BCD计数器电路分析

BCD计数器是一种特殊类型的数字计数器，在应用锁定信号时可以计数到10个

我们之前看到，切换T型触发器可以作为个体使用除以两个计数器。如果我们将串联链中的几个触发器触发器连接在一起，我们就可以生成一个数字计数器，用于存储或显示特定计数序列发生的次数。

时钟T型触发器充当二进制二分频计数器，在异步计数器中，一个计数级的输出为下一级提供时钟脉冲。然后触发器计数器具有两种可能的输出状态，并且通过添加更多触发器级，我们可以进行2分频 N 计数器。但是4位二进制计数器的问题在于它们从 0000 到 1111 。这是从0到15的十进制。

要使数字计数器从1到10计数，我们需要让计数器只计算二进制数 0000 到 1001 。这是十进制的0到9，幸运的是，对于我们来说，计数电路很容易作为集成电路使用，其中一个这样的电路是异步74LS90十进制计数器。

数字计数器向上计数在应用时钟信号时从零到一些预定的计数值。一旦达到计数值，重置它们会使计数器返回到零以重新开始。

十进制计数器以十进制计数，然后在计数九之后返回到零。显然要计算二进制值9，计数器必须在其链中至少有四个触发器来表示每个十进制数字，如图所示。

BCD计数器状态图

然后十年计数器有四个触发器和16个潜在状态，其中只有10个被使用，如果我们连接一系列计数器我们可以计算到100或1,000或我们选择的最终计数。

计数器可以计数的总计数称为 MODULUS 。在n计数后返回到零的计数器称为模数计数器，例如模8（MOD-8）或模16（MOD- 16）计数器等，对于“n位计数器”，整个计数范围从 0 到 2n-1 。

但正如我们在异步计数器教程中看到的那样，一个计数器在十次计数之后重置，从二进制 0000 （十进制“0”）到 1001的10分频计数序列（十进制“9”）简称为“二进制编码十进制计数器”或BCD计数器，MOD-10计数器可以使用最少四个切换翻转 - 翻牌。

它被称为BCD计数器，因为它的十个状态序列是BCD码的序列，并且没有常规模式，这与直接二进制计数器不同。然后，诸如74LS90的单级BCD计数器从十进制0到十进制9计数，因此能够计数最多九个脉冲。另请注意，数字计数器可能会向上计数或向下计数或向上和向下计数（双向），具体取决于输入控制信号。

二进制编码十进制代码8421代码由四个二进制数字组成。 8421指定是指所使用的四位数或位的二进制权重。例如，2 3 = 8,2 2 = 4,2 1 = 2和2 0 = 1 。 BCD代码的主要优点是它允许在十进制和二进制数字形式之间轻松转换。

74LS90 BCD计数器

74LS90集成电路基本上是MOD-10十年计数器，产生BCD输出代码。 74LS90由四个内部连接的主从JK触发器组成，提供MOD-2（计数到2）计数器和MOD-5（计数到5）计数器。 74LS90有一个由 CLK A 输入驱动的独立触发JK触发器和三个触发JK触发器，形成由 CLK B 输入驱动的异步计数器，如图所示。

74LS90 BCD计数器

计数器四个输出由字母符号 Q <指定/ span>，其数字下标等于BCD计数器电路代码中相应位的二进制权重。例如， Q A ， Q B ， Q C 和 Q D 。 74LS90计数序列在时钟信号的下降沿触发，即时钟信号 CLK 从逻辑1（高电平）变为逻辑0（低电平）。

输入 S时，附加输入引脚 R 1 和 R 2 是计数器“复位”引脚 1 和 S 2 是“设置”引脚。当连接到逻辑1时，复位输入 R 1 和 R 2 将计数器复位回零，0 （ 0000 ），当设置输入 S 1 和 S 2 时连接到逻辑1，他们将计数器设置为最大值，或9（ 1001 ），无论实际计数或位置如何。

正如我们之前所说，74LS90计数器由在同一个包中的2分频计数器和5分频计数器。然后我们可以使用任一计数器来产生仅2分频频率计数器，仅使用5分频频率计数器或两者一起产生我们所需的10分频BCD计数器。

如果时钟信号施加到输入引脚14（ CLK A ）并且输出采用4个触发器组成5分频计数器部分禁用从引脚12（ Q A ）开始，我们可以生成一个标准的2分频二进制计数器，用于分频电路，如图所示。

74LS90 2分频计数器

要生成标准的5分频计数器，我们可以禁用上面的第一个触发器，将时钟输入信号直接施加到引脚1（ CLK B ），输出信号取自引脚11（ Q D ）如图所示。

74LS90 5分频计数器

请注意，使用5分频计数器配置时，输出波形不对称但具有4：1标记空间比。即四个输入时钟信号产生一个LOW或逻辑“0”输出，第五个输入时钟信号产生一个HIGH或逻辑“1”输出。

产生一个10分频BCD十进制计数器，使用两个内部计数器电路，给出2倍的5分频值。由于触发器“A”的第一个输出 Q A 没有内部连接到后续级，因此可以通过以下方式扩展计数器以形成4位BCD计数器：将此 Q A 输出连接到 CLK B 输入，如图所示。

74LS90 Divide -by-10 Counter

然后我们可以看到BCD计数器是从算起的二进制计数器0000 到 1001 然后重置，因为它能够在第九次计数后清除所有触发器。如果我们将按钮开关（ SW 1 ）连接到时钟输入 CLK A ，每次按钮开关是释放柜台将算一个。如果我们将发光二极管（LED）连接到输出端子， Q A ， Q B ， Q C 和 Q D ，如图所示，我们可以查看二进制编码的十进制计数。

74LS90 BCD十年计数器

按钮开关的连续应用， SW 1 将计数增加到9,1001。在第十次应用中输出 ABCD 将重置为零以启动新的计数序列。使用这样的MOD-10轮数脉冲，我们可以使用十进制计数器来驱动数字显示。

如果我们想要使用七段显示器显示计数序列，BCD输出需要是在显示之前适当解码。可以解码74LS90 BCD计数器的四个输出并点亮所需显示段的数字电路称为解码器。

驾驶显示器

对我们来说幸运的是，某人已经设计并开发了一个BCD到7段显示解码器IC，例如74LS47就可以做到这一点。 74LS47有四个输入，用于BCD数字 A ， B ， C 和 D 以及每个输入的输出七段显示器的各个部分。

请注意，标准7段LED显示屏通常有八个输入连接，一个用于每个LED段，另一个用作所有内部显示器的公共端子或连接段。某些显示器还有一个小数点（DP）选项。

74LS47 BCD到7段驱动程序

74LS47显示解码器接收BCD码并产生必要的信号以激活适当的LED段，负责显示所施加的脉冲数。由于74LS47解码器设计用于驱动共阳极显示器，因此LOW（逻辑0）输出将照亮LED段，而HIGH（逻辑1）输出将其“关闭”。正常运行时， LT （灯测试）， BI / RBO （消隐输入/纹波消隐输出）和 RBI （纹波消隐输入）必须全部打开或连接到逻辑1（高电平）。

请注意，虽然74LS47具有低电平有效输出，旨在解码共阳极7段LED显示，74LS48解码器/驱动器IC除了具有用于解码共阴极7段显示器的有效HIGH输出之外，它们完全相同。因此，根据7段LED显示器的类型，您可能需要74LS47或74LS48解码器IC。

74LS47二进制编码的十进制输入可以连接到74LS90 BCD计数器的相应输出每次按下 SW1 按钮时，显示7段显示屏上的计数序列。通过改变按钮和10kΩ电阻的位置，可以在按钮开关的激活或释放时改变计数， SW1 。

最终的4位BCD计数器电路

请注意，7段显示器由7个独立的发光二极管组成，以形成显示。限制通过七段显示器的电流的最佳方法是使用与七个LED中的每一个串联的限流电阻器，如图所示。但我们可以通过两种方式实现这一目标。

限流电阻

单电阻- 使用单个串联限流电阻， R 。如果您不是特别关注恒定的显示亮度，那么这是控制7段显示的最简单和最简单的选择。

LED发出的光量随着通过设备的电流而变化。流过电阻器的电流在多个显示段之间共享。那么显示器的亮度现在取决于同时照亮多少段。

多个电阻器- 每个段都有自己的限流电阻，如上面的简单BCD计数器电路所示。

通常，7段显示器需要大约12到20毫安来照亮这些段，因此选择限流电阻器的电阻值（全部将是相同的）以将电流限制在这些值内。请注意，如果以40mA及以上的电流驱动，有些显示器可能会被破坏。

这里的优点是特定LED段的亮度不依赖于其他六个LED的状态，使显示器的亮度恒定。可以选择限流电阻的值以提供正确的亮度，因为环境光量也将决定所需的LED强度。

我们的电路显示了一个简单的0到9数字计数器使用74LS90 BCD计数器和74LS47 7段显示驱动程序。为了计算10以上并产生2位数的十进制计数器和显示器，我们需要将两个独立的十分计数器级联在一起。一个2位BCD计数器将从00到99（0000 0000到1001 1001）以十进制计数，然后重置回00.请注意，尽管它是一个2位计数器，但值代表来自 A <的十六进制数字/ span>到 F 在此代码中无效。

同样，如果我们想从0到999（0000 0000 0000到1001 1001 1001）计数，那么三级联十年计数器是必需的。实际上，可以简单地通过将各个BCD计数器电路级联在一起来构建多十个计数器，每个十年一个，如图所示。

2位BCD计数器从00到99

BCD计数器摘要

在本教程中，我们看到BCD计数器是一个经历十个状态序列的设备当它被计时并在计数9之后返回0.在上面的简单示例中，输入时钟脉冲来自按钮开关，但计数器可用于计算许多真实世界事件，例如计算移动物体。

然而，可能需要合适的电路来为每个要计数的事件生成电脉冲，因为这些事件可能以离散的时间间隔发生，或者它们可能是完全随机的。

在许多数字电子中电路和应用，数字计数器使用Toggle触发器或任何其他类型的触发器实现，可以连接以提供所需的切换功能，或与使用专用计数IC，如74LS90。二进制计数器是通过二进制序列的计数器，n位二进制计数器由“n”个触发器组成，从0到2n-1计数。

BCD计数器遵循十个序列使用 0000 到 1001 的BCD编号进行状态和计数，然后返回 0000 并重复。这样的计数器必须至少有四个触发器来表示每个十进制数字，因为十进制数字由二进制代码表示，至少有4位给出MOD-10计数。

我们也见过可以使用四个LED或数字显示器显示BCD编码输出。但要显示0到9之间的每个数字需要一个解码器电路，它将二进制编码数字表示转换为每个显示段上的适当逻辑电平。

显示解码器电路可以由组合逻辑元件构成市场上有许多专用集成电路来执行这项功能，例如74LS47 BCD到7段解码器/驱动器IC。

大多数7段显示器通常用于多位数计数应用，所以通过将更多BCD计数器级联在一起，可以构建4位计数器，最大读数为9999。

74LS90 BCD计数器是一种非常灵活的计数电路，可用作分频器或制造通过将适当的输出反馈回IC的复位和置位输入，将任何整数计数从2分为9。