数字电子技术课程项目 -

计数器

定义:计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。

分类:按构成计数器中各触发器时钟端连接的方式分为同步计数器和异步计数器两类。如果按照计数过程中数字增减分类，又可将计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器，随计数脉冲做递加计数的为加法计数器，随计数脉冲做递减计数的为减法计数器，可增可减的叫做可逆计数器。按计数器的进制又分为二进制计数器、十进制计数器、十二进制计数器、六十进制计数器和其它任意进制计数器。

通常使用的计数器都是电子计数器，电子计数器的计数功能主要由自身元器件( 如内部集成电路) 和外部计数信号以及所配传感器来实现相应的计数。

电子计数器组成部分及其作用：电子计数器的专用芯片一般通常采用微功耗、抗干扰能力强的CMOS工艺制造。电子计数器主要由输入电路、比较电路、时间基准电路、控制电路和计数显示电路等部分组成。

（1）输入电路:电子计数器的输入电路主要有三个作用，一是阻抗变换，二是电压放大，三是整形，所以它有三个组成部分。阻抗变换的目的是通过提高输入端的阻抗来减小对被测信号源的分流，常用晶体管射极跟随器或场效应管源极跟随器来实现。电压放大采用输入放大器，它们除需具有一定的放大倍数外，还需要有较宽的通频带，以保证电子计数器有一定的灵敏度和测量范围。整形电路的作用是对被测量整形，使输至比较电路入口的波形规整化，成为前、后沿较陡的矩形脉冲，以保证计数电路能被可靠地触发，整形电路常用施密特触发器来实现。（2）比较电路:电子计数器的比较电路是由一个与门电路来实现被测信号（如频率）与标准时间信号的比较的。

（3）时间基准电路（时基电路）:电子计数器是用比较法进行测量的，也就是将被测信号与一系列标准时间信号进行比较。例如，测量频率时用的标准时间信号（时标信号）是一系列闸门时间，如1ms、10ms、100ms、1s、10s等。电子计数器能否正常工作以及测量精度的高低，与标准时间信号有着直接关系。所以，对标准时间信号的要求，一是要有高精度，二是能多组送出。要满足这些要求，可采用高精度、置于恒温槽中的石英晶体振荡器来产生标准时间信号，并采用倍

频或分频器，将标准时间信号分成一系列的时基信号。例如，七级十分频器能将1MHz的标准频率分为100kHz、1OkHz、1kHz、10OHz、10Hz、1Hz和0.1Hz（相应的闸门时间分别为10μs，100μs、100ms、1ms、10ms、10ms、1s、10s），然后，再根据需要通过选择电路送出。

（4）控制电路:控制电路是电子计数器的指挥系统，在控制电路所送出的各种控制信号的指挥下，协调计数器各单元电路的工作。一般计数器每进行一次测量总要经过测量准各、测量、显示测量结果、复原等阶段。通常，在测量准各阶段要使计数器复零，主闸门处于等待打开状态。在测量阶段，主闸门打开，计数器对被测信号进行计数测量。主闸门关闭后，需要将测量结果以数字的形式显示出来，并保持一定时间，供测量者观察与记录。一次测量完毕后还要为下一次测量做好准各。所有上述动作都是在控制电路的统一指挥下进行的。控制电路实际上是一个脉冲组合电路，由双稳电路、单稳电路等构成，与时基信号同步的各控制信号分别送往各受控单元。

（5）计数显示电路:电子计数器的计数电路是对来自闸门的脉冲个数进行计数，并将计数结果用数字显示出来的仪器。为了提高计数器的测量速度，并使每一次测得的数据段相对稳定地显示出来，常在计数电路后加上寄存器，用来暂时寄存测量所得的数据。

（6）自校:自校是电子计数器对其内部基准信号源进行测量的一种功能，可借以检查自身的逻辑功能是否正常。自校和测频率的原理相同，计数器的读数即为频率数。闸门时间可以采用不同值，只是被测信号不是外加的，而是取自计数器内部的标准时间信号，即标准时间信号由石英晶体振荡器经分频器或倍频器提供。如取闸门时间为1s，而传送的标准时间信号是周期为10s的信号，则自校的读数为1000000，表示标准时间信号频率为1MHz。

计数器的应用：大量应用于工业自动化控制系统，广泛用于石油、化工、纺织、机械、矿山、国防、农业、食品、印刷等各行业。在科研上最新的计数器应用是闪烁计数器，可用的闪烁体种类很多，用得较多的有NaI（加微量Tl)、CSI(加微量Tl)、ZnS(加微量Ag )等无机盐晶体和蒽、茋、对联三苯等有机晶体，也有用液体、塑料或气体的闪烁体。它不仅能探测各种带电粒子，还能探测各种不带电的核辐射；不仅能探测核辐射是否存在，还能鉴别它们的性质和种类；不但能

计数，还能根据脉冲幅度确定辐射粒子的能量。在核物理和粒子物理实验中应用十分广泛。另外还有气体闪烁正比计数器:GSPC，用闪烁计数器测定岩石样品中的镭含量 ，医学上用液体闪烁计数器测定血红蛋白、用闪烁计数器探测宇宙射线等多方面的研究。手机中的计数器就是日常生活中最最常见的计数器了，它的应用包括通话、短信、数据等类别的记录。生活中另一常见的应用计数器的机器是打印机，厂商在各种打印设备上设置计数器，如时间计数器、故障计数器、印量计数器、耗材计数器。

555定时器

定义：555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用互补金属氧化物（CMOS）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

工作条件：555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

组成部分：它由比较器、分压器、基本RS 触发器、晶体管开关（放电管）、输出缓冲器五个部分组成。

（1）比较器：电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的理想运算放大器。比较器有两个输入端，分别用U+和U-表示相应输入端上所加的电压，用Uc表示比较器的比较结果。U+>U-时，Uc=UH，而U+

（2）分压器：三个阻值均为5kΩ的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。工作中不用C0端时，一般都通过一个0.01μF的电容接地，以旁路高频干扰。

（3）基本RS 触发器：由两个与非门组成，是可从外部进行置0的直接复位端，当 R＝0时，使Q=0，Q0=1。

（4）晶体管开关（放电管）：晶体管TD构成开关，其状态受Q0端控制。Q0＝0 时，晶体管截止，而Q0＝1时，晶体管导通。

（5）输出缓冲器:输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。

555集成定时器电路结构

555定时器基本功能

应用特点：(1)无稳态触发器：也称为多谐振荡器,其输出必须能够在0、1之间来回跳变,形成矩形波,输出跳变的原因是因为RC回路反复的充、放电过程导致输入端不断变化。充、放电过程能自动切换反复进行的条件是:当输出为1，能启动充电回路工作使输入端电位不断抬高,高到逻辑1时,输出跳变为0;当输出为0,能启动放电回路工作使输入端电位不断降低,低到逻辑0时,输出跳变为1,555电路充、放电过程的切换可以通过放电7腿进行,也可以通过输出3腿进行,还可以同时通过二极管隔离。

（2）单稳态触发器：所谓单稳态触发器,输出的0、1中只有一种状态是稳定的,外输入信号作为触发信号,当其有效时,输出进入暂态,此时的输出为暂态的根本原因在于:进入该状态一定会启动RC电路充、放电过程,这两个过程首先进行的一定使输出回到稳态,接着自动切换到另一过程使输入回到稳态时对应的状态：无信号,但输出不变。

(3)施密特触发器：施密特触发器的工作原理和多谐振荡器基本一致，无原则不同，只不过多谐振荡器是靠电容器的充放电去控制电路状态的翻转，而施密特触发器是靠外加电压信号去控制电路状态的翻转。所以，在施密特触发器中，外加信号的高电平必须大于2/3Vcc，低电平必须小于1/3Vcc，否则电路不能翻转。

应用：555触摸定时开关：集成电路555定时器接成单稳态电路。平时触摸片P端无人触摸没有感应电压，电容C1通过555管脚7放电完毕，管脚3输出为低电平0,继电器释放，路灯不亮。当触摸金属片P时，人体自身感应电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低电平变成高电平，继电器闭合吸合，电灯点亮。同时，555管脚7开始截止，电源便通过R1给C1充电，即定时的开始。当电容C1的电压达到电源电压2/3时，555管脚7使C1放电，管脚3输出由高电平变回到低电平，继电器打开，路灯熄灭，定时结束。定时氏短由R1, C1组成的RC电路决定T=1.1R1*C1。

还可以利用555定时器振荡频率不同组成双音门铃，能产生叮咚声。利用555定时器的报警电路能够对外界的声、光等信号进行报警。利用555定时器制作吹出“阵风”的电风扇，供一些小孩和老人使用。利用555定时器制作成相机曝光定时器等。

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