计数器

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2769页（2056字）

计数器的用途相当广泛，不仅可用于统计输入脉冲的个数，还可作分频器、节拍发生器等。计数器有多种分类方式。从计数器内部各触发器间的动作关系，可分为同步计数器和异步计数器；从计数状态的循环周期，可分成不同模数的计数器，如模2(二进制)和模10(十进制)计数器等；从计数状态的转换次序，又可分为加法计数、减法计数和可逆计数等。

对计数电路的分析，可先由所给逻辑电路写出各触发器控制端的逻辑表达式。如图8．3－55a)所示电路，各触发器控制端的逻辑表达式为

图8．3－55 逻辑电路然后，根据逻辑电路中触发器的逻辑功能，列表分析各触发器的状态转换过程。一般由初始状态开始分析，直至原状态再次出现时为止。该电路状态转换波形如图b)所示，状态转换过程见表8．3－51。

表8．3－51 计数电路触发器状态转换过程

(3)确定计数器的模数、加法或减法。由表可见，该电路为同步八进制加法计数器。

按照上述同样的分析方法和步骤，经分析后可知，图8．3－56a)和b)所示电路，分别为同步十进制加法计数器和异步五进制加法计数器。

图8．3－56 计数电路

a)同步十进制加法计数器 b)异步五进制加法计数器

计数电路的设计有很多方法，可以根据要求用触发器组成，有时也可采用中规模组件连接而成。利用触发器设计计数电路，因同步计数电路中各触发器同时动作，从而动作速度比异步计数电路快。下面举例说明同步计数电路的一般设计方法。例如数字控制装置中常用的步进电动机有ABC三个绕组，电机运行时要求绕组以A→AB→B→Bc→c→CA顺序循环通电，为设计满足这一控制要求的计数电路时，其设计步骤如下：

①根据要求确定计数器模数和所需触发器的个数。这里电机通电顺序共六步，所以计数电路应包括六个状态，至少需要三个触发器。

②确定触发器类型。最常用的是J－K或D触发器，这里选用J－K触发器。

③列状态转换表。假设用三个触发器的输出端Q_A、Q_B、Q_c分别控制电机的三个绕组A、B、C，并以1状态表示通电，以0状态表示不通电，据此可得出各触发器状态转换过程，见表8．3－52。

表8．3－52 计数控制电路触发器状态转换过程

④根据所选触发器的状态表，确定状态转换时对触发器各控制端电平的要求，见表8．3－52。

⑤根据各状态下对控制电平的要求，用卡诺图化简，如图8．3－57所示，从而写出各控制端的逻辑表达式。

图8．3－57 卡诺图

⑥根据逻辑表达式，画出计数电路图，如图8．3－58所示。

图8．3－58 计数控制电路

⑦对未利用状态进行校验，以确定所设计的计数器能否自起动。

利用中规模计数器组件构成计数电路的方法，有反馈置零法、反馈预置数法、综合因子法等．图8．3－59所示电路，是两片74LS90分别按8421码十进制计数方法连接，利用反馈置零法，实现二十四进制加法计数功能的。其中74LS90(1)为个位，74LS90(2)为十位。计数脉冲由个位片的C_A送入，十位片的计数脉冲由个位片的高位输出提供。当两片计数值为24时，将Q_B2和Q_c1的状态分别反馈到组件的两清零端，使两片的R₀₍₁₎=R₀₍₂₎=1，强迫计数器清0，从而完成一个计数循环。

图8．3－59 反馈置零法电路

国产TTL计数器系列的主要性能参数见表8．3－53。

表8．3－53 国产TTL计数器系列品种

注：表中所列P_D和f_max的数值为典型规范值。