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計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來及脈沖數(shù)，還常用作數(shù)子系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。 計(jì)數(shù)器種類很多。按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來分，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，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)器的增減趨勢，又分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。還有可預(yù)制數(shù)和可變程序功能計(jì)數(shù)器等等。目前，無論是TTL還是CMOS集成電路，都有品種較齊全的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。使用者只要借助于器件手冊(cè)提供的功能和工作波形圖以及引出端的排列，就能正確運(yùn)用這些器件。 計(jì)數(shù)器在現(xiàn)代社會(huì)中用途中十分廣泛，在工業(yè)生產(chǎn)、各種和記數(shù)有關(guān)電子產(chǎn)品。如定時(shí)器，報(bào)警器、時(shí)鐘電路中都有廣泛用途。在配合各種顯示器件的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，擴(kuò)展更多功能。 1.1 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)目的 (1)每隔1s，計(jì)數(shù)器增1；能以數(shù)字形式顯示時(shí)間。 (2)熟練掌握計(jì)數(shù)器的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。 (3)計(jì)數(shù)器間的級(jí)聯(lián)。 (4)不同芯片也可實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制。 1.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)組成 (1)用兩個(gè)74ls161芯片和門電路元件實(shí)現(xiàn)。 (2)當(dāng)定時(shí)器遞增到59時(shí)，定時(shí)器會(huì)自動(dòng)返回到00顯示，然后繼續(xù)計(jì)時(shí)。 (3)本設(shè)計(jì)主要設(shè)備是兩個(gè)74LS161同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并且由200HZ、5V電源供電。 (4)兩個(gè)芯片間的級(jí)聯(lián)。 - 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)描述
2.1 74LS161的功能 74LS161為4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。圖2-1是它的管腳排列圖，其中 是異步清零端， 是預(yù)置數(shù)控制端，D3 D2 D1 D0是預(yù)置數(shù)輸入端，CTt和CTp是計(jì)數(shù)使能端，CO是進(jìn)位輸出端（CO=Q3 Q0）。 
圖2-1 74LS161的管腳排列圖表2-1是74LS161的功能表，由表可知，74LS161具有以下功能： 表2-1 74LS161的功能表 | | | | | | | | | | | | × × × × D3 D2 D1 D0 × × × × × × × × × × × × | 0 0 0 0 D3 D2 D1 D0 保持 保持 計(jì)數(shù) |
（1）異步清零。當(dāng)＝0時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，不論有無時(shí)鐘脈沖CP，計(jì)數(shù)器輸出將被直接置零（Q3Q2QlQ0＝0000），稱為異步清零。 （2）同步預(yù)置數(shù)。當(dāng)＝1、＝0時(shí)，且在輸入時(shí)鐘脈沖CP上升沿的作用下，輸入端的數(shù)據(jù)D3 D2 D1 D0被置入計(jì)數(shù)器的輸出端，即Q3Q2QlQ0＝D3 D2 D1 D0。由于這個(gè)操作要與CP上升沿同步，所以稱為同步預(yù)置數(shù)。 （3）保持。當(dāng)＝＝1，且CTtCTp＝0時(shí)，不論有無CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有的狀態(tài)不變。 （4）計(jì)數(shù)。當(dāng)＝＝CTt＝CTp＝1時(shí)，在CP端輸入計(jì)數(shù)脈沖，74161處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，其狀態(tài)表與表1 相同。 2.2方案框架 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器個(gè)位和十位的實(shí)現(xiàn)：利用兩片74LS161分別作為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的高位和低位，分別與數(shù)碼管連接。把其中的一個(gè)通過一個(gè)與門器件構(gòu)成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，另一個(gè)芯片構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）和六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）均采用反饋清零法利用兩個(gè)74LS161構(gòu)成。在計(jì)數(shù)過程中，不管74LS161輸出處于哪一狀態(tài)，只要異步清零輸入端出現(xiàn)低電平，74LS161的輸入端立即返回到0000狀態(tài)。清零信號(hào)消失后，74LS161又從0000狀態(tài)開始重新計(jì)數(shù)。這種方法即為反饋清零法。 計(jì)數(shù)器十位的計(jì)數(shù)要求:當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)器從1001計(jì)數(shù)到0000時(shí)，十位計(jì)數(shù)器要計(jì)數(shù)一次，可通過兩芯片之間級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。 使用200HZ時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)設(shè)計(jì)基理可知，計(jì)數(shù)器初值為00，按遞增方式計(jì)數(shù)，增到59時(shí)，再自動(dòng)返回到00。圖2-2為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的總體框圖。 
圖2-2 系統(tǒng)總體框圖
- 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與仿真
3.1基本電路分析設(shè)計(jì) （1）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）電路：計(jì)數(shù)器應(yīng)從0000狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)谑畟�(gè)CP脈沖出現(xiàn)時(shí)，即1010狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)應(yīng)立即返回到0000狀態(tài)。需要說明的是，電路是在進(jìn)入1010狀態(tài)后立即被置成0000狀態(tài)。如圖3-1所示電路，Q3、Ql作為反饋信號(hào)接到與非門的輸入端，與非門的輸出端與74LS161的清零端相連。 圖3-1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位） （2）六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）電路：計(jì)數(shù)器應(yīng)從0000狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)诹鶄�(gè)CP脈沖出現(xiàn)時(shí)，即0110狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)應(yīng)立即返回到0000狀態(tài)。需要說明的是，電路是在進(jìn)入0110狀態(tài)后立即被置成0000狀態(tài)。如圖3-2所示電路，Q3、Q2作為反饋信號(hào)接到與非門的輸入端，與非門的輸出端與74LS161的清零端相連。 圖3-2 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位） - 來自個(gè)位的進(jìn)位電路：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）的輸出端Q1、Q2接到與門的輸入端，與門的輸出端與六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）相連。當(dāng)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）計(jì)數(shù)到1001狀態(tài)時(shí)，六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）ET端接收到1信號(hào)，此時(shí)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）處于保持狀態(tài)，當(dāng)下一個(gè)CP脈沖信號(hào)到來時(shí)，計(jì)數(shù)器（個(gè)位）和計(jì)數(shù)器（十位）同時(shí)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，緊接著計(jì)數(shù)器十位ET端接收到0信號(hào)，繼而保持新的狀態(tài)。來自個(gè)位的進(jìn)位電路如圖3-3所示。
圖3-3 來自個(gè)位的進(jìn)位電路 （4）時(shí)鐘脈沖電路 
 圖3-4 時(shí)鐘脈沖電路
（5）選定儀器列表 表3-1 儀器列表 | | | | | | | 級(jí)聯(lián)構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器 | | | | 輔助設(shè)計(jì)構(gòu)成其他計(jì)數(shù)器 | | | | 輔助設(shè)計(jì)構(gòu)成個(gè)位進(jìn)位電路 | | | | | | | | | | | | |
（6）譯碼顯示電路 圖3-5 譯碼顯示電路 綜上所述，可設(shè)計(jì)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如圖3-6所示。 圖3-6 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 3.2 計(jì)數(shù)器電路的仿真 進(jìn)入Multisim12.0界面，選擇放置元件，按照電路圖進(jìn)行線路連接，同時(shí)標(biāo)明所需參數(shù)值，確認(rèn)電路無誤后，即可單擊仿真按鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的仿真工作。觀察結(jié)果看是否與理論分析的預(yù)測結(jié)果相同。如圖3-7所示為該六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真圖。 圖3-7 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路仿真圖
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