计数器
计数器(Counter) 数电课件
2. N进制计数器的构成方法
Ⅰ. 用同步清零端或置数端归零构成N进制计数器
数器。 M通常又叫做计数器的容量，或计数器的计数长度。
3. 分类
Ⅰ. 计数器按计数进制可分为二进制计数器、十进制计数器和N进制计数器； Ⅱ. 按计数的增减趋势可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；
Ⅲ. 按计数器中各触发器的状态翻转是否与计数脉冲同步分为同步计数器和异步计数器。
二、二进制计数器 1. 二进制同步计数器
CP0 CP
CP1 Q0n CP2 Q1n
CP3 Q0n
Q n 1 0
Q0n
Q n 1 1
Q3n Q1n
Q n 1 2
Q2n
Q n 1 3
Q2nQ1n
D触发器特性方程 ⑥. 驱动方程组
Qn1 D
D0 Q0n；
二进制同步减法计数器的级间连接规律 ①. 驱动方程组
T0 J0 K0 1；
T1 J1 K1 Q0n；
T2 J2 K2 Q1n Q0n；
L
L
Ti
Ji
Ki
Q Q n n i1 i2
L
Q1n Q0n
i 1
Q
n。
j
计数器的基本功能
计数器的基本功能一、计数器的定义与作用计数器是一种常见的工具，用于记录和统计数量。
它可以在各种场景中使用，例如计算器、电子表、时钟等。
计数器的基本功能是进行计数操作，可以实时更新并显示当前的计数值。
计数器在生活中有着广泛的应用，从日常生活到科学研究，都离不开计数器的帮助。
二、计数器的类型计数器可以分为多种类型，常见的有以下几种：1. 机械计数器机械计数器是最早出现的计数器类型之一，它通过机械结构实现计数功能。
机械计数器通常使用齿轮和数字滚轮等装置来记录和显示计数值。
机械计数器的特点是结构简单、可靠性高，但计数范围有限。
2. 电子计数器电子计数器是使用电子元件实现计数功能的计数器类型。
它通常采用数字显示屏或LED灯来显示计数值。
电子计数器具有计数范围广、精度高、功能强大等特点。
电子计数器可以通过电路设计实现各种计数功能，如加减计数、定时计数等。
3. 软件计数器软件计数器是在计算机系统中通过软件实现的计数器。
它可以利用计算机的处理能力进行复杂的计数操作，具有灵活性和可扩展性。
软件计数器常用于编程和数据处理领域，可以实现各种复杂的计数功能。
三、计数器的基本功能计数器作为一种记录和统计数量的工具，具有以下基本功能：1. 计数功能计数器的最基本功能是进行计数操作。
它可以根据设定的规则，对事件、物体或其他需要计数的对象进行累加或累减操作。
计数器可以实时更新计数值，并将结果显示出来。
2. 显示功能计数器通常具有显示功能，可以将计数结果以数字形式显示出来。
显示方式可以是数字显示屏、LED灯、液晶屏等。
计数器的显示功能可以直观地反映计数结果，方便用户进行观察和判断。
3. 记忆功能一些高级的计数器具有记忆功能，可以记录和保存计数结果。
这样可以在断电或重启后保留之前的计数值，避免数据丢失。
记忆功能可以在需要长时间记录计数结果的场景中发挥作用。
4. 重置功能计数器通常具有重置功能，可以将计数值归零。
通过重置功能，可以清空之前的计数结果，重新开始计数。
计数器及其应用
计数器及其应用计数器是一种电子电路，用于计数和存储计数值。
其主要应用在数字电路、通信系统中，实现定时、分频、频率合成、时序控制等功能。
计数器的电路可以采用门电路或触发器实现，现代计数器多采用集成电路实现。
本文将介绍计数器的基本原理及其应用。
一、计数器基本原理计数器的基本原理是采用一个稳定的时钟信号，在触发器之间形成一串级联，从而实现计数功能。
当时钟信号触发触发器时，计数器的计数值就会发生变化。
计数器在达到预设的计数值后，会产生一个计数完成的信号。
计数器可分为同步计数器和异步计数器两种。
同步计数器是采用同步触发器构成的，其输入端通过控制信号实现采集和判断，并保证计数器具有同步性。
同步计数器的优点是速度快、精度高、使用简单。
但如果计数器级数过多，会影响同步的准确性。
1.分频器分频器是计数器最普遍的应用之一。
分频器可以将信号的频率降低到所需要的频率范围内，以满足特定的应用要求。
例如，在数字通信中，需要将高速数据信号降低到低速信号，以便接收器能够正确地解码。
此时，计数器可以采用分频的方式将高速数据信号降低到接收器所需要的频率范围内。
2.定时器/计时器计数器可以作为定时器或计时器使用，以便在计数到预设值后触发所需的操作。
例如，在微控制器中，可以使用计数器来产生定期的中断信号，以处理异步事件，如键盘输入、AD 转换等。
3.频率合成器频率合成器是将多个信号合成一个具有所需频率的信号的电路。
计数器可以作为频率合成器的关键元素，以实现多个时钟信号的组合。
例如，在无线电通信中，需要将低频信号转换为高频信号，以便在接收器中进行处理。
此时，计数器可以用来产生所需的频率。
4.中断控制器中断控制器是计算机系统中常用的设备。
计数器可以用作中断控制器的定时器。
例如，在多任务操作系统中，任务的调度器可以使用中断控制器的定时器，以触发时钟中断，以进行上下文切换等操作。
5.逻辑分析仪逻辑分析仪是一种测试和诊断数字电路的设备。
计数器可以用于将测试信号进行分型，并用微处理器或计算机进行分析和诊断。
计数器
此上升沿使十位的74LS192(2)从0000开始计数 直到第100 此上升沿使十位的74LS192(2)从0000开始计数,直到第100 开始计数, CP脉冲作用后 计数器由1001 1001恢复为 脉冲作用后, 恢复为0000 0000, 个CP脉冲作用后,计数器由1001 1001恢复为0000 0000,完成 一次计数循环. 一次计数循环.
▲ 二—五—十进制计数器74LS90 十进制计数器74LS90
二进制计数器:FF0构成一个二进制计数器; 构成一个二进制计数器; 二进制计数器: 五进制计数器: 异步计数器(五进制计数器) 五进制计数器:FF1,FF2,FF3构成模 5异步计数器(五进制计数器); 8421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP 8421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP0 ,CP1端与Q0端相连. 端与Q 端相连. 码异步十进制计数器 5421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP 5421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP1 ,CP0端与Q3端相连. 端与Q 端相连. 码异步十进制计数器 74LS90又称为 74LS90又称为二—五—十进制计数器. 又称为二 进制计数器.
Q3 Q2 Q1 Q0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 计 数 计 数 计 数 计 数
▲ 引脚功能说明 S1, S2:S1 S2 = 1时,计数器置"9",即被置成1001状态,与CP无关.且优 先 时 计数器置" ,即被置成 状态, 无关. 状态 无关 , 级别最高. 级别最高. RD1 RD2:当S1 S2 = 0时,RD1 RD2 = 1计数器清零. 计数器清零. 时 计数器清零 Q3Q2Q1Q0:输出端 CP0, CP1:双时钟输入端
0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0
计 数 器
异步清零 同步置数
5
计数方式
1.清零 2.置数
计数方式： 1.清零 2.置数
• Ex9.2 • ex9.6
4
时钟 清零 预置 使能
输出7Leabharlann LS161CLK CR LD CTP CTT Q0 Q1 Q2 Q3
× 0 ××× 0 0 0 0
功 能
1 0 × × D0 D1 D2 D3
表 ×1 1 0 1
保持
×1 1×0
保持
1111
计数
CR:异步清零,低电平有效
LD:同步置数,低电平有效
CTP,CTT:有一为零,保持
不规则计数器 （又称任意进制计数器）
3
74LS161/163 — 4位二进制同步加法计数器
一．74LS161的逻辑简图及功能
进位输出端 C0 CR LD
预置数的控制端
Q3 Q2 Q1 Q0 74LS161 D3 D2 D1 D0
输出端 时钟脉冲 CLK （上升沿有效）
CTP
CTT 功能转换端
数据输入端
计数器 在数字电路中，能够记忆输入脉冲个数的电路。
交通灯
电梯显示
❖ 分类
加法计数器 （1）按计数的功能分 减法计数器
可逆计数器（又称加/减计数器）
同步计数器
（2）按计数的进制方式分
各触发器同时翻转的计数器，叫做同步计数 器。
异步计数器
顺次工作
各触发器不是同时翻转的计数器，称为异步 计数器。
二进制计数器 （3）按计数的数制分 十进制计数器
什么是计数器
什么是计数器计数器在计算机科学中扮演着至关重要的角色。
它是电子设备中用于计算和存储计数值的物理或逻辑组件。
计数器能够进行递增或递减操作，并将结果储存在其内部的寄存器中。
无论是在电子设备、软件应用还是数学领域中，计数器都起着举足轻重的作用。
一、计数器的定义及工作原理计数器是一种特殊的电子元件，具备存储和计算能力。
其工作原理基于离散数学中的数字逻辑。
计数器可接受一个时钟信号作为输入，并通过计数操作改变其状态和输出。
1.1 二进制计数器二进制计数器是最常见的一种计数器类型。
它由若干个触发器组成，每个触发器接受上一个触发器的输出作为输入。
当最低有效位触发器计数到最大值时（例如3），它的输出信号将会触发下一个更高有效位触发器加1。
二进制计数器可以实现多种计数序列。
1.2 同步计数器与异步计数器根据时钟信号的控制方式，计数器可分为同步和异步两种类型。
同步计数器的所有触发器都由同一个时钟信号来驱动，这意味着它们在同一时刻进行状态更新。
而异步计数器则允许触发器在不同的时钟信号到来时进行状态更新。
二、计数器的应用领域计数器在各个领域中都扮演着重要的角色。
以下是一些计数器的常见应用：2.1 时钟和定时器计数器被广泛用于计时和时序控制。
在电子设备中，计数器可以生成稳定的时钟信号，确保设备的同步运行。
同时，计数器还可以用于计时器的实现，比如在烤箱中设置一个定时器用来控制烹饪时间。
2.2 频率合成和频率测量计数器可以通过测量时钟周期来计算频率。
在无线电通信中，计数器常被用于频率合成和频率测量。
通过将时钟信号分频，计数器能够生成所需频率的方波信号。
2.3 计数与累加计数器还可用于计数和累加操作。
例如，在机器人领域，计数器可用来追踪机器人移动的步数。
此外，计数器还可用于测量事件的发生次数，比如计数点击次数、触发次数等。
2.4 密码学和安全计数器在密码学和安全领域中也起到重要作用。
序列号生成器中的计数器能够生成唯一的序列号。
在加密算法中，计数器可以用作初始化向量，提高加密强度。
数电-时序逻辑电路 计数器
——依照一般同步时序电路的设计步骤
例题
用D触发器设计同步十进制加法计数器 用JK触发器设计同步六进制减法计数器
（1）异步二-十进制计数器 74HC/HCT390
FF0 二进制计数器 CP0输入，Q0输出
FF1——FF3
异步五进制计 数器（P277）
CP1输入，Q3、Q2、Q1输出
CP1 1
1000~1111 8进制
异步计数器
方法二 整体反馈清0法实现72进制加法计数器
1 CP
××××
CR D0 D1 D2 D3
CET
CEP 74161(0) TC CP Q0 Q1 Q2 Q3 PE 1
××××
CR D0 D1 D2 D3
CET
CEP 74161(1) TC
CP Q0 Q1 Q2 Q3 PE 1
TC
CEP
74161
PE
>CP Q0 Q1 Q2 Q3
CR: 异步清零端
CP:
有效
PE: 同步并行置数使能端
D0 - D3 ：预置数据输入端 CET、CEP: 计数使能端
TC:进位输出端，用于级连（TC = CET·Q3·Q2·Q1·Q0）
74161逻辑功能表
输入
输出
清预 零置
使能
时 钟
预置数据输入
连接方式1 Q2 Q1 Q0 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001
（5421码）
连接方式2 Q0 Q3 Q2 Q1 0 000 0 001 0 010 0 011 0 100 1 000 1 001 1 010 1 011 1 100
二-五-十进制加法计数器
计数器课件
04
计数器的常见故障及排除方法
计数器不计数故障及排除方法
电源故障
检查电源插头是否松动 或脱落，电源开关是否
打开。
传感器故障
检查传感器是否松动或 损坏，如有需要更换。
电路故障
检查电路板排线脱落， 芯片是否有烧毁痕迹。
排除方法
重新安装电源插头，打 开电源开关，更换损坏 的传感器，修复或更换
电路板。
计数器计数值不准确故障及排除方法
智能化发展
智能化是计数器技术的重要发展方向。通过与人工智能技 术的结合，计数器能够实现自适应学习、预测等功能，提 高计数的智能化水平。
多样化应用
计数器技术已经广泛应用于各个领域，如工业生产、医疗 保健、交通运输等。未来，计数器技术将进一步拓展应用 领域，满足更多行业的需求。
未来计数器在各个领域的应用前景
计计数器的基本原理 • 计数器的应用场景 • 计数器的常见故障及排除方法 • 计数器的维护与保养 • 计数器的发展趋势与展望
01
计数器概述
定义与作用
定义
计数器是一种用于记录、统计、显示 数字的电子设备。
作用
计数器广泛应用于各个领域，如工业 自动化、商业零售、交通运输等，用 于实现数字的精确记录和统计，提高 工作效率和准确性。
计数器无法清零
检查清零按键是否正常工作， 如有需要更换。
排除方法
更换损坏的显示屏，更换损坏 的清零按键或参数设置按键。
05
计数器的维护与保养
计数器的日常维护
清洁
定期清洁计数器表面，保持干净整洁。
防潮
保持计数器工作环境的干燥，避免潮湿环境导致电路板受潮。
防尘
避免灰尘进入计数器内部，影响计数器的正常工作。
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或n个计数脉冲作用后，能自动转入到有效序
列，具有自启动特性。
（4）工作波形
C P Q1
Q2
Q3
Q4
Z
Z信号也可看成是CP信号的十分频,即 10 fz=fcp 因此，模10计数器可以看作是十分频器。 各种模值m的计数器均可以看作为m分频器 。
比如模7
模7计数器工作波形：
1 2 3 4 5 6 7
计数器的模 计数器所能计算的脉冲数目的最大值
（即电路所能表示状态数目的最大值）
二、计数器的分类
按触发器的翻转次序，分为同步和异步计数器 按进位制，分为模二、模十和任意模计数器 按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器 按集成度，分为小规模与中规模集成计数器
a 根据脉冲引入方式： 同步计数器 异步计数器
6.2 常用时序逻辑电路：计数器
1. 掌握计数器的基本概念及分类; 2. 学会通过功能表了解计数器的逻辑功能； 3. 灵活运用中规模计数器模块分析设计任 意模计数电路。
一、计数器的概念
计数器
用来计算输入脉冲数目的时序逻辑电路。它是用 电路的不同状态来表示输入脉冲的个数。
电路作用：分频、定时、产生脉冲序列、数字运算等；
0 0 × 0
0
Q2n+1=Q1n
1 1 1 \Q3nQ2n 0
1 1
Q1n \ 00 01 11 10
1 × 0 0
1 1 0 1
Q1n+1=Q3n
1
输出函数卡诺图
\Q3nQ2n Q1n \ 00 01 11 10 0 0 × 0 1 0
1
0 0 ×
输出函数 ：Z=Q3n Q2n
③确定状态转移方程，可以检验是否具有自启动 性。偏离状态有010，101。始终进不到有效状 态，称为计数器出现了堵塞现象。不具有自启 动特性.
n 1
J1=Q0n
J 0 Qn 2
Y Qn 2
n 1 0
Q Q
n 2
n 0
K2 = 1 K1=Q0n K0=1
画出逻辑图
Q0 & Q2
1J CP 1
＞C1
1J
＞ C1
Q1
1J
＞ C1
Y
1K
FF0 Q0
1K
FF1
Q1
1
1K
FF2
同步时序逻辑电路设计举例 例2:
（4）检查自启动能力
n n Q n1 Q0 Q1 Q n 2 2
＆
Z
Q1 1J ＆ 1J
Q2 ＆ 1J
Q3 ＆ 1J
Q4
CI
1K R RD
1
CI
1K R
2
CI 3 1K ＆ R
CI
1K R
4
Q4
CP
分析：① 驱动方程： J1=K1=1 J2=Q4 nQ1 n , K2=Q1 n
J3=Q2 nQ1 n,
K3=Q2 nQ1 n
J4=Q3 nQ2 nQ1 n, K4=Q1 n
{
(一)同步计数器：
是将计数脉冲同时引入到各级触发器，
当CP计数脉冲触发时，各级触发器的 状态同时发生转移。 ⑴ 同步二进制计数器。 同步二进制加法计数器电路 书上（193页图6—2—17）
同步二进制加法计数器
＆ Z Q4 Q1 1J CI 1 1J CI 2 Q2 ＆ 1J CI 3 1K ＆ R Q3 ＆ 1J CI 4 1K ＆ R
0 1 1 1
1 1 1 0 S0
1 1 0 0
1 1 1 0 S1
S4
1 1 0 0
1 0 0 0
S2 S3
0 0 0 1
原始状态 转移图
S5
\Q3nQ2n
②
次态卡诺图
Q1n \ 00 01 11 10
0 0 × 1 1 0
0
偏离态做任意项处理
1 1 0
Q3n+1=Q2n
\Q3nQ2n
Q1n \ 00 01 11 10
解：据题意可直接由波形图画出该电路状态图
/Y
Q 2Q 1 Q0
CP
000 /0 /1 100
001 /0 011
010 /0
Q0 Q1 Q2
/0
状态已简化、已分配
确定触发器的类型和个数
Y
选择3个上升沿触发的JK触发器
例2: 0 0 0 0 1
Q2 Q1nQ0n 00 n
写出电路的状态方程、驱动方程和输出方程 Y 0
74192:双时钟触发的4位十进制同步加/减计数器. 74193: 双时钟触发的4位二进制同步加/减计数器.
74190: 4位十进制同步加/减计数器。 74191: 4位二进制同步加/减计数器。
1.
Q0 QA IJA &
集成同步计数器74161
Q1 Q2 Q3 CO QB R IKA & ≥1 IJB & ≥1 & & & & R IKB & QC IJC & ≥1 & & R IKC & QD IJD & ≥1 & R IKD & &
② 状态移方程：
Q1 n+1=Q1 n
Q2 Q3
n+1=Q4 nQ1 nQ2 n+Q1 nQ2 n n+1=Q2 nQ1 nQ3 n+Q2 nQ1 nQ3 n
Q4 n+1=Q3 nQ2 nQ1 nQ4 n +Q1 nQ4 n Z=Q4 nQ1 n
③ 状 态 转 移 表
1111 /0
/1
/0
0000
一、集成同步计数器 介绍:
异步清除：当CR=0时,Q均为0
74161 4位二进制加法计数（异步清除）
74160 十进制同步计数器（异步清除）
同步清除： 是当CR=0时，在时钟信号作用下， 实现清除。 74163 4位二进制加法计数（同步清除） 74162 十进制同步计数器（同步清除）
集成同步计数器
Q3n+1=Q2n
Q2n+1=Q1n Q1n+1=Q3n Q2n Q1n 再检验偏离状态，具有了自启动特性。
④ 若采用D触发器,则触发器激励函数： D3=Q2n，D2=Q1n， D1=Q3n+Q2nQ1n 输出函数 Z=Q3nQ2n ⑤、据④画出具有自启动特性的模6同步 计数器逻辑电路。
例2：试按下图所示的时序关系设计一个同步时序电路
Q2n Q1n Q0n Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Y
0 0 0 0
1 1 1
0 0 1 1
0 0 1
0 1 0 1
0 1 0
0 0 0 1
0 0 0
0 1 1 0
0 1 1
1 0 1 0
0 0 0
0 n 1 n n n n 0 Q1 Q 0 Q1 Q 0 Q1 0 n n n Q 0 1 Q 2 Q 0 0
1
01 01
01
n 0
Y Qn 2
无效状
态 电路的输出Y有错 ！
1
1
1
0
0
n 2 n 1
0
修改输出方程： Y Q Q Q
同步时序逻辑电路设计举例
例2: （4）完整的状态图
000 /0 111
/0 /1 100
001
/0 /0 011
010
/0 /0
101 110
/0
电路具备自启动能力
不具有 检验自启动特性 具有 确定驱动方程（激励函数） 画出逻辑电路
6.2.2 采用中规模集成器件实现任意模值计数器。
必须学会查阅有关器件手册和技术资料，搞清楚所要 使用的逻辑器件的功能和工作原理，还要了解和记住一些 常用的信号名的作用。 CO 进位输出
BO 借位输出 CT，CTt，CTp 计数器控制端 LD 并行置入数据控制端 L/D双功能端： L 是加法计数控制端 D是减法计数控制端 CR 是清除（清0）端 EN 是三态允许控制端 ST 是数据选通端 CP 是时钟输入端
/1
0001
/0 0010 /0 /0
1110
1001
/0
1011 /1
1010
1000
0011
/0 0100 /0 0101 /1 1101 /0
状态
/0 0111 /0 0110
转移图
1100
一共有16种（4位二进制）不同的代码组合，
因此有16种不同的状态, 其中6种状态是无效
状态或偏离状态（即1010，1011， 1100， 1101，1110，1111） 检查自启动特性后发现，若计数器受到某种 干扰，错误地进入到偏离状态后，在经过一个
③ 根据②得到状态转移表
n 态 n+1 态
序号 Q4 Q3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1 0
1
Z 0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
2
0
0
1
0
0
0
1
1
0
14
15
1
1
： ： 1 1 1 1
0
1
1
0
1
0
： ： 1 1 0 0
0
1
这种计数器又称为模16计数器，或4位二进制计数器。 模8计数器，也称为3位二进制计数器……
CP
LD: 同步预置，低电平有效
Q3 ~ Q0:数据输出端 CTP、CTT：使能端，多片级联