十进制同步加法计数器课件

秒表电路的分析与制作任务九任务提出任务目标相关知识任务分析任务制作秒表电路的分析与制作任务九任务提出任务目标相关知识任务分析任任务提出

下图为一个秒表电路，试分析其工作原理并制作该电路任务提出下图为一个秒表电路，试分析其工作原理并制作该电任务目标

通过对秒表电路的分析与制作，理解和掌握计数器、多谐振荡器的基本工作原理

，能按工艺要求独立进行电路装配、测试和调试，并能独立排除装配、调试过程中出现的简单故障。任务目标通过对秒表电路的分析与制作，理解和掌握计数器相关知识1、基本知识(1)计数器

统计输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。

计数器的种类繁多，按计数长度可分为二进制、十进制及N进制计数器。按计数脉冲的引入方式可分为异步型和同步型计数器两类。按计数的增减趋势可分为加法、减法及可逆计数器。

无论哪种类型的计数器，其必须包含存储单元(这里通称计数单元)，有时还增加一些组合逻辑门电路，其中存储单元是由触发器构成的。相关知识1、基本知识(1)计数器统计输入脉冲二进制计数器异步二进制加法计数器

所谓的异步是各个触发器的时钟不相同，在本电路中，JK触发器的J、K输入端均接高电平(图中未画出)。

每输入一个计数脉冲，F0的状态翻转计数一次，而高位触发器是在其相邻的低位触发器从1态变为0态时进行翻转计数的。二进制计数器异步二进制加法计数器所谓的异步是各个触发器计数脉冲CP序号计数器状态Q2Q1Q0012345678000001010011100101110111000计数脉冲CP序号计数器状态Q2Q1Q000本电路每来一个计数脉冲，计数器的状态加1，所以它是一个异步3位二进制加法计数器。另外，从波形图不难看出，该电路还具有分频功能本电路每来一个计数脉冲，计数器的状态加1，所以它是一个异步3十进制同步加法计数器课件同步二进制加法计数器所谓的同步，指的是各触发器的时钟相同

对于F0触发器，每输入一个计数脉冲，其输出状态翻转一次；对于F1触发器，只有当F0为1态时，在下一个计数脉冲下降沿才进行状态的翻转；对于触发器F2，只有在F0、F1全为1态时，在下一个计数脉冲下降沿到来才进行状态翻转。同步二进制加法计数器所谓的同步，指的是各触发器的时钟相同十进制同步加法计数器课件十进制计数器

十进制计数器是在二进制计数器的基础上得出的，用四位二进制数来代表十进制的每一位，所以也称为二-十进制计数器。

常用8421BCD编码方式，取四位二进制数前面的“0000”~“1001”来表示十进制的0~9十个数码，去掉“1010”~“1111”六个数。也就是计数器计到第九个脉冲时再来一个脉冲，即由“1001”变为“0000”。十进制计数器十进制计数器是在二进制计数器的基础

当F3状态为0时，F1的输入取决于Q0，这样由F0～F2构成一同步3位二进制加法计数器。

假设计数器从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，经过7个计数脉冲后，计数器的状态从0000计到0111。这时，J3=Q0Q1Q2=1，K3=Q0=1，为F3由0态变为1态准备了条件。

第8个计数脉冲作用后，F3由0态变为1态，同时F0～F2均由1态变为0态，因此计数器状态为1000。当F3状态为0时，F1的输入取决于Q0，这样由F0～

第8个计数脉冲作用后，F3由0态变为1态，同时F0～F2均由1态变为0态，因此计数器状态为1000。

此时，除F0外，因Q3=0加到F1的J1输入端，同时J2=K2=0、J3=K3=0，所以在第9个CP作用后，F1～F3状态均不变，计数器状态为1001，J3=0、K3=1。

在第10个CP作用后，计数器又回到原始状态0000，这样，计数器便跳过1010～1111六个无效状态，实现了十进制的计数功能。第8个计数脉冲作用后，F3由0态变为1态，同时F0～计数脉冲

CP序号计数器状态对应十进制数Q3

Q2

Q1

Q0012345678900000001001000110100010101100111100010010123456789计数脉冲计数器状态对应十Q3Q2Q1Q0十进制同步加法计数器课件集成计数器74LS160-74LS16374LS160～74LS163是一组可预置的同步计数器，在计数脉冲上升沿作用下进行加法计数。

功能型号进制清零预置数74LS160十进制低电平异步低电平同步74LS161二进制低电平异步低电平同步74LS162十进制低电平同步低电平同步74LS163二进制低电平同步低电平同步集成计数器74LS160-74LS16374LS16预置并行数据输入:当预置控制端LD=0时，在CP上升沿作用下，将放置在预置并行输入端(D0～D3)的数据置入计数器，这种预置方式称为同步预置；当为高电平时，则禁止预置数。

清零:当清零端R为低电平时，不管CP如何，即可完成清零，这种清零方式称为异步清零(74LS160、74LS161)；R若需在时钟脉冲上升沿作用下，才能完成清零功能，这种清零方式称为同步清零(74LS162、74LS163)。计数控制：当ET和EP均为1时，在CP上升沿作用下完成计数；当ET或EP有一个或全为0时，则禁止计数。进位，低电平有效预置并行数据输入:当预置控制端LD=0时，在CP上升沿作用下74LS163和一个与非门组成的六进制计数器

74LS163和一个与非门组成的六进制计数器74LS163的级联电路74LS163的级联电路CD4518CD4518是二-十进制同步加法计数器，在其内部有2个完全相同的计数器CPCPER功能↑0↓X↑1X1↓X↑0↓X0000001加计数加计数不变不变不变不变清零特点：异步清零方式(R=1有效)；有2个时钟输入端CP和CPE，CP为上升沿计数(CPE=1)，CPE为下降沿计数(CP=0)。CD4518CD4518是二-十进制同步加法计数器，CD4060CD4060为14位二进制串行计数/分频器和振荡器两部分构成，一是14级分频器，另一部分是振荡器。14级分频器实际上就是14位二进制串行计数器，从Q4～Q10及Q12～Q14管脚输出的分频系数为24～210及212～214。振荡器部分是通过外接电阻和电容构成RC振荡器，也可以通过外接晶体构成高精度的晶体振荡器。CD4060还有一清零端R，只要在R端上加一高电平或正脉冲，即可使计数器输出全部为0。

CD4060CD4060为14位二进制串行计数/分频器和振荡f≈1/(2RTCT)f≈1/(2RTCT)(2)多谐振荡器门电路构成多谐振荡器多谐振荡器的输出是在高、低电平之间不断进行翻转的信号，电路状态的翻转是利用电容C充放电来实现的(2)多谐振荡器门电路构成多谐振荡器多谐振荡器的输出是在高、

T≈2.2RC

T≈2.2RC可控型多谐振荡器uk=1振荡uk=0振荡可控型多谐振荡器uk=1振荡uk=0振荡占空比和频率可调的多谐振荡器

电路中的RP1用于调节占空比，当RP1处于中间位置时，C的充放电时间常数基本相同，即第一、二暂稳态的持续时间相等，q=50%；当RP1处于左端时，C充电慢而放电快，q<50%；同理，当RP1处于右端时，第一暂稳态的持续时间小于第二暂稳态持续时间，q>50%。

占空比和频率可调的多谐振荡器电路中的RP1用于调节占空比，石英晶体多谐振荡器

G1、G2首尾相接构成正反馈系统，电阻R的作用是使反相器工作在线性放大区。当接上电源VDD后，在G2输出uO的噪声信号中，经过石英晶体只选出频率为fS的正弦信号，经G1、G2线性反相正反馈放大后，uO幅值达到最大，使正弦波削顶失真，近似方波输出，即形成多谐振荡器。电路的振荡频率f0由晶振的fs来决定，C2用来微调振荡频率。石英晶体多谐振荡器G1、G2首尾相接构成正反馈系统，电阻R2、知识拓展(1)单稳态触发器特点：电路有一个稳态和一个暂稳态；在外来触发信号作用下，电路由稳态跳变到暂稳态；暂稳态经过一段时间后会自动返回到稳态。暂稳态所处时间的长短取决于电路本身定时元件的参数。2、知识拓展(1)单稳态触发器特点：电路有一个稳态和一个暂稳稳态：当uI为高电平且R<Roff(Roff=0.9KΩ)时，G2门关闭，uO2为高电平，G1门由于输入全为1而打开，uO1为低电平。此时，电路处于稳定状态。加负触发脉冲电路翻转为暂稳态：t=t1时uI产生负跳变，uO1由低电平跳变为高电平，uR产生同样的正跳变，G2的输出uO2从高电平变为低电平，这是一个强列正反馈过程，结果使得电路迅速进入G1门关闭、G2门打开的暂稳状态。

自动返回稳态：在暂稳态期间，uO1经C、R到地不断对电容充电，使uR下降，当uR下降到G2门的阈值电压时，电路将产生正反馈，结果使得电路自动返回到G1打开、G2关闭的稳态。

恢复过程：暂稳态结束后，电容C上已充有一定的电压，因此，需经C的放电过程，电容上的电压才能恢复到稳态时的数值，这一过程即为恢复过程恢复过程结束后，才允许输入下一个触发脉冲。稳态：当uI为高电平且R<Roff(Roff=0.9KΩ)时输出脉冲宽度

tW≈0.7RC恢复实间tre

tre=(3～5)RC

最高重复触发频率fmax

fmax=1/（tw+tre）

输出脉冲宽度tW≈0.7RC恢复实间tretre(2)施密特触发器特点：它属于电平触发方式；施密特触发器对于变化方向不同的输入信号，具有不同的阈值电压。

(2)施密特触发器特点：它属于电平触发方式；施密特触发器对于十进制同步加法计数器课件任务分析

秒脉冲电路由CD4060、CD4518、石英晶体和阻容元件构成，产生32768Hz的脉冲，该脉冲经CD4060内部14级分频后，从Q14端输出2Hz的脉冲，2Hz脉冲再经CD4518进行2分频后，即得1Hz标准秒脉冲，供计数器使用。

当S扳到1位置时，秒脉冲可加到计数器上，计数器能对秒脉冲进行计数；当S扳到位置2时，计数器无脉冲输入，计数器停止计数。

分、秒计数器分别由2片74LS161构成，均为60进制计数器，即显示00~59。其中个位的74LS161通过反馈置0法连成10进制计数器，十位的74LS161连成6进制计数器，个位计数器通过与非门向十位计数器提供进位脉冲。任务分析秒脉冲电路由CD4060、CD4514片74LS48构成8421BCD七段显示译码器，将各位计数器的计数值译成能驱动共阴极LED数码管LC5011-11的七段信号。

电路中的按钮开关K为清零开关，秒表正常计时时，K应断开，使A点为高电平；当需将秒表清零时，只需按一下按钮开关K，使各位74LS161的清零端R出现一个负脉冲即可。4片74LS48构成8421BCD七段显示译任务制作1、电子元器件的检测与筛选(1)外观质量检查

应完整无损，各种型号、规格、标志应清晰、牢固，标志符号不能模糊不清或脱落。(2)元器件的测试

用万用表检测电阻、电容、数码管；用IC测试仪检测74LS00、74LS08、74LS48、74LS161、CD4060和CD4518。任务制作1、电子元器件的检测与筛选(1)外观质量检查2、元器件和材料清单序号名称型号数量2、元器件和材料清单序号名称型号数量3、电路的连接

本任务要求自己设计制作印制电路板，或利用单股绝缘导线在面包板或万能实验板上完成电路的连接。4、电路检测与调试(1)目视检验

电路连接完成后，首先不要通电，对照电路原理图或接线图逐个元件、逐条导线认真检查电路的连线是否正确、元件的引脚及导线的端头是否连接良好、布线是否符合要求等。3、电路的连接本任务要求自己设计制作印制电路板(2)通电检验

目视检验无误后，即可进行通电检测。将电路接通+5V电源，S打到位置1上，秒表应能正常计时。在计时过程中，若在某一时刻将S扳到位置2上，秒表应能立即停止计时，并显示当前的计时结果不变。若在某一时刻按下按钮开关K，计时应能立即清零。(2)通电检验目视检验无误后，即可进行通电检测。将电秒表电路的分析与制作任务九任务提出任务目标相关知识任务分析任务制作秒表电路的分析与制作任务九任务提出任务目标相关知识任务分析任任务提出

下图为一个秒表电路，试分析其工作原理并制作该电路任务提出下图为一个秒表电路，试分析其工作原理并制作该电任务目标

通过对秒表电路的分析与制作，理解和掌握计数器、多谐振荡器的基本工作原理

，能按工艺要求独立进行电路装配、测试和调试，并能独立排除装配、调试过程中出现的简单故障。任务目标通过对秒表电路的分析与制作，理解和掌握计数器相关知识1、基本知识(1)计数器

统计输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。

计数器的种类繁多，按计数长度可分为二进制、十进制及N进制计数器。按计数脉冲的引入方式可分为异步型和同步型计数器两类。按计数的增减趋势可分为加法、减法及可逆计数器。

无论哪种类型的计数器，其必须包含存储单元(这里通称计数单元)，有时还增加一些组合逻辑门电路，其中存储单元是由触发器构成的。相关知识1、基本知识(1)计数器统计输入脉冲二进制计数器异步二进制加法计数器

所谓的异步是各个触发器的时钟不相同，在本电路中，JK触发器的J、K输入端均接高电平(图中未画出)。

每输入一个计数脉冲，F0的状态翻转计数一次，而高位触发器是在其相邻的低位触发器从1态变为0态时进行翻转计数的。二进制计数器异步二进制加法计数器所谓的异步是各个触发器计数脉冲CP序号计数器状态Q2Q1Q0012345678000001010011100101110111000计数脉冲CP序号计数器状态Q2Q1Q000本电路每来一个计数脉冲，计数器的状态加1，所以它是一个异步3位二进制加法计数器。另外，从波形图不难看出，该电路还具有分频功能本电路每来一个计数脉冲，计数器的状态加1，所以它是一个异步3十进制同步加法计数器课件同步二进制加法计数器所谓的同步，指的是各触发器的时钟相同

对于F0触发器，每输入一个计数脉冲，其输出状态翻转一次；对于F1触发器，只有当F0为1态时，在下一个计数脉冲下降沿才进行状态的翻转；对于触发器F2，只有在F0、F1全为1态时，在下一个计数脉冲下降沿到来才进行状态翻转。同步二进制加法计数器所谓的同步，指的是各触发器的时钟相同十进制同步加法计数器课件十进制计数器

十进制计数器是在二进制计数器的基础上得出的，用四位二进制数来代表十进制的每一位，所以也称为二-十进制计数器。

常用8421BCD编码方式，取四位二进制数前面的“0000”~“1001”来表示十进制的0~9十个数码，去掉“1010”~“1111”六个数。也就是计数器计到第九个脉冲时再来一个脉冲，即由“1001”变为“0000”。十进制计数器十进制计数器是在二进制计数器的基础

当F3状态为0时，F1的输入取决于Q0，这样由F0～F2构成一同步3位二进制加法计数器。

假设计数器从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，经过7个计数脉冲后，计数器的状态从0000计到0111。这时，J3=Q0Q1Q2=1，K3=Q0=1，为F3由0态变为1态准备了条件。

第8个计数脉冲作用后，F3由0态变为1态，同时F0～F2均由1态变为0态，因此计数器状态为1000。当F3状态为0时，F1的输入取决于Q0，这样由F0～

第8个计数脉冲作用后，F3由0态变为1态，同时F0～F2均由1态变为0态，因此计数器状态为1000。

此时，除F0外，因Q3=0加到F1的J1输入端，同时J2=K2=0、J3=K3=0，所以在第9个CP作用后，F1～F3状态均不变，计数器状态为1001，J3=0、K3=1。

在第10个CP作用后，计数器又回到原始状态0000，这样，计数器便跳过1010～1111六个无效状态，实现了十进制的计数功能。第8个计数脉冲作用后，F3由0态变为1态，同时F0～计数脉冲

CP序号计数器状态对应十进制数Q3

Q2

Q1

Q0012345678900000001001000110100010101100111100010010123456789计数脉冲计数器状态对应十Q3Q2Q1Q0十进制同步加法计数器课件集成计数器74LS160-74LS16374LS160～74LS163是一组可预置的同步计数器，在计数脉冲上升沿作用下进行加法计数。

功能型号进制清零预置数74LS160十进制低电平异步低电平同步74LS161二进制低电平异步低电平同步74LS162十进制低电平同步低电平同步74LS163二进制低电平同步低电平同步集成计数器74LS160-74LS16374LS16预置并行数据输入:当预置控制端LD=0时，在CP上升沿作用下，将放置在预置并行输入端(D0～D3)的数据置入计数器，这种预置方式称为同步预置；当为高电平时，则禁止预置数。

清零:当清零端R为低电平时，不管CP如何，即可完成清零，这种清零方式称为异步清零(74LS160、74LS161)；R若需在时钟脉冲上升沿作用下，才能完成清零功能，这种清零方式称为同步清零(74LS162、74LS163)。计数控制：当ET和EP均为1时，在CP上升沿作用下完成计数；当ET或EP有一个或全为0时，则禁止计数。进位，低电平有效预置并行数据输入:当预置控制端LD=0时，在CP上升沿作用下74LS163和一个与非门组成的六进制计数器

74LS163和一个与非门组成的六进制计数器74LS163的级联电路74LS163的级联电路CD4518CD4518是二-十进制同步加法计数器，在其内部有2个完全相同的计数器CPCPER功能↑0↓X↑1X1↓X↑0↓X0000001加计数加计数不变不变不变不变清零特点：异步清零方式(R=1有效)；有2个时钟输入端CP和CPE，CP为上升沿计数(CPE=1)，CPE为下降沿计数(CP=0)。CD4518CD4518是二-十进制同步加法计数器，CD4060CD4060为14位二进制串行计数/分频器和振荡器两部分构成，一是14级分频器，另一部分是振荡器。14级分频器实际上就是14位二进制串行计数器，从Q4～Q10及Q12～Q14管脚输出的分频系数为24～210及212～214。振荡器部分是通过外接电阻和电容构成RC振荡器，也可以通过外接晶体构成高精度的晶体振荡器。CD4060还有一清零端R，只要在R端上加一高电平或正脉冲，即可使计数器输出全部为0。

CD4060CD4060为14位二进制串行计数/分频器和振荡f≈1/(2RTCT)f≈1/(2RTCT)(2)多谐振荡器门电路构成多谐振荡器多谐振荡器的输出是在高、低电平之间不断进行翻转的信号，电路状态的翻转是利用电容C充放电来实现的(2)多谐振荡器门电路构成多谐振荡器多谐振荡器的输出是在高、

T≈2.2RC

T≈2.2RC可控型多谐振荡器uk=1振荡uk=0振荡可控型多谐振荡器uk=1振荡uk=0振荡占空比和频率可调的多谐振荡器

电路中的RP1用于调节占空比，当RP1处于中间位置时，C的充放电时间常数基本相同，即第一、二暂稳态的持续时间相等，q=50%；当RP1处于左端时，C充电慢而放电快，q<50%；同理，当RP1处于右端时，第一暂稳态的持续时间小于第二暂稳态持续时间，q>50%。

占空比和频率可调的多谐振荡器电路中的RP1用于调节占空比，石英晶体多谐振荡器

G1、G2首尾相接构成正反馈系统，电阻R的作用是使反相器工作在线性放大区。当接上电源VDD后，在G2输出uO的噪声信号中，经过石英晶体只选出频率为fS的正弦信号，经G1、G2线性反相正反馈放大后，uO幅值达到最大，使正弦波削顶失真，近似方波输出，即形成多谐振荡器。电路的振荡频率f0由晶振的fs来决定，C2用来微调振荡频率。石英晶体多谐振荡器G1、G2首尾相接构成正反馈系统，电阻R2、知识拓展(1)单稳态触发器特点：电路有一个稳态和一个暂稳态；在外来触发信号作用下，电路由稳态跳变到暂稳态；暂稳态经过一段时间后会自动返回到稳态。暂稳态所处时间的长短取决于电路本身定时元件的参数。2、知识拓展(1)单稳态触发器特点：电路有一个稳态和一个暂稳稳态：当uI为高电平且R<Roff(Roff=0.9KΩ)时，G2门关闭，uO2为高电平，G1门由于输入全为1而打开，uO1为低电平。此时，电路处于稳定状态。加负触发脉冲电路翻转为暂稳态：t=t1时uI产生负跳变，uO1由低电平跳变为高电平，uR产生同样的正跳变，G2的输出uO2从高电平变为低电平，这是一个强列正反馈过程，结果使得电路迅速进入G1门关闭、G2门打开的暂稳状态。

自动返回稳态：在暂稳态期间，uO1经C、R到地不断对电容充电，使uR下降，当uR下降到G2门的阈值电压时，电路将产生正反馈，结果使得电路自动返回到G1打开、G2关闭的稳态。

恢复过程：暂稳态结束后，电容C上已充有一定的电压，因此，需经C的放电过程，电容上的电压才能恢复到稳态时的数值，这一过程即为恢复过程恢复过程结束后，才允许输入下一个触发脉冲。稳态：当uI为高电平且R<Roff(Roff=0.9KΩ)时输出脉冲宽度

tW≈0.7RC恢复实间tre

tre=(3～5)RC

最高重复触发频率fmax

fmax=1/（tw+tre）

输出脉冲宽度tW≈0.7RC恢复实间tretre(2)施密特触发器特点：它属于电平触发方式；施密特触发器对于变化方向不同的输入信号，具有不同的阈值电压。

(2)施密特触发器特点：它属于电平触发