计数器逻辑功能和设计
计数器的设计实验报告
计数器的设计实验报告篇一：计数器实验报告实验4 计数器及其应用一、实验目的1、学习用集成触发器构成计数器的方法2、掌握中规模集成计数器的使用及功能测试方法二、实验原理计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。
计数器种类很多。
按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。
根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。
根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。
还有可预置数和可编程序功能计数器等等。
目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，都有品种较齐全的中规模集成计数器。
使用者只要借助于器件手册提供的功能表和工作波形图以及引出端的排列，就能正确地运用这些器件。
1、中规模十进制计数器CC40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图5－9－1所示。
图5－9－1 CC40192引脚排列及逻辑符号图中LD—置数端CPU—加计数端CPD —减计数端CO—非同步进位输出端BO—非同步借位输出端D0、D1、D2、D3 —计数器输入端Q0、Q1、Q2、Q3 —数据输出端CR—清除端CC40192的功能如表5－9－1，说明如下：表5－9－1当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其它功能。
当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端D0、D1、D2、D3 置入计数器。
当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。
执行加计数时，减计数端CPD 接高电平，计数脉冲由CPU 输入；在计数脉冲上升沿进行8421 码十进制加法计数。
执行减计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD 输入，表5－9－2为8421码十进制加、减计数器的状态转换表。
加法计数表5－9－减计数2、计数器的级联使用一个十进制计数器只能表示0～9十个数，为了扩大计数器范围，常用多个十进制计数器级联使用。
14进制计数器设计
14进制计数器设计标题：设计与实现14进制计数器一、引言在数字系统设计中，计数器作为一种基础且重要的逻辑部件，广泛应用于各种场合，如时序电路设计、数据采样、状态机设计等。
传统的计数器通常基于二进制或十进制设计，但在特定的应用场景下，例如特定的编码规则、高效的频率合成等领域，我们可能需要使用非标准的进位制，比如14进制计数器。
本文将详细介绍14进制计数器的设计原理和实现方法。
二、14进制计数器的基本原理14进制计数器是一种按照基数为14进行递增计数的电路装置。
其工作原理与常见的二进制、十进制计数器类似，每经过一个时钟周期，计数值就会按14的倍数递增。
由于14进制包含的数码为0-9和A-D（或a-d，视具体工程约定），因此，一个完整的14进制计数器至少需要四位二进制来表示，其中每一位对应14进制下的一个符号。
三、14进制计数器的设计实现1. 硬件设计：设计14进制计数器可以通过构建多位二进制计数器并结合译码器来实现。
首先，构建一个四位二进制计数器，当计数值达到1110（即二进制的14）时，通过反馈线路使计数值回零，并同时产生一个进位输出，这个进位信号可以用于更高位的计数。
此外，使用一个14-4线的二进制译码器将四位二进制数转换成对应的14进制数。
2. 软件设计：在数字逻辑仿真软件如Verilog、VHDL中，可通过编程方式实现14进制计数器。
定义一个四位寄存器，利用case语句或者算术运算在每个时钟上升沿更新计数值，当计数值等于13（二进制的1101）时，将其清零并产生进位。
四、应用与优化14进制计数器在实际应用中，例如在特定的编码系统、密码学算法以及通信协议中可能会发挥重要作用。
为了提高资源利用率和性能，可以考虑采用同步复位、异步置数等功能，以及采用格雷码计数以减少因计数翻转引起的亚稳态问题。
五、结论14进制计数器的设计是数字逻辑设计中的一个重要实例，它不仅体现了不同进位制之间的转换思想，也展示了如何根据实际需求灵活运用基本逻辑单元完成复杂功能的设计。
数电实验 计数器逻辑功能和设计
2.5 计数器逻辑功能和设计1．实验目的（1）熟悉四位二进制计数器的逻辑功能和使用方法。
（2）熟悉二-五-十进制计数器的逻辑功能和使用方法。
（3）熟悉中规模集成计数器设计任意进制计数器的方法。
（4）初步理解数字电路系统设计方法，以数字钟设计为例。
2．实验仪器设备（1）数字电路实验箱。
（2）数字万用表。
（3）数字集成电路：74161 4位二进制计数器74390 2二-五-十进制计数器7400 4与非门7408 4与门7432 4或门3．预习（1）复习实验所用芯片的逻辑功能及逻辑函数表达式。
（2）复习实验所用芯片的结构图、管脚图和功能表。
（3）复习实验所用的相关原理。
（4）按要求设计实验中的各电路。
4．实验原理（1）计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。
计数器的种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器；根据计数进制的不同，分为二进制、十进制和任意进制计数器；根据计数的增减趋势分为加法、减法和可逆计数器；还有可预置数和可编程功能计数器等。
（2）利用集成计数器芯片构成任意（N）进制计数器方法。
①反馈归零法。
反馈归零法是利用计数器清零端的清零作用，截取计数过程中的某一个中间状态控制清零端，使计数器由此状态返回到零重新开始计数。
把模数大的计数器改成模数小的计数器，关键是清零信号的选择。
异步清零方式以N作为清零信号或反馈识别码，其有效循环状态为0～N-1；同步清零方式以N-1作为反馈识别码，其有效循环状态为0～N-1。
还要注意清零端的有效电平，以确定用与门还是与非门来引导。
②反馈置数法。
反馈置数法是利用具有置数功能的计数器，截取从Nb到Na 之间的N个有效状态构成N进制计数器。
其方法是当计数器的状态循环到Na时，由Na构成的反馈信号提供置数指令，由于事先将并行置数数据输入端置成了Nb 的状态，所以置数指令到来时，计数器输出端被置成Nb，再来计数脉冲，计数器在Nb基础上继续计数至Na，又进行新一轮置数、计数，其关键是反馈识别码的确定与芯片的置数方式有关。
数电实验之计数器
计数器一实验目的1、掌握中规模集成计数器的逻辑功能及使用方法。
2、学习运用集成电路芯片计数器构成N位十进制计数器的方法。
二实验原理计数器是一个用以实现计数功能的时序器件，它不仅可以用来记忆脉冲的个数，还常用于数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。
计数器种类很多，按构成计数器中的各个触发器输出状态更新是否受同一个CP脉冲控制来分，有同步和异步计数器，根据计数制的不同，分为二进制、十进制和任意进制计数器。
根据计数的增减趋势分，又分为加法、减法和可逆计数器。
另外，还有可预置数和可编程功能的计数器等。
目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，都有品种较齐全的中规模集成计数器芯片。
如：异步十进制计数器74LS90，4位二进制同步计数器74LS93，CD4520，4位十进制计数器74LS160、74LS162；4位二进制可预置同步计数器CD40161、74LS161、74LS163；4位二进制可预置同步加/减计数器CD4510、CD4516、74LS191、74LS193；BCD码十进制同步加/减计数器74LS190、74LS192、CD40192等。
使用者只要借助于器件手册提供的功能表和工作波形图以及引出端的排列就能正确使用这些器件。
例如74LS192同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入十进制可逆计数功能；异步并行置数功能；保持功能和异步清零功能。
74192功能见表表19.1*表中符号和引脚符号的对应关系：CR = CLR—清零端；LD= LOAD—置数端（装载端）CP U = UP—加计数脉冲输入端CP D = DOWN—减计数脉冲输入端CO——非同步进位输出端（低电平有效）BO——非同步借位输出端（低电平有效）D3 D2 D1 D0 = D C B A—计数器数据输入端Q D Q C Q B Q A—计数器数据输出端根据功能表我们可以设计一个特殊的12进制的计数器，且无0数。
如图19.1所示：当计数器计到13时，通过与非门产生一个复位信号，使第二片74LS192（时十位）直接置成0000，而第一片74LS192计时的个位直接置成0001；从而实现了1——12的计数。
《数字逻辑设计》第9章 寄存器与计数器
基本寄存器（Registers） 移位寄存器（Shift Registers） 计数器（Counters） 节拍发生器（Beat Generator）
Registers
一个n 位寄存器由 n 个触发器构成，能存放 n 位二进制数。 各种触发器均能构成寄存器，用 D 触发器最简单。
D3 = Y3Y2Y1 +Y3Y2 +Y3Y1
0
C3
1 D3
0
C2
1 D2
0
C1
1 D1
= Y3Y2Y1 +Y3Y2Y1
CP
Rd D2 = Y2Y1 +Y2Y1
D1 = Y1
+
+
Y3 Y1 Y3 Y3 Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 Y2 Y2
Next-state equations
Y1n+1 = D1 Y2n+1 = D2 Y3n+1 = D3
4
Q
Clr CE
D
En
4 Load CLK
写入 ClrN=1, Load=1, clk↓
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
读出
En=0
Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
Register Transfers
Parallel Adder with Accumulator X=X+Y
xn
Q’
Q
CE
D
xi
D2 Q2
D1 Q1
D0 Q0
Serial out (SO)
CE
CE
CE
CE
Shift Clock
计数器
引言计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，也是现代最常用的时序电路之一，它不仅能记录输入时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列。
例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。
计数器的种类不胜枚举，按触发器动作动作分类，可以分为同步计数器和异步计数器；按照计数数值增减分类，可以分为加计数器、减计数器和可逆计数器；按照编码分类，又可以分为二进制码计数器、BCD码计数器、循环码计数器。
此外，有时也会按照计数器的计数容量来区分，如五进制、十进制计数器等等。
1设计构思及理论根据电路的设计要求，要实现二―五―十进制计数，可以先实现十进制计数，然后通过倍频产生五进制计数和二进制计数；也可以先实现二进制计数和五进制计数，然后把它们连接起来进而产生十进制计数。
对比以上两种方法，明显后面的方法比较容易实现，而且实现所需的门电路也比较少，因而选择用第二种方法来进行设计。
1.1 二进制计数的原理二进制计数的原理图如图1.1.1所示，可以用一个T触发器接成一个'T触发器，这样在时钟的作用下，每来一个时钟触发器的输出与前一个状态相反，这样就够成了一个二进制计数器。
图1.1.1 二进制计数原理图图1.1.2 二进制计数波形图1.2 五进制计数的原理五进制计数的原理图如图2.2.1所示，要进行五进制计数，至少要有3个存储状态的触发器，本原理图中选用两个JK 触发器和一个'T 触发器构成五进制计数器，在时钟的作用下就可以进行五进制计数。
图1.2.1 五进制计数原理图图1.2.2 五进制计数波形图2 系统电路的设计及原理说明2.1 系统框图及说明图2.1.1 十进制计数框图图2.1.2 二-五进制计数框图根据设计的要求，在构成十进制计数器时，只需将二进制计数器和五进制计数器级联起来，即将二进制计数器的输出作为五进制计数器的时钟输入接起来就可以实现十进制计数了。
而在进行二-五进制计数时，可以将五进制计数器的输出作为二进制计数器的时钟输入，外部时钟输入到五进制计数器的时钟输入端即可在一个外部输入时钟的控制下分u oClk u ou 1别产生二进制计数和五进制计数了。
数字电路与逻辑设计 第6章计数器11
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 & &
∧
CR LD D3 D2 D1 D 0 1
CR LD D3 D2 D1 D 0 1
∧
CTT CTP CP
1 计数脉冲
由前面例题分析中可以发现，用反馈置零法设计 计数器存在一个普遍规律：
例3：用74161计数器实现模12计数。 Q3Q 2 CR
1 CP
CTP D3D2D1D0 CO CTT
1 CP
例2:分析图示电路的功能
1
CTP CTT D3 D2 D1 D0 CO
74161
Q3 Q2 Q1 Q0
LD
CP
CR
&
2、采用清零法设计任意模值计数器设计步骤
☆
确定有效状态
☆ 找出反馈清零状态 产生反馈清零信号 ☆ 画出计数器的逻辑电路
反馈清0法的基本思想是： 计数器从全0状态S0开始计数，计满 M个状态产生清0信号，使计数器恢复 到初态S0,然后再重复前面过程。
&
&
&
&
1
1
1
&
LD
D0
CR
D1
CP
D2
数字电路计数器设计
数字电路计数器设计数字电路计数器是计算机中常见的一个重要模块，用于计数、记步等应用场景。
本文将介绍数字电路计数器的设计方法，包括基本设计原理、电路结构以及应用案例等内容。
一、基本设计原理数字电路计数器是一种组合逻辑电路，可以将输入的脉冲信号进行计数，并输出对应的计数结果。
常见的计数器有二进制计数器和十进制计数器等。
1. 二进制计数器二进制计数器是一种常见的计数器，在数字系统中使用较为广泛。
它的组成由多个触发器构成，触发器按照特定的顺序连接，形成计数器的环形结构。
当触发器接收到来自时钟信号的脉冲时，计数器的数值就会加1，然后继续传递给下一个触发器。
当计数器的数值达到最大值时，再次接收到时钟信号后，计数器将复位为初始值。
2. 十进制计数器十进制计数器是一种特殊的计数器，用于十进制数字的计数。
它的设计原理与二进制计数器相似，但是在输出端需要进行十进制的译码，将计数结果转换为相应的十进制数字。
二、电路结构设计根据数字电路计数器的设计原理，我们可以构建一个简单的四位二进制计数器的电路结构，具体如下：1. 触发器触发器是计数器的基本单元，用于存储和传递计数值。
我们选择JK触发器作为计数器的触发器单元，因为JK触发器具有较好的特性，可以实现较好的计数功能。
2. 时钟信号时钟信号是触发器计数的时序基准，常用的时钟信号有正脉冲和负脉冲信号。
我们可以通过外部引入时钟源，使计数器在每个时钟信号的作用下进行计数。
3. 译码器译码器用于将计数器的计数结果转换为相应的输出信号。
在二进制计数器中，我们可以通过数值比较器进行译码，将每个计数值与预设的门限值进行比较，并输出对应的结果。
三、应用案例数字电路计数器在很多实际应用场景中都有广泛的应用。
以下是其中的一个应用案例：假设有一个灯光控制系统，系统中有8盏灯，可以通过按键进行控制。
要求按下按键时，灯光依次进行倒计时，最后一盏灯亮起后，再按下按键时，灯光依次恢复原来的状态。
该应用可以使用四位二进制计数器进行实现。
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计数器逻辑功能和设计
一、引言
计数器是数字电路中常见的一种组合逻辑电路，用于实现计数功能。
计数器逻辑功能和设计是数字电路领域的重要内容，本文将从以下几
个方面介绍计数器的逻辑功能和设计。
二、计数器的分类
根据计数器的工作原理和输出信号类型，可以将计数器分为同步计数
器和异步计数器两种类型。
同步计数器是基于时钟信号进行同步操作的，输出信号与时钟信号同步；异步计数器则不依赖时钟信号，通过
电路自身反馈实现计数。
三、同步计数器的逻辑功能
同步计数器采用时钟触发方式进行操作，其逻辑功能主要包括预置、
清零和累加三个部分。
1. 预置
预置功能是指在特定条件下将计数值设置为一个确定值。
通常情况下，在正常工作状态下，预置输入端保持高电平状态。
当需要将计数值设
置为一个确定值时，将预置输入端接地或拉低即可。
2. 清零
清零功能是指将当前的计数值清零，并从0开始重新累加。
通常情况下，在正常工作状态下，清零输入端保持高电平状态。
当需要清零时，将清零输入端接地或拉低即可。
3. 累加
累加功能是指将当前计数值加1，并输出新的计数值。
同步计数器的累加功能受到时钟信号的控制，每个时钟脉冲到来时，累加器就会将当
前计数值加1，并输出新的计数值。
四、同步计数器的设计
同步计数器的设计需要考虑以下几个方面：位数、工作模式和状态转
移方程。
1. 位数
位数是指计数器能够表示的最大数字。
例如，一个4位二进制计数器
可以表示0~15共16个数字。
在设计中需要根据实际需求确定位数。
2. 工作模式
同步计数器有两种工作模式：正向计数和逆向计数。
正向计数是从0
开始逐次增加；逆向计数则是从最大值开始逐次减少。
在设计中需要
根据实际需求确定工作模式。
3. 状态转移方程
状态转移方程是指通过输入信号和当前状态来确定下一个状态的表达式。
在同步计算器中，状态转移方程通常采用JK触发器实现。
例如，一个4位二进制正向计算器可以使用4个JK触发器实现，其状态转移方程为：
Q0 = J0K0 + Q'0K0
Q1 = J1K1 + Q'1K1 + Q0K1
Q2 = J2K2 + Q'2K2 + Q1K2
Q3 = J3K3 + Q'3K3 + Q2K3
其中，J和K是输入信号，Q是当前状态，Q'是当前状态的补码。
五、异步计数器的逻辑功能
异步计数器采用电路自身反馈实现计数功能，其逻辑功能主要包括触发条件和输出信号两个部分。
1. 触发条件
异步计数器的触发条件通常是由电路自身反馈实现。
例如，在一个2位二进制异步计数器中，当第一位为“1”时，第二位为“0”时会触发翻转。
这样就能够实现从00到11的循环计数。
2. 输出信号
异步计数器的输出信号与触发条件有关。
通常情况下，输出信号为当前状态的补码。
例如，在一个4位二进制异步计数器中，当从0000到1111时会不断重复循环。
六、异步计数器的设计
异步计算器的设计需要考虑以下几个方面：状态转移图、状态转移表和电路实现。
1. 状态转移图
状态转移图是指通过图形方式表示出不同状态之间的关系。
在设计中需要根据实际需求绘制出状态转移图。
2. 状态转移表
状态转移表是指通过表格方式表示出不同状态之间的关系。
在设计中需要根据实际需求绘制出状态转移表。
3. 电路实现
异步计数器的电路实现通常采用触发器和逻辑门组合实现。
例如，在一个2位二进制异步计数器中，可以使用两个SR触发器和一些逻辑门来实现。
七、总结
计数器是数字电路中常见的一种组合逻辑电路，用于实现计数功能。
同步计数器和异步计数器是两种常见的计数器类型，其逻辑功能和设计各有特点。
在设计时需要考虑位数、工作模式、状态转移方程、触发条件、输出信号等因素，并采用触发器和逻辑门等元件进行组合实现。