BCD計(jì)數(shù)器電路分析

BCD計(jì)數(shù)器是一種特殊類型的數(shù)字計(jì)數(shù)器，在應(yīng)用鎖定信號(hào)時(shí)可以計(jì)數(shù)到10個(gè)

我們之前看到，切換T型觸發(fā)器可以作為個(gè)體使用除以兩個(gè)計(jì)數(shù)器。如果我們將串聯(lián)鏈中的幾個(gè)觸發(fā)器觸發(fā)器連接在一起，我們就可以生成一個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)器，用于存儲(chǔ)或顯示特定計(jì)數(shù)序列發(fā)生的次數(shù)。

時(shí)鐘T型觸發(fā)器充當(dāng)二進(jìn)制二分頻計(jì)數(shù)器，在異步計(jì)數(shù)器中，一個(gè)計(jì)數(shù)級(jí)的輸出為下一級(jí)提供時(shí)鐘脈沖。然后觸發(fā)器計(jì)數(shù)器具有兩種可能的輸出狀態(tài)，并且通過(guò)添加更多觸發(fā)器級(jí)，我們可以進(jìn)行2分頻 N 計(jì)數(shù)器。但是4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的問(wèn)題在于它們從 0000 到 1111 。這是從0到15的十進(jìn)制。

要使數(shù)字計(jì)數(shù)器從1到10計(jì)數(shù)，我們需要讓計(jì)數(shù)器只計(jì)算二進(jìn)制數(shù) 0000 到 1001 。這是十進(jìn)制的0到9，幸運(yùn)的是，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，計(jì)數(shù)電路很容易作為集成電路使用，其中一個(gè)這樣的電路是異步74LS90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

數(shù)字計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)在應(yīng)用時(shí)鐘信號(hào)時(shí)從零到一些預(yù)定的計(jì)數(shù)值。一旦達(dá)到計(jì)數(shù)值，重置它們會(huì)使計(jì)數(shù)器返回到零以重新開(kāi)始。

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器以十進(jìn)制計(jì)數(shù)，然后在計(jì)數(shù)九之后返回到零。顯然要計(jì)算二進(jìn)制值9，計(jì)數(shù)器必須在其鏈中至少有四個(gè)觸發(fā)器來(lái)表示每個(gè)十進(jìn)制數(shù)字，如圖所示。

BCD計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖

然后十年計(jì)數(shù)器有四個(gè)觸發(fā)器和16個(gè)潛在狀態(tài)，其中只有10個(gè)被使用，如果我們連接一系列計(jì)數(shù)器我們可以計(jì)算到100或1,000或我們選擇的最終計(jì)數(shù)。

計(jì)數(shù)器可以計(jì)數(shù)的總計(jì)數(shù)稱為 MODULUS 。在n計(jì)數(shù)后返回到零的計(jì)數(shù)器稱為模數(shù)計(jì)數(shù)器，例如模8（MOD-8）或模16（MOD- 16）計(jì)數(shù)器等，對(duì)于“n位計(jì)數(shù)器”，整個(gè)計(jì)數(shù)范圍從 0 到 2n-1 。

但正如我們?cè)诋惒接?jì)數(shù)器教程中看到的那樣，一個(gè)計(jì)數(shù)器在十次計(jì)數(shù)之后重置，從二進(jìn)制 0000 （十進(jìn)制“0”）到 1001的10分頻計(jì)數(shù)序列（十進(jìn)制“9”）簡(jiǎn)稱為“二進(jìn)制編碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器”或BCD計(jì)數(shù)器，MOD-10計(jì)數(shù)器可以使用最少四個(gè)切換翻轉(zhuǎn) - 翻牌。

它被稱為BCD計(jì)數(shù)器，因?yàn)樗氖畟€(gè)狀態(tài)序列是BCD碼的序列，并且沒(méi)有常規(guī)模式，這與直接二進(jìn)制計(jì)數(shù)器不同。然后，諸如74LS90的單級(jí)BCD計(jì)數(shù)器從十進(jìn)制0到十進(jìn)制9計(jì)數(shù)，因此能夠計(jì)數(shù)最多九個(gè)脈沖。另請(qǐng)注意，數(shù)字計(jì)數(shù)器可能會(huì)向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)或向上和向下計(jì)數(shù)（雙向），具體取決于輸入控制信號(hào)。

二進(jìn)制編碼十進(jìn)制代碼8421代碼由四個(gè)二進(jìn)制數(shù)字組成。 8421指定是指所使用的四位數(shù)或位的二進(jìn)制權(quán)重。例如，2 3 = 8,2 2 = 4,2 1 = 2和2 0 = 1 。 BCD代碼的主要優(yōu)點(diǎn)是它允許在十進(jìn)制和二進(jìn)制數(shù)字形式之間輕松轉(zhuǎn)換。

74LS90 BCD計(jì)數(shù)器

74LS90集成電路基本上是MOD-10十年計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生BCD輸出代碼。 74LS90由四個(gè)內(nèi)部連接的主從JK觸發(fā)器組成，提供MOD-2（計(jì)數(shù)到2）計(jì)數(shù)器和MOD-5（計(jì)數(shù)到5）計(jì)數(shù)器。 74LS90有一個(gè)由 CLK A 輸入驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立觸發(fā)JK觸發(fā)器和三個(gè)觸發(fā)JK觸發(fā)器，形成由 CLK B 輸入驅(qū)動(dòng)的異步計(jì)數(shù)器，如圖所示。

74LS90 BCD計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器四個(gè)輸出由字母符號(hào) Q <指定/ span>，其數(shù)字下標(biāo)等于BCD計(jì)數(shù)器電路代碼中相應(yīng)位的二進(jìn)制權(quán)重。例如， Q A ， Q B ， Q C 和 Q D 。 74LS90計(jì)數(shù)序列在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿觸發(fā)，即時(shí)鐘信號(hào) CLK 從邏輯1（高電平）變?yōu)檫壿?（低電平）。

輸入 S時(shí)，附加輸入引腳 R 1 和 R 2 是計(jì)數(shù)器“復(fù)位”引腳 1 和 S 2 是“設(shè)置”引腳。當(dāng)連接到邏輯1時(shí)，復(fù)位輸入 R 1 和 R 2 將計(jì)數(shù)器復(fù)位回零，0 （ 0000 ），當(dāng)設(shè)置輸入 S 1 和 S 2 時(shí)連接到邏輯1，他們將計(jì)數(shù)器設(shè)置為最大值，或9（ 1001 ），無(wú)論實(shí)際計(jì)數(shù)或位置如何。

正如我們之前所說(shuō)，74LS90計(jì)數(shù)器由在同一個(gè)包中的2分頻計(jì)數(shù)器和5分頻計(jì)數(shù)器。然后我們可以使用任一計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生僅2分頻頻率計(jì)數(shù)器，僅使用5分頻頻率計(jì)數(shù)器或兩者一起產(chǎn)生我們所需的10分頻BCD計(jì)數(shù)器。

如果時(shí)鐘信號(hào)施加到輸入引腳14（ CLK A ）并且輸出采用4個(gè)觸發(fā)器組成5分頻計(jì)數(shù)器部分禁用從引腳12（ Q A ）開(kāi)始，我們可以生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的2分頻二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用于分頻電路，如圖所示。

74LS90 2分頻計(jì)數(shù)器

要生成標(biāo)準(zhǔn)的5分頻計(jì)數(shù)器，我們可以禁用上面的第一個(gè)觸發(fā)器，將時(shí)鐘輸入信號(hào)直接施加到引腳1（ CLK B ），輸出信號(hào)取自引腳11（ Q D ）如圖所示。

74LS90 5分頻計(jì)數(shù)器

請(qǐng)注意，使用5分頻計(jì)數(shù)器配置時(shí)，輸出波形不對(duì)稱但具有4：1標(biāo)記空間比。即四個(gè)輸入時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)LOW或邏輯“0”輸出，第五個(gè)輸入時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)HIGH或邏輯“1”輸出。

產(chǎn)生一個(gè)10分頻BCD十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使用兩個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器電路，給出2倍的5分頻值。由于觸發(fā)器“A”的第一個(gè)輸出 Q A 沒(méi)有內(nèi)部連接到后續(xù)級(jí)，因此可以通過(guò)以下方式擴(kuò)展計(jì)數(shù)器以形成4位BCD計(jì)數(shù)器：將此 Q A 輸出連接到 CLK B 輸入，如圖所示。

74LS90 Divide -by-10 Counter

然后我們可以看到BCD計(jì)數(shù)器是從算起的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器0000 到 1001 然后重置，因?yàn)樗軌蛟诘诰糯斡?jì)數(shù)后清除所有觸發(fā)器。如果我們將按鈕開(kāi)關(guān)（ SW 1 ）連接到時(shí)鐘輸入 CLK A ，每次按鈕開(kāi)關(guān)是釋放柜臺(tái)將算一個(gè)。如果我們將發(fā)光二極管（LED）連接到輸出端子， Q A ， Q B ， Q C 和 Q D ，如圖所示，我們可以查看二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)。

74LS90 BCD十年計(jì)數(shù)器

按鈕開(kāi)關(guān)的連續(xù)應(yīng)用， SW 1 將計(jì)數(shù)增加到9,1001。在第十次應(yīng)用中輸出 ABCD 將重置為零以啟動(dòng)新的計(jì)數(shù)序列。使用這樣的MOD-10輪數(shù)脈沖，我們可以使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)字顯示。

如果我們想要使用七段顯示器顯示計(jì)數(shù)序列，BCD輸出需要是在顯示之前適當(dāng)解碼?？梢越獯a74LS90 BCD計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出并點(diǎn)亮所需顯示段的數(shù)字電路稱為解碼器。

駕駛顯示器

對(duì)我們來(lái)說(shuō)幸運(yùn)的是，某人已經(jīng)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一個(gè)BCD到7段顯示解碼器IC，例如74LS47就可以做到這一點(diǎn)。 74LS47有四個(gè)輸入，用于BCD數(shù)字 A ， B ， C 和 D 以及每個(gè)輸入的輸出七段顯示器的各個(gè)部分。

請(qǐng)注意，標(biāo)準(zhǔn)7段LED顯示屏通常有八個(gè)輸入連接，一個(gè)用于每個(gè)LED段，另一個(gè)用作所有內(nèi)部顯示器的公共端子或連接段。某些顯示器還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)（DP）選項(xiàng)。

74LS47 BCD到7段驅(qū)動(dòng)程序

74LS47顯示解碼器接收BCD碼并產(chǎn)生必要的信號(hào)以激活適當(dāng)?shù)腖ED段，負(fù)責(zé)顯示所施加的脈沖數(shù)。由于74LS47解碼器設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極顯示器，因此LOW（邏輯0）輸出將照亮LED段，而HIGH（邏輯1）輸出將其“關(guān)閉”。正常運(yùn)行時(shí)， LT （燈測(cè)試）， BI / RBO （消隱輸入/紋波消隱輸出）和 RBI （紋波消隱輸入）必須全部打開(kāi)或連接到邏輯1（高電平）。

請(qǐng)注意，雖然74LS47具有低電平有效輸出，旨在解碼共陽(yáng)極7段LED顯示，74LS48解碼器/驅(qū)動(dòng)器IC除了具有用于解碼共陰極7段顯示器的有效HIGH輸出之外，它們完全相同。因此，根據(jù)7段LED顯示器的類型，您可能需要74LS47或74LS48解碼器IC。

74LS47二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制輸入可以連接到74LS90 BCD計(jì)數(shù)器的相應(yīng)輸出每次按下 SW1 按鈕時(shí)，顯示7段顯示屏上的計(jì)數(shù)序列。通過(guò)改變按鈕和10kΩ電阻的位置，可以在按鈕開(kāi)關(guān)的激活或釋放時(shí)改變計(jì)數(shù)， SW1 。

最終的4位BCD計(jì)數(shù)器電路

請(qǐng)注意，7段顯示器由7個(gè)獨(dú)立的發(fā)光二極管組成，以形成顯示。限制通過(guò)七段顯示器的電流的最佳方法是使用與七個(gè)LED中的每一個(gè)串聯(lián)的限流電阻器，如圖所示。但我們可以通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

限流電阻

單電阻- 使用單個(gè)串聯(lián)限流電阻， R 。如果您不是特別關(guān)注恒定的顯示亮度，那么這是控制7段顯示的最簡(jiǎn)單和最簡(jiǎn)單的選擇。

LED發(fā)出的光量隨著通過(guò)設(shè)備的電流而變化。流過(guò)電阻器的電流在多個(gè)顯示段之間共享。那么顯示器的亮度現(xiàn)在取決于同時(shí)照亮多少段。

多個(gè)電阻器- 每個(gè)段都有自己的限流電阻，如上面的簡(jiǎn)單BCD計(jì)數(shù)器電路所示。

通常，7段顯示器需要大約12到20毫安來(lái)照亮這些段，因此選擇限流電阻器的電阻值（全部將是相同的）以將電流限制在這些值內(nèi)。請(qǐng)注意，如果以40mA及以上的電流驅(qū)動(dòng)，有些顯示器可能會(huì)被破壞。

這里的優(yōu)點(diǎn)是特定LED段的亮度不依賴于其他六個(gè)LED的狀態(tài)，使顯示器的亮度恒定?？梢赃x擇限流電阻的值以提供正確的亮度，因?yàn)榄h(huán)境光量也將決定所需的LED強(qiáng)度。

我們的電路顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的0到9數(shù)字計(jì)數(shù)器使用74LS90 BCD計(jì)數(shù)器和74LS47 7段顯示驅(qū)動(dòng)程序。為了計(jì)算10以上并產(chǎn)生2位數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和顯示器，我們需要將兩個(gè)獨(dú)立的十分計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)在一起。一個(gè)2位BCD計(jì)數(shù)器將從00到99（0000 0000到1001 1001）以十進(jìn)制計(jì)數(shù)，然后重置回00.請(qǐng)注意，盡管它是一個(gè)2位計(jì)數(shù)器，但值代表來(lái)自 A <的十六進(jìn)制數(shù)字/ span>到 F 在此代碼中無(wú)效。

同樣，如果我們想從0到999（0000 0000 0000到1001 1001 1001）計(jì)數(shù)，那么三級(jí)聯(lián)十年計(jì)數(shù)器是必需的。實(shí)際上，可以簡(jiǎn)單地通過(guò)將各個(gè)BCD計(jì)數(shù)器電路級(jí)聯(lián)在一起來(lái)構(gòu)建多十個(gè)計(jì)數(shù)器，每個(gè)十年一個(gè)，如圖所示。

2位BCD計(jì)數(shù)器從00到99

BCD計(jì)數(shù)器摘要

在本教程中，我們看到BCD計(jì)數(shù)器是一個(gè)經(jīng)歷十個(gè)狀態(tài)序列的設(shè)備當(dāng)它被計(jì)時(shí)并在計(jì)數(shù)9之后返回0.在上面的簡(jiǎn)單示例中，輸入時(shí)鐘脈沖來(lái)自按鈕開(kāi)關(guān)，但計(jì)數(shù)器可用于計(jì)算許多真實(shí)世界事件，例如計(jì)算移動(dòng)物體。

然而，可能需要合適的電路來(lái)為每個(gè)要計(jì)數(shù)的事件生成電脈沖，因?yàn)檫@些事件可能以離散的時(shí)間間隔發(fā)生，或者它們可能是完全隨機(jī)的。

在許多數(shù)字電子中電路和應(yīng)用，數(shù)字計(jì)數(shù)器使用Toggle觸發(fā)器或任何其他類型的觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，可以連接以提供所需的切換功能，或與使用專用計(jì)數(shù)IC，如74LS90。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是通過(guò)二進(jìn)制序列的計(jì)數(shù)器，n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器由“n”個(gè)觸發(fā)器組成，從0到2n-1計(jì)數(shù)。

BCD計(jì)數(shù)器遵循十個(gè)序列使用 0000 到 1001 的BCD編號(hào)進(jìn)行狀態(tài)和計(jì)數(shù)，然后返回 0000 并重復(fù)。這樣的計(jì)數(shù)器必須至少有四個(gè)觸發(fā)器來(lái)表示每個(gè)十進(jìn)制數(shù)字，因?yàn)槭M(jìn)制數(shù)字由二進(jìn)制代碼表示，至少有4位給出MOD-10計(jì)數(shù)。

我們也見(jiàn)過(guò)可以使用四個(gè)LED或數(shù)字顯示器顯示BCD編碼輸出。但要顯示0到9之間的每個(gè)數(shù)字需要一個(gè)解碼器電路，它將二進(jìn)制編碼數(shù)字表示轉(zhuǎn)換為每個(gè)顯示段上的適當(dāng)邏輯電平。

顯示解碼器電路可以由組合邏輯元件構(gòu)成市場(chǎng)上有許多專用集成電路來(lái)執(zhí)行這項(xiàng)功能，例如74LS47 BCD到7段解碼器/驅(qū)動(dòng)器IC。

大多數(shù)7段顯示器通常用于多位數(shù)計(jì)數(shù)應(yīng)用，所以通過(guò)將更多BCD計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)在一起，可以構(gòu)建4位計(jì)數(shù)器，最大讀數(shù)為9999。

74LS90 BCD計(jì)數(shù)器是一種非常靈活的計(jì)數(shù)電路，可用作分頻器或制造通過(guò)將適當(dāng)?shù)妮敵龇答伝豂C的復(fù)位和置位輸入，將任何整數(shù)計(jì)數(shù)從2分為9。