总结计数器使用特点

1 / 33 总结计数器使用特点 实验七 计数器及其应用 一、实验目 的 、学习用集成触发器构成计数器的方法 、掌握中规模集成计数器的使用及功能测试方法 、运用集成计数器构成 1/N分频器 二、实验原理 计数器是一个用以实现计数功能的时 序部件，它不仅可用来及脉冲数，还常用作数子系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。 计数器种类很多。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，有同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同，分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器。根据计数器的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。还有可预制数和可变程序功能计数器等等。目前，无论是 TTL 还是 CMOS 集成电路，都有品种较 齐全的中规模集成2 / 33 计数器。使用者只要借助于器件手册提供的功能和工作波形图以及引出端的排列，就能正确运用这些器件。 1、用 D触发器构成异步二进制加 /减计数器 图 7 1 是用四只 D 触发器构成的四位二进制异步加法计数器，它的连接特点是将每只 D触发器接成 T触发器，在由低位触发器的 Q端和高一位的 CP端相连接。 若将图 7 1 稍加改动，即将低位触发器的 Q 端与高一位的CP端相连接，即构成了一个 4位二进制减法计数器。 、中规模同步集成计数器 同步集成计数器基本类型见表7-1。 表 7- 同步计数器芯片型号和功能 同步 4 位二进制计数器 74LS161的功能见表 7-2， 74LS163 的功能见表 7-3，引脚图见图 7-2。 LD 为置数控制端， CLR 为置控制端， D0 D3为并行数据输入端， Q0 Q3为输出端， CO为进位输出端。 4 位十进制同步计数器 3 / 33 74LS160的功能见表 7-4，引脚图见图 7-2。 74LS162 的功能见表 7-5，引脚图见图 7-2。 表 7- 74LS161 的功能表 表 7-3 74LS163 功能表 表 表 4CC40192(74LS192) 是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列如图 7-3 所示。 图中 LD-置数端， CPUP-加计数端， CPDOWN-减计数端， CO-非同步进位输出端， BO-非同步借位输出端， Q0、 Q1、 Q2、Q3-数据输出端 D0、 D1、 D2、 D3-计数器输入端， CLR-清除端CC40192(74LS192)的功能表如表 7-6，说明如下： 实现任意进制计数 例 1、用 74LS161 构成七进制加法计数器。 4 / 33 解 1 ：采用反馈归零法：利用 74LS161 的异步清零端 RD，强行中止其计数趋势，返回到初始零态。如设初态为 0，则在前 6 个计数脉冲作用下，计数器 QDQCQBQA 按 4 位二进制规律从 0000 0110 正常计数。当第 7 个计数脉冲到来后，计数器状态 QDQCQBQA=0111，这时，通过与非门强行将 QCQBQA的 1 引回到 RD 端，借助异步清零功能，使计数器回到 0000状态，从而实现 七进制计数。电路图如图 7-4所示。 解 2：采用反馈置数法：利用 74LS161的同步置数端 LD，强行中止其计数趋势，返回到并行输入数 DCBA 状态，如图 7-5所示。 扩展成大规模 N 进制的计数器 如果所需要的计数器的进制数大于现有成品计数器， 则可通过多片集成计数器扩展实现。 三、实验设备与器件 1、 +5伏直流电源 2、双踪示波器 3、连续脉冲源 4、单次脉冲源 5、逻辑电平开关 5 / 33 6、逻辑电平显示器 7、译码显示器 8、 CC4013 2(74LS74) CC40192 3(74LS192) CC4011(74LS00) CC4012(74LS20) 四、实验内容 1、用 CC4013 或 74LS74 D 触发器构成位二进制异步加法计数器。 2、测试 74LS16 /1/2/3同步计数器的逻辑功能 ,自制表格记录结果。 3、测试 CC40192 或 74LS192同步十进制可逆计数器的逻辑功能 4、用两片 CC40192 或 74LS192 组成大规模进制计数器，输入 1Hz 连续计数脉冲，进行由 00-99累计计数，记录之。 5、用两片 CC40192 或 74LS192 组成大规模 100 进制减法计数器，输入 1Hz连续计数脉冲，实现由 99-00递减计数，记录之。 6、用两片 74LS160/2 组成大规模进制计数器， 输入 1Hz连续计数脉冲，进行由 00-99 累计计数，记录之。 五、实验预习要求 6 / 33 、复习有关计数器部分内容 、绘出各实验内容的详细线路图 、拟出各实验内容所需的测试记录表格 、查手册、给出并熟悉实验所用各集成块的引脚排列图 六、实验报告 、画出实验线路图，记录、整理实验现象及实验所得的有关波形。对实验结果进行分析。 、总结使用集成计数器的体会。 实验 2 组合逻辑电路 一、实验目的 1.掌握组合逻辑电路的功能测试。 2.验证半加器和全加器的逻辑功能。 3.学会二进制数的运算规律。 二、实验仪器及材料 或 XK实验仪 2.万用表 3.器件： 74LS00 三输入端四与非门 7 / 33 74LS86 三输入端四与或门 74LS55 四输入端双与或门 一台 一台 3片 1 片 1片 三、预习要求 1.预习组合逻辑电路的分析方法。 2.预习用与非门和异或门构成的半加器、全加器的工作原理。 3.学习二进制数的运算。 四、实验内容 1.组合逻辑电路功能测试。 图 2 1 用 2 片 74LS00组成图 2 1 所示逻辑电路。为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。 图中 A、 B、 C接电平开关， Y1、 Y2接发光管显示。 8 / 33 按表 2 1 要求，改变 A、 B、 C 的状态填表并写出 Y1、 Y2逻辑表达式。 将运算结果与实验比较。 (5)实验过程及实验图： 1）连线图： 2）实验图： (6)实验总结 ： 用两片 74ls00芯片可实现如图电路功能 2.测试用异或门和与非门组成的半加器的逻辑功能。 根据半加器的逻辑表达式可知，半加器 Y 是 A、 B 的异或，而进位 Z 是 A、 B 相与， 故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成如图 2 2。 图 2 2 9 / 33 在实验仪上用异或门和与门接成以上电路。 A、 B 接电平开关 S， Y、 Z接电平显示。 按表 2 2要求改变 A、 B 状态，填表。 实验过程及实验图： 1）管脚图： 2）实验图 实验总结：用异或门和与非门可组成半加器 3.测试全加器的逻辑功能。 写出图 2 3电路的逻辑表达式。 根据逻辑表达式列真值表。 根据真值表画逻辑函数 SiCi的卡诺图。 Si= 填写表 2 3各点状态。 图 2 3 10 / 33 Ci= 按原理图选择与非门并接线进行测试，将测试结果记入表2 4，并与上表进行比较看逻辑功能是否一致。 表 2 4 实验过程及实验图： 1）引脚图： C51 T and C ? 80C51 单片机内部有两个定时 /计数器 T0 和 T1，其核心是计数器，基本功能是加 1。 ? 对外部事件脉冲计数，是计数器；对片内机周脉冲计数，是定时器。 ? 计数器由二个 8位计数器组成。 ? 定时时间和计数值可以编程设定，其方法是在计数器内设置一个初值，然后加 1计满后溢出。调整计数器初11 / 33 值，可调整从初值到计满溢出的数值，即调整了定时时间和计数值。 ? 定时 /计数器作为计数器时，外部事件脉冲必须从规定的引脚 Tx(、 )输入。且外部脉冲的最高频率不能超过时钟频率的 1/24 一、定时 /计数器的结构 定时 /计数器的实质是加 1 计数器，由高 8 位和低 8 位两个寄存器组成。 TMOD 是定时 /计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能； TCON 是控制寄存器，控制 T0、 T1 的启动和停止及设置溢出标志。 二、定时 /计数器的工作原理 加 1 计数器输入的计数脉冲有两个来源 ,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经 12 分频后送来；一个是 T0 或 T1 引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加 1，当加到计数器为全 1 时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使 TCON 中 TF0 或 TF1置 1，向 CPU发出中断请求。如果定时 /计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果12 / 33 工作于计数模式，则表示计数值已满。 可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是 加 1 计数器的计数值。 设置为定时器模式时，加 1计数器是对内部机器周期计数。计数值 N 乘以机器周期 Tcy就是定时时间 t 。 设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由 T0或 T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的 S5P2期间采样 T0、 T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加 1，更新的计数值在下一个机器周期的 S3P1 期间装入计数器。由于检测一个从 1 到 0 的下降沿需要 2 个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为 12MHz 时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于 2 ?s。 定时 /计数器的控制 80C51 单片机定时 /计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。 TMOD 用于设置其工作方式； TCON 用于控制其启动和中断申请。 13 / 33 一、工作方式寄存器 TMOD ：定时器 /计数器模式控制寄存器 工作方式寄存器 TMOD用于设置定时 /计数器的工作方式，低四位用于 T0，高四位用于 T1。其格式如下： GATE：门控位。 GATE 0 时，只要用软件使 TCON中的 TR0或TR1 为 1，就可以启动定时 /计数器工作； GATA 1 时，要用软件使 TR0或 TR1 为 1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时 /计数器工作。即此时定时器的启动多了一条件。 C/T :定时 /计数模式选择 位。 C/T 0 为定时模式； =1为计数模式。 C/T M1M0：工作方式设置位。定时 /计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。 二、控制寄存器 TCON TCON的低 4位用于控制外部中断 ,已在前面介绍。 TCON 的高4 位用于控制定时 /计数器的启动和中断申请。其格式如下： 14 / 33 ? TF1： T1 溢出中断请求标志位。 T1 计数溢出时由硬件自动置 TF1为 1。 CPU响应中断后 TF1 由硬件自动清 0。T1 工作时， CPU 可随时查询 TF1 的状态。所以， TF1 可用作查询测试的标 志。 TF1也可以用软件置 1或清 0，同硬件置 1或清 0的效果一样。 ? TR1： T1 运行控制位。 TR1 置 1 时， T1开始工作；TR1 置 0 时， T1 停止工作。 TR1 由软件置 1 或清 0。所以，用软件可控制定时 /计数器的启动与停止。 ? TF0： T0溢出中断请求标志位，其功能与 TF1类同。 ? TR0： T0运行控制位，其功能与 TR1类同。 定时 /计数器的工作方式 T0: T1 1、计数器溢出位 TF0: 片内 T/C 的 T0 溢出中断请求标志 TF0=1 向 CPU申请中断 2、定时器运行控制位 TR0() 定时 /计数器启动 TR0=1 启动定时 /计数器 TR0=0，停止定时 /计数器 可置 1 或 清 0 15 / 33 3、工作方式控制 M1， M0 组合 工作方式 0,1,2,3. 4、门控位 GATE 0，由 TR 启动定时器 GATE 1，由外部中断 (INT0 或 INT1)与 TR 组合启动定时器。 5、 C/T方式选择位 C/T =0 T 定时工作方式 C/T =1 C计数工作方式 A、中断申请 TF0: 片内 T/C 的 T0 溢出中断请求标志 TF0=1 向 CPU申请中断 B、 中断允许 ET0() 定时 /计数 器 T0中断允许位 ET0=1 T0 中断允许 EA () CPU 中断允许位 EA=1 总中断允许 C、中断优先级 PT0 定时 /计数器 T0 优先级设定位 PT0=1 高级， PT0= 0 低级 =0， C 计数工作方式 ,外部 计数脉冲由引脚 T0输入。 C/T T or C 设置步骤 1、 确定工作方式 TMOD 16 / 33 a, 工作方式：确定 MIM0 = 00， 01,10,11 b, 确定 是 T or C： C/T, C/T 0 为定时模式 , C/T =1 为计数模式 c, 开启 T/C ： GATE and TR , GATE 0， 只要 TR=1，则可启动定时 /计数器工作 GATE 1& TR=1&INT=1 才能启动定时 /计数器工作 (TR=TR0 或 TR1; INT=INT0,INT1) 2、开启 T/C 运行， TR=1 启动 T/C 3、 T/C 中断允许 EA=1， ET=1 4、装载初值： 一次计数时长 t=12/f 初值 n=2n -计数值 N 定时时长 T=Nt 00方式 TCOND0 17 / 33 D7 方式 0: 13 位。 THx 8 位和 TLx 低 5 而是向 THx 进位，13位计满溢出， TFx置“ 1”。 计数外部脉冲个数范围： 1 8192(213) 定时时间 (T=1?s)范围： 1?s T=12/f C/T=0为定时工作方式，计数脉冲为时钟频率 fosc/12。 若 f=12MHZ，则 12T时 =12 1/12MHZ） =1us 即是 计数一次时长 1us。 计数值 N+初值 x=计数总值 213 初值 x=计数总值 213 计数值 N 计数值 N =定时时间 t数一次时长 (12 1/f) 定时时间 t=*时钟周期 *12 ( 时钟周期 =1/f ) X 213定时时间 t/时钟周期 *12 方式 0 定时 ( T0： TMOD=0Xf0， TR0=1， EA=1， ET0=1 ，TH0=0F8H， TL0=06H ) 工作方式：确定 MIM0=00 确定是T定时： C/T 0为定时模式 开启 T/C ： GATE and TR , GATE 0， TR=1；或 GATE 1， TR=1， INT=1，才能启动定时 /计数18 / 33 器 T/C 中断允许： EA=1， ET=1 设最大值为 M, 计数值为 N, 初值为 X, 则 X 的计算方法如下 : 计数状态 : X=M N M=(2n) n=13 or 16 位 定时状态 : X=M定时时间 /T T=1213 计数外部脉冲个数范围： 1 8192(2) T=12/f=121/6MHZ=2us 定 时 时 间 (T=1?s) 范 围 ： 1?s T=12/f=12 1/12MHZ=1us TMOD=0x11 设定时时长 =250us ， f=12MHZ, 则计数初值 X=213 -=8192-250=7942=0001 1111 0000 0110B 13 位模式 =1 1111 0000 0110 高 8 TH=1111 1000=0F8H，低 5位 TL=06H 设定时时长 =250us ， f=6MHZ, 则 计 数 初 值 X=213 19 / 33 -=8192-125=8067=0001 1111 1000 0011B 13位模式 =1111 1100 0 0011 高 8=1111 1100 =0FCH，低 5 位 =03H，则高 8位放入 TH,低 5位放入 TL 方式 0 计数 ( C0： TMOD=0Xf4， TR0=1， EA=1， ET0=1 ，TH0=0E9H,TL0=18H) 工作方式：确定 MIM0=00 确定是 T 定时： C/T 1为计数模式 开启 T/C ： GATE and TR , GATE 0， TR=1；或 GATE 1， TR=1， INT=1，才能启动定时 /计数器 T/C 中断允许： EA=1， ET=1 计数外部脉冲个数范围： 1 8192(213) 设最大值为 M, 计数值为 N, 初值为 X, 则 X 的计算方法如下 : 初值 X=M N=(213)-N=8192-N M=(2n) n=13 or 16 位 设 定 计 数 1000 下 ， 向 外 中 断 一 次 ， 则 初 值X=8192-1000=7192=1110 0000 1 1000=TH=0E9H,TL=18H 01方式 1 方式 1的计数位数是 16位，由 TL0 作为低 8 位、 TH0 作为高20 / 33 8 位，组成了 16 位加 1 计数器 。 定时 /计数器工作于方式1 时为一个 16位的计数器。其逻辑结构、操作及运行控制几乎与方式 0完全 样， 差别仅在于计数器的位数不同。 TCOND7 D0 定时工作方式 1时，定时时间为： 定时时间 t (216计数初值 n)机器周期 = 12/f 用于计数器工作方式时，最大计数值为： 216 65536 计数个数与计数初值的关系为： N 总 =NT+N NT= 总结： 工作方式 1， 2 特点是计数溢出后，计数器回 0，而不能自动重装初值。 方式 1 定时 ( T0： TMOD=0Xf1， TR0=1， EA=1， ET0=1 ，TH0=0FFH, TL0=83H ) 工作方式：确定 MIM0=01 确定是T定时： C/T 0为定时模式 开启 T/C ： GATE and TR , GATE21 / 33 0， TR0=1；或 GATE 1， TR=1， INT=1，才能启动定时 /计数器 T/C 中断允许： EA=1， ET=1 定时工作方式 1 时，定时时间为： 定时时间 t (216计数初值 TC)机器周期 TZ TZ=12晶振频率 f=12/f 用于计数器工作方式时， fOSC12MHz， 1 机器周期 1 S； 最大计数值为： 21665536 计数外部脉冲个数范 围： 1 65536 (216) T=12/f=121/6MHZ=2us 定 时 时 间 (T=1?s) 范 围 ： 1?s T=12/f=12 1/12MHZ=1us 设定时时长 =250us， f=6MHZ,定时器 0,工作方式 1 则计数初值 X=216 =65536-125=65411=FF83 TH0=0FFH, TL0=83H 方式 1 计数 ( C0： TMOD=0Xf5， TR0=1， EA=1， ET0=1 ，TH0=0E9H,TL0=18H) 工作方式：确定 MIM0=01 确定是 T 定时： C/T 1为计数模式 开启 T/C ： GATE and TR , GATE22 / 33 0， TR0=1；或 GATE 1， TR0=1， INT=1，才能启动定时 /计数器 T/C 中 断允许： EA=1， ET=1 计数外部脉冲个数范围： 1 65536 设最大值为 M, 计数值为 N, 初值为 X, 则 X 的计算方法如下 : 初值 X=M N=(216)-N=65536-N M=(2n) n=13 or 16 位设定计数 1000 下，向外 中断一次，则初值X=8192-1000=7192=1110 0000 1 1000=TH=0E9H,TL=18H 我们一般采用高速输出信号控制步进电机和伺服电机做位置，角度和速度的控制，比如定位，要实现这个目的，我们要知道这几个条件： 1、 PLC 高速输出需要晶体管输 出，继电器属于机械动作，反应缓慢，而且易坏 2、以三菱 PLC为例，高速输出口采用 Y0 、 Y1 3、高速输出指令常用的有 PLSY 脉冲输出 23 / 33 PLSR 带加减速 PLSV可变速的脉冲输出 ZRN原点回归 DRVI相对定位 DRVA绝对定位 4、脉冲结束标志位 M8029 5、 D8140 D8141 为 Y0总输出脉冲数 6、在同一个程序里面 Y0做为脉冲输出，程序可以存在一次，当需要多次使用的时候，可以采用变址 V 进行数据的切换，频率，脉冲在不同的动作模式中，改变数据 正对上述讲解的内容：我们用一个程序来表示若我们以后可能接触步进。伺服这一块，上述内容，大家一定要熟练掌握 ! 24 / 33 23、 PLC编程实现编码器的脉冲计数 在高速计数器与编码器配合使用之前，我们首先要知道是单向计数，还是双向计数，需要记录记录的数据，需要多少个编码器，在 PLC中也需要多少个高速输入点，我们先要确认清楚。 当我们了解上面的问题以后，参照上题的寄存器分配表得知我们该选择什么高速计数器 如：现在需要测量升降机上升和下降的高度，那么我们需要采用双向编码器，即可加可减的， AB相编码器， PLC 需要两个 IO点，查表得 知， X0 X1 为一路采用 C251高速计数器那么我们可以这样编程 ,如图 开机即启动计数，上升时， C251 加计数 下降时， C251 减计数 我们要求编码器转动的数据达到多少时，就表示判断实际升降机到达的位置 注意：在整个程序中没有出现 X0、 X1 这个两个软元件？ 是因为 C251 为 X0 25 / 33 、 X1 的内置高速计数器，他们是一一对应的，只要见到 c251,X0 X1就在里面了，当然，用了 C251以后， X0 、 X1不能在程序里面再当做开关量使用了 接线参照下图 21、我们对高速计数器的理解及编程 相对 11 题 定时器和计数器来说，本题目主要是告诉大家学习高数处理的功能 PLC 内部高速计时器是计数器功能的扩展，高速计数器指令与定位指令使 PLC 的应用范围从逻辑控制、模拟量控制扩展到了运动控制领域。 特点：其最大的特点就是执行的过程中不受 PLC的扫描周期影响，而是按照中断方式工作，并且立即输出。 26 / 33 之前的题目中，我们说过内部信号计数器，它可以对编程元件 X、 Y、 M、 S、 T、 C 信号进行计数。当 X 信号计数时，要求 X 的断开和接通一次时间应大于 PLC的扫描周期，否则会出现丢步的现象，如果 PLC的扫描周期为 40ms，则一秒里 X的信号频率最高位 25HZ。这么低的速度限制了 PLC 的高速应用范围，如编码器，可以达到 10000HZ。 我们看高速计数器，可以先参照下面表格 图片出处：三菱 FX编程手册 U:增计数输入 ;D: 减计数输入 ;A:A 相输入 ;B:B相输入 ;R:复位输入 ;S:启动输入 ; 第三单元 5.用计算器探索规律 教案设计 27 / 33 设计说明 1开门见山，引入新课。 教学没有固定的形式，一节课如何开头也没有固定的方法。由于教学对象不同、教学内容不同，开头也不会相同。本节课直接拿出计算器，开门见山，明确这节课的学习任务是用计算器探索规律，使学生在新课开始就明确了学习目标，提高了课堂的有效性。 2注重开展自主学习。 别人说十遍不如自己做一遍，学生亲手操作演示的东西，由于有切身实践，往往体会深刻，有助于激发悟性，增强思维力度。缘于上述原因，在每个板块的活动中，都积极为学生主动尝试、交流、讨论等创造条件，为学生探索提供充分的时间和空间，让学生在自主合作、探索交流中发展思维，提高学习能力。让学生经历猜想、验证、交流、总结、应用的过程，层层深入，让学生感受到用计算器探索规律的乐趣，这样才会使课堂生动有趣。此外还重视方法的总结，在学生会用规律写商后 ，让学生回顾用计算器探索规律的过程，并28 / 33 试着总结用计算器探索规律的方法。 课前准备 教师准备 PPT 课件、计算器 学生准备 计算器 教学过程 开门见山，引入新课 今天的新课，我们请来了一位特别的“朋友” (计算器 )，有了它，我们的计算既快捷又准确，它还有一个特殊的功能，就是帮助我们发现规律。接下来我们就利用计算器一起来探索数学中的奥秘吧！ (板书课题 ) 设计意图：开门见山，直接导入，通过利用计算器的好处，让学生带着“特殊功能”这个疑问进入新课。 合作探究，总结规律 29 / 33 1