一、实验目的
(1)学会用集成电路构成计数器的方法。
(2)掌握中规模集成计数器的使用及功能测试方法。
(3)运用集成计数器构成1/N分频器。
二、实验仪器
(1)数字逻辑电路实验箱
(2)双踪示波器，数字万用表
(3)芯片74LS74、74LS90、74LS00、74LS04各一片，74LS192两片
三、实验原理
计数器是数字系统中用得较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。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，可分为同步计数器和异步计数器; 按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器; 按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器; 还有可预制数功能等等。
1．用D触发器构成异步二进制加法/减法计数器
如图2－15－1所示，是由3个上升沿触发的D触发器组成的3位二进制异步加法计数器。图中各个触发器的反相输出端与该触发器的D输入端相连，就把D触发器转换成为计数型触发器T。
图2－15－1 3位二进制异步加法计数器
将图2－15－1加以少许改变后，即将低位触发器的Q端与高一位的CP端相连，就得到3位二进制异步减法计数器，如图2－15－2所示。
图2－15－2 3位二进制异步减法计数器
2．异步集成计数器74LS90
74LS90为中规模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。其引脚排列图如图2－15－3所示，功能表如表2－15－1所示。
图2－15－3 74LS90的管脚排列图
表2－15－1 74LS90的功能表
3．中规模十进制计数器74LS192
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图2－15－4所示。
图2－15－4 74LS192的引脚排列及逻辑符号
表2－15－1 74LS192的功能表
4．计数器的级连使用
一个十进制计数器只能显示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连使用。同步计数器往往设有进位(或借位)输出端，故可选用其进位(或借位)输出信号来驱动下一级计数器。图2－15－5为用2片74LS192级连使用构成2位十进制加法计数器的示意图。
图2－15－5 74LS192级连示意图
5．实现任意进制计数
(1)用复位法获得任意进制计数器
假定已有一个N进制计数器，而需要得到一个M进制计数器时，只要M＜N，用复位法使计数器计数到M时置零，即获得M进制计数器。如图2－15－6所示为一个由74LS192十进制计数器接成的五进制计数器，如图2－15－6所示。
图2－15－6 五进制计数器
(2)利用预置功能获得M进制计数器
图2－15－7为用三个74LS192组成的421进制的计数器。注意: 此时MR都要接低电平。
外加的由与非门构成的锁存器可以克服器件计数速度的离散性，保证在反馈置“0”信号作用下可靠置“0”。
图2－15－8是一个特殊的十二进制的计数器电路方案。在数字钟里，对十位的计时顺序是1、2、3、…、11、12，即是十二进制的，且无数0。如图2－15－8所示，当计数到13时，通过与非门产生一个复位信号，使74LS192(第二片的时十位)直接置成0000，而74LS192(第一片)，即时的个位直接置成0001，从而实现了从1开始到12的计数。注意此时MR都要接低电平。
图2－15－7 421进制计数器
图2－15－8 特殊的十二进制计数器
四、实验内容
1．用D触发器构成3位二进制异步加法计数器
(1)对照芯片引脚图，把两片74LS74正确地放置到实验箱上DIP14插座中。
(2)把各芯片的接地与电源引脚分别接到实验箱上的“GND”和“+5V”处。
(3)按照图2－15－1所示连线，组成一个3位二进制异步加法计数器。
(4)将组成的异步加法计数器的CR端连接到实验箱上逻辑电平输出单元，CP端接单次脉冲源，输出端Q2、Q1、Q0连接到逻辑电平显示单元，清零端CLR和置位端PR接到逻辑电平输出端并置1。
(5)打开电源，给CP端逐个送入单次脉冲，观察并列表记录Q2～Q0的状态。
(6)将CP端改接到1Hz的连续脉冲输出点，观察并列表记录Q2～Q0的状态。
2．用D触发器构成3位二进制异步减法计数器
参照图2－15－2，实验方法及步骤同上，记录实验结果。
3．测试74LS90的逻辑功能
(1)对照芯片引脚图，把74LS90正确放置到实验箱上的DIP14插座中。
(2)把芯片的第10脚接到实验箱的地“GND”，第5脚接到电源“+5V”。
(3)把芯片的MS1，MS2，MR1，MR2引脚都连接到实验箱上逻辑电平输出单元并置“0”，CP0端接到单次脉冲输出点，此时构成以Q0端作为输出的二进制计数器。
(4)打开电源，按“脉冲产生”按钮，观察Q0端的输出结果。
(5)关闭电源，把单次脉冲改为从CP1引脚输入，此时构成以Q3，Q2，Q1端作为输出的五进制加法计数器。
(6)打开电源，按“脉冲产生”按钮，记录Q3，Q2，Q1端的输出结果。
(7)关闭电源，把芯片上Q0端和CP1端相连，单次脉冲改为从CP0端输入，此时构成以Q3，Q2，Q1，Q0端作为输出的8421码十进制计数器。方法与上同，验证组成的8421码十进制计数器的计数功能。
4．测试74LS192(或CD40192)的逻辑功能
测试方法与74LS90的测试方法相似，自行连接电路，验证其逻辑功能。
5．用74LS192构成其他进制计数器
参照图2－15－6、2－15－8连接电路，用74LS192构成一个五进制计数器和十二进制计数器，自行验证其计数功能。
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