]。在數(shù)字電子技術(shù)中，計(jì)數(shù)器除了有計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖功能外，還有定時(shí)、分頻以及產(chǎn)生脈沖等功能。74HC161作為一種常見二進(jìn)制計(jì)數(shù)器被廣泛應(yīng)用，若能正確理解和掌握74HC161集成塊的邏輯功能，將有助于電路的裝配、調(diào)試以及故障排除。因此，設(shè)計(jì)一款方便操作、結(jié)構(gòu)簡便以及功能現(xiàn)象明顯的74HC161邏輯功能測試電路。

1 74HC161各引腳的功能

74HC161是一種四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，應(yīng)用廣泛。圖1是74HC161芯片的各引腳排序圖，封裝形式是16 DIP。稱為清零端，有效電位是低電位。CP稱為時(shí)鐘的輸入端，在輸入時(shí)鐘脈沖的上升沿階段可以有效計(jì)數(shù)。P0～P3稱為4個數(shù)據(jù)預(yù)置端。Q0～Q3稱為計(jì)數(shù)器4位BCD碼的輸出端。CEP、CET是時(shí)鐘允許輸入控制端，有效電位是高電位。是同步預(yù)置數(shù)控制端，有效電位是低電位。當(dāng)該引腳端輸入低電位時(shí)，下一個計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)能把加在預(yù)置端P3、P2、P1以及P0上的輸入數(shù)值輸送到計(jì)數(shù)器輸出端，即 Q3、Q2、Q1、Q0、P3、P2、P1以及P0。還有一個進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。第 16腳為連接電源端，第8腳為接地端。

圖1 芯片74HC161引腳的分布圖

2 功能電路設(shè)計(jì)思路

2.1 電路要求

設(shè)計(jì)一款簡易、清晰電路，主要用于測試芯片74HC161的計(jì)數(shù)功能。電路盡可能設(shè)計(jì)得簡潔明了、操作方便。電路裝調(diào)檢測無誤后，接入+5 V直流電源，待計(jì)數(shù)功能測試完畢，可以利用74HC161芯片的異步清零和同步置數(shù)功能構(gòu)成任意N進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。

2.2 分析思路

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，嘗試設(shè)計(jì)了一款測試芯片74HC161計(jì)數(shù)功能的簡易電路[2]，原理如圖2所示，實(shí)物如圖3所示。設(shè)計(jì)中巧妙運(yùn)用了3個單獨(dú)的撥碼開關(guān)S0～S2來解決高低電位的選擇問題。例如，開關(guān)S0控制預(yù)置端9腳的高低電位，開關(guān)S1、S2控制時(shí)鐘允許輸入控制端7腳和10腳為低電位或者高電位。在檢測芯片計(jì)數(shù)功能時(shí)，測試者能通過簡單的操作給相應(yīng)的端口輸入所需電位。電路的4個輸出端分別接上4個紅色的LED發(fā)光二極管。此外，還有一個進(jìn)位輸出端接上一個綠色的LED發(fā)光二極管。測試者可通過觀察發(fā)光二極管的亮滅，判斷輸出端輸出的是高電位“1”還是低電位“0”，進(jìn)而計(jì)算出計(jì)數(shù)結(jié)果。

圖2 芯片74HC161計(jì)數(shù)功能的測試原理圖

圖3 芯片74HC161計(jì)數(shù)功能測試實(shí)物圖

2.3 電路測試

計(jì)數(shù)電路中所選擇的元器件參數(shù)如表1所示。在電路裝調(diào)檢測無誤后，接入+5 V直流穩(wěn)壓電源，通過選擇開關(guān)S0～S2的狀態(tài)測試電路。

表1 元器件清單表

3 功能拓展

從測試的芯片74HC161邏輯功能表表2可以看出，當(dāng)1腳清零端時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為“0000”，稱為“異步清零”功能。當(dāng)1腳且 9腳時(shí)，同時(shí)有CP信號上升沿作用，那么芯片輸出端Q3、Q2、Q1以及Q0的狀態(tài)分別與預(yù)置數(shù)端P3、P2、P1以及P0的狀態(tài)一樣，稱為“同步置數(shù)”功能。計(jì)數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)要同時(shí)滿足以下條件清零端、同步預(yù)置數(shù)控制端以及2個時(shí)鐘允許輸入控制端均是高電位，且CP脈沖上升沿作用，計(jì)數(shù)器加1。所以，合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74HC161芯片可以組成十六進(jìn)制以下的任意N進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖4是應(yīng)用兩種不同方法分別構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

表2 74HC161芯片的邏輯功能表功能

圖4 74HC161芯片構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

也可以設(shè)計(jì)超過十六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，那么需要通過兩個或者兩個以上74HC161進(jìn)行級聯(lián)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際生活中，常見的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器是運(yùn)用兩個74HC161芯片實(shí)現(xiàn)的，如圖5所示。

圖5 兩個74HC161芯片構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器

4 結(jié) 論

這款74HC161芯片邏輯功能測試電路不僅能使人們輕松掌握其內(nèi)部的邏輯功能，而且通過實(shí)物圖展現(xiàn)了抽象的“異步清零”和“同步置數(shù)”兩個功能，以便更好地把普通進(jìn)制的計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為任意N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，思路更加開闊，用途更為廣泛[3]。但是，需要注意，無論是哪個進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，并不能直接顯示計(jì)數(shù)結(jié)果，通常需聯(lián)合譯碼電路驅(qū)動LED屏才能顯示。