計數器74HC161邏輯功能測試電路設計

何 葉

（江蘇省江陰中等專業學校，江蘇 無錫 214433）

0 引 言

計數器是一種貼近日常生活的小產品，應用范圍遍布各行各業，給人類的生活帶來了極大的便利。例如，手機時鐘功能中的秒表計時器、小米運動手環以及醫療用的“心跳機”等[1]。在數字電子技術中，計數器除了有計數時鐘脈沖功能外，還有定時、分頻以及產生脈沖等功能。74HC161作為一種常見二進制計數器被廣泛應用，若能正確理解和掌握74HC161集成塊的邏輯功能，將有助于電路的裝配、調試以及故障排除。因此，設計一款方便操作、結構簡便以及功能現象明顯的74HC161邏輯功能測試電路。

1 74HC161各引腳的功能

74HC161是一種四位二進制加法計數器，應用廣泛。圖1是74HC161芯片的各引腳排序圖，封裝形式是16 DIP。稱為清零端，有效電位是低電位。CP稱為時鐘的輸入端，在輸入時鐘脈沖的上升沿階段可以有效計數。P0～P3稱為4個數據預置端。Q0～Q3稱為計數器4位BCD碼的輸出端。CEP、CET是時鐘允許輸入控制端，有效電位是高電位。是同步預置數控制端，有效電位是低電位。當該引腳端輸入低電位時，下一個計數脈沖到來時能把加在預置端P3、P2、P1以及P0上的輸入數值輸送到計數器輸出端，即 Q3、Q2、Q1、Q0、P3、P2、P1以及P0。還有一個進位輸出端CO，其邏輯關系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。第 16腳為連接電源端，第8腳為接地端。

圖1 芯片74HC161引腳的分布圖

2 功能電路設計思路

2.1 電路要求

設計一款簡易、清晰電路，主要用于測試芯片74HC161的計數功能。電路盡可能設計得簡潔明了、操作方便。電路裝調檢測無誤后，接入+5 V直流電源，待計數功能測試完畢，可以利用74HC161芯片的異步清零和同步置數功能構成任意N進制加法計數器。

2.2 分析思路

根據設計要求，嘗試設計了一款測試芯片74HC161計數功能的簡易電路[2]，原理如圖2所示，實物如圖3所示。設計中巧妙運用了3個單獨的撥碼開關S0～S2來解決高低電位的選擇問題。例如，開關S0控制預置端9腳的高低電位，開關S1、S2控制時鐘允許輸入控制端7腳和10腳為低電位或者高電位。在檢測芯片計數功能時，測試者能通過簡單的操作給相應的端口輸入所需電位。電路的4個輸出端分別接上4個紅色的LED發光二極管。此外，還有一個進位輸出端接上一個綠色的LED發光二極管。測試者可通過觀察發光二極管的亮滅，判斷輸出端輸出的是高電位“1”還是低電位“0”，進而計算出計數結果。

圖2 芯片74HC161計數功能的測試原理圖

圖3 芯片74HC161計數功能測試實物圖

2.3 電路測試

計數電路中所選擇的元器件參數如表1所示。在電路裝調檢測無誤后，接入+5 V直流穩壓電源，通過選擇開關S0～S2的狀態測試電路。

表1 元器件清單表

3 功能拓展

從測試的芯片74HC161邏輯功能表表2可以看出，當1腳清零端時，計數器輸出為“0000”，稱為“異步清零”功能。當1腳且 9腳時，同時有CP信號上升沿作用，那么芯片輸出端Q3、Q2、Q1以及Q0的狀態分別與預置數端P3、P2、P1以及P0的狀態一樣，稱為“同步置數”功能。計數功能的實現要同時滿足以下條件清零端、同步預置數控制端以及2個時鐘允許輸入控制端均是高電位，且CP脈沖上升沿作用，計數器加1。所以，合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74HC161芯片可以組成十六進制以下的任意N進制加法計數器。圖4是應用兩種不同方法分別構成的十進制計數器。

表2 74HC161芯片的邏輯功能表功能

圖4 74HC161芯片構成的十進制計數器

也可以設計超過十六進制的計數器，那么需要通過兩個或者兩個以上74HC161進行級聯實現。實際生活中，常見的60進制計數器是運用兩個74HC161芯片實現的，如圖5所示。

圖5 兩個74HC161芯片構成的60進制計數器

4 結 論

這款74HC161芯片邏輯功能測試電路不僅能使人們輕松掌握其內部的邏輯功能，而且通過實物圖展現了抽象的“異步清零”和“同步置數”兩個功能，以便更好地把普通進制的計數器轉換為任意N進制計數器，思路更加開闊，用途更為廣泛[3]。但是，需要注意，無論是哪個進制的計數器，并不能直接顯示計數結果，通常需聯合譯碼電路驅動LED屏才能顯示。