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13.3 计数器
在数字系统中，对脉冲的个数进行计数是常见的问题，用计数器便可解决。
计数器：具有计数功能的电路。
13.3.1 二进制计数器
二进制计数器是各种类型计数器的基础。
一、二进制加法计数器
1．异步二进制加法计数器
电路如图13.3.1所示。低位触发器的Q端接至高位触发器CP端。
工作过程：
动画 异步二进制加法计数器
在计数前，Q3Q2Q1Q0 0000；第一个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q0 0001；第二个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q0 0010；第三个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q0 0011，……，第16个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q0 0000，下一个脉冲来时，进入新的计数周期。
计数器所累计的输入脉冲个数是：
N Q3 23 Q2 22 Q1 21 Q0 20
由于上述计数器在计数过程中各触发器是由低位到高位逐级翻转，因此计数速度受到限制。
2．同步二进制加法计数器
电路如图13.3.2所示。每个触发器的状态转换均与输入脉冲同步，因此计数速度较快。
工作原理：
在计数脉冲输入时，各触发器在J 、K都为0时，输出状态不变；J、K都为1时，每输入一个脉冲，输出状态改变一次。因此，得到各触发器的逻辑关系如表13.3.1。
表13.3.1 四位同步二进制加法计数器的逻辑关系
触发器序号 触发器翻转条件 J、K端逻辑关系式
FF0 FF1 FF2 FF3 每输入一次脉冲翻转一次 Q0 1 Q0 Q1 1 Q0 Q1 Q2 1 J0 K0 1 J1 K1 Q0 J2 K2 Q0Q1 J3 K3 Q0Q1Q2
二、同步二进制可逆计数器
实用的同步二进制计数器广泛采用中规模集成计数器。
例如SN74193同步四位二进制可逆集成计数器，如图13.3.3所示。
管脚说明：
A、B、C、D为数据输入端；QA、、QB、、QC 、QD是数码输出端；CP 和CP 分别为加法与减法计数脉冲输入端；CR为置0端，LD为置数控制端。
SN74193同步四位二进制可逆集成计数器的功能参见表13.3.2。
当CR 1时，计数器置零。
当CR 0时，计数器输出状态与LD、CP+与CP 有关。
当LD 0时，QA、QB、QC 、QD由输入数据A、B、C、D直接控制，达到预置数码之目的；
当LD 1时，若计数脉冲从CP+端输入则进行加法计数；若计数脉冲从CP-端输入则进行减法计数。
表13.3.2 SN74193功能表
输 入 输 出
CR LD CP+ CP- A B C D QA QB QC QD
1 × × × × × × × 0 0 0 0
0 0 × × A B C D A B C D
0 1 1 ↑ × × × × 加法计数
0 1 ↑ 1 × × × × 减法计数
表中 表示信号可取任意值； 表示由低电平向高电平变化时(上升沿)触发有效。
13.3.2 十进制计数器
一、十进制的编码
用二进制数码表示十进制数的方法，称为二——十进制编码，简称BCD码。
8421BCD码是最常用也是最简单的一种十进制编码。
二、十进制加法计数器
动画 十进制加法计数器
1．工作原理：
先置Q3Q2Q1Q0 0000；第一个脉冲出现时，Q3Q2Q1Q0 0001 ；第二个脉冲出现时，Q3Q2Q1Q0 0010 ；第八个脉冲出现时，Q3Q2Q1Q0 0100 ；第九个脉冲出现时，Q3Q2Q1Q0 1001 ；第十个脉冲出现时，Q3Q2Q1Q0 0000，Q3输出进位脉冲，完成计数过程。
2．常用芯片介绍
目前二——十进制的集成计数器应用较多，如SN7490A(见图13.3.5)，它兼有二进制、五进制和十进制三种计数功能。当十进制计数时，又有8421BCD码和5421BCD码选用功能。
管脚排列如图13.3.5所示。功能参见表13.3.3。
使用说明：
(1) 编码选择：若QA和CP2连接，执行8421BCD编码；若QD和CP1连接，则执行5421BCD编码。
表13.3.3 SN7490A功能
输 入 输 出
R0(1) R0(2) S9(1) S9(2) QA QB QC QD
1 1 0 × 0 0 0 0
1 1 × 0 0 0 0 0
× × 1 1 1 0 0 1
× 0 × 0 计 数
0 × 0 ×
0 × × 0
× 0 0 ×
外 部 接 线 ①将QA和CP2连接执行8421BCD码 ②将QD和CP1连接执行5421BCD码
(2) 进位制选择：若计数脉冲从CP1处输入，在QA端输出，则是一位二进制计数器；若计数脉冲从CP2处输入，在QD、QC 、QB端输出，则是五制计数器；若按上表中最后一栏方法接，则构成十进制计数器。
(3) 置0、置9和计数选择：若R0(1) R0(2) 1，且S9(1)或S9(2)中任一端为0，则计数器清零；若S9(1) S9(2) 1，8421码连接时QDQCQBQA 1001，计数器置9；若按功能表最下面四行任一行取值时，则进入计数工作状态。
(4) 电源电压 4.5 5.5 V，通常VCC 5 V。

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