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计数器在实际生活中的应用

叶慧君

摘要：计数器是通过传动机构驱动计数元件，指示被测量累计值的器件。在数字电子技术中应用的最多的时序逻辑电路。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。计数器在作为自动化技术在实际中的应用，给人类的生活带来了很大的便利且大大提高了日常生活中的生产和生活效率。
关键词：计数器；逻辑电路；实际生活；应用；

1、 引言
对人类的进步起到了关键的作用。作为自动化计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，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，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。
狭义的计数器是指一些常用计时器，例如体育比赛中测试时间的计时器等，本文不仅要介绍这种计时器，也要详细阐述其应用更为广泛的，即在实际生活中的时序逻辑电路中的计数器。
2、计数器的理论研究
1.1、计数器的定义
计数器是通过传动机构驱动计数元件，指示被测量累计值的器件。
1.2、触发器和时序逻辑电路
数字电路按其逻辑功能的不同可分为两大类：一类即时序逻辑电路，简称时序电路。在时序电路中，任意时刻的输出信号，不仅与当时的输入信号有关，还和电路原来的状态有关。也就是说，时序电路能够保留原来的输入信号对其造成的影响，也是具有记忆的功能的。另一类即组合逻辑电路，简称逻辑电路。组合电路的特点是，任意时刻的输出信号仅仅取决于当时的输入信号，而与电路原来所处的状态无关。
门电路是组合电路的基本单元，而触发器是时序电路的基本单元。在这里我们首先讨论几种由集成与非门构成的双稳态触发器。然后讨论由双稳态触发器组成的各种寄存器、计数器。具体的存载模式有：单稳态触发器、多谐震荡器和555定时器。
2、计数器的应用
2.1、计数器在自动化中的应用背景
2.1.1、计数器在自动化中的应用意义
随着计数器技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越来越广，随之而来的竞争也越来越激烈。过硬的技术也成为众多生产者竞争的焦点之一。经济方面，为了在竞争中处于不败之地，从而不断地改进技术，增加产品的种类。所以这也导致计数器的研究进展和空间进一步的得到扩充和深入。
2.1.2、计数器在自动化中的应用范围
计数器是一个非常接近我们生活的一个小产品，如今它的应用也十分广泛，从各种各样的小型数字仪表到大型数字计算机，几乎是无处不在。如锻炼身体用的“计步器”、医疗用的“心跳计”等。为了将理论更广泛的运用于实际生活中，本文将向大家介绍一种简易计数器的设计，该计数器可以实现计数、增减控制、手动/自动清零等功能。
计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器产品、试验设备，印刷设备、短路器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶金、食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电、机床、仪表、自动化控制等行业。
2.2、利用集成计数器构成任意（N）进制计数器的方法探讨
2.2.1、集成计数器构成任意（N）进制计数器
除二进制和十进制计数器之外，在日常生活和现代数字系统中，往往还需要其他不同进制的计数器，如五、十二、二十四、六十进制等，我们称之为任意（N）进制计数器。对于任意（N）进制计数器，需选择现有的一些集成计数器芯片，通过对其外部引线进行不同的连接方式来实现。但在实际连线过程中往往会遇到一些问题造成连线错误，因此，不能实现任意（N）进制计数器。笔者在教学过程中总结出一些经验与大家进行探讨。
2.2.2、集成计数器构成任意（N）进制计数器相关结论
通过对集成计数器外引线进行连线构成任意（N）进制计数器时，首先应掌握集成计数器的各外引线的功能及进制形式，再确定任意（N）进制计数器的有效状态数（当N 大于集成计数器的进制数时，应采用级联方式）；然后，利用其置零功能、同步置数功能、进位输出端置数功能等方法写出反馈归零（或置数）函数；最后，根据反馈归零（或置数）函数画出外引线连线图，便可实现任意（N）进制计数器。
2.3、高速计数器的详细计时功能
时序图显示根据模式分类的每台计数器的功能。在另一个时序图中显示复原和起始输入操作，并应用于所有使用复原和起始输入的模式。在复原和起始输入图中，复原和起始的现用状态均被编程为高级。 有些高速计数器和边缘中断的输入点赋值存在某些重叠。同一个输入不能用于两种不同的功能；但是高速计数器当前模式未使用的任何输入均可用于其他目的。例如，如果在模式2中使用HSC0，模式2使用I0.0和I0.2，则I0.1可用于边缘中断或用于HSC3。
如果所用的HSC0模式不使用输入I0.1，则该输入可用于HSC3或边缘中断。与此相似，如果所选的HSC0模式不使用I0.2，则该输入可用于边缘中断；如果所选HSC4模式不使用I0.4，则该输入可用于HSC5。
2.4、计数器在复杂计算中的应用
计算器是我们生活中常用的工具，我们将看到C语言在计算器程序中的应用并实现简单初步的计算。程序的编写基础是Tubro C2.0,它在tubro c的原有基础上实现了多汉字的支持方便了我们的使用。生成的程序可移植性强兼容性好。现在实现了加、减、乘、除、求幂、求模，求平方根，求Sin，求Cos，求Log10，以及一个时钟原代码。这个系统是基于软件发展的生命周期来研制的，它可以直接输入数学表达式，不需要任何转换，就可以直接输出数学四则运算的结果。本文主要介绍了程序的开发背景，开发的过程和所要完成的功能。重点的说明了系统设计思想，设计的步骤、难点技术和解决方案。现实生活中，常会遇到一些数目较大数据繁杂的数值运算，徒手运算起来很困难，这时候我们就必须用到计算器，所以便着手开发了这个计算器程序，以便用于自己的学习工作。人们对计算的要求不断提高，普通的功能简单的仅能进行四则运算的计算工具已经不能满足需要，需要一种能进行多种计算。现在已经有一些功能较为强大、涵盖面较广的计算软件，而且各种平台的小工具仍不断出现。这些大大方便了我们的生活给我们更多的选择和实现方式。
3、基于单片机的计数器
3.1、基于单片机的计数器的未来发展趋势
自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发 展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，这些都是值得我们关注的地方。
基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：如果构成检测电路、MCS-51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、MCS-51单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-51单片机的抗干扰能力以及稳定性。
3.2、基于单片机的计数器的具体应用方面
以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。
随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。
产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。
产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。
4、信息化时代的广泛推广
4.1、各类手机Apps应用背景
处在这样一个信息爆炸的时代，作为全球最大量的终端移动数字工具，手机作为普及率极大的工具。跟随其开发的应用软件为满足不同客户需求，其创新度和应用时段都在不断改变。所以计数器作为自动化的一个具体应用在手机Apps里也是非常广泛而且应用效果很好的地方。
4.2、CD4017的管脚功能
CD401 7是十进制计数器，其应用极其广泛。图1是CD401 7的管脚排列图，采用16DIP封装形式。CLK端在输入时钟脉冲的上升沿计数，时钟使能端EN为0时允许时钟脉；中输入，为1时，禁止时钟脉冲输入。在输入时钟脉冲的作用下，Q0～Q9的十个输出端依次为高平。RESET为复位端，当RESET=I时，计数器清零，Q0为1，其余Q1～Q9均为0。CO为进位输出端，CD4017计满10个数后，CO端输出一个正的进位脉冲。
4.3、时、分、秒计数电路
采用两片74LSl60按图7所示连接，可以构成作60分频计数，用于数字钟中的秒计数器。标准秒脉冲经过控制门进入秒计数器并显示其计数值，当计数满60时得到一个进位“分”脉中，同时秒计数器自动清零。“分”脉冲经控制门送入“分计数器”又作60分频计数，当计数满后得到进位“时”脉冲。“时”脉冲再经控制门送入“时计数器”计数。“分计数器”与“时计数器”的计数、复零和显示原理与“秒计数器”相同，读者可以自行设计。
5、结论
（1）在数字电子技术中应用的最多的时序逻辑电路。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。但是并无法显示计算结果，一般都是要通过外接LCD或LED屏才能显示。
（2）本文在阐述计数器的应用原来的同时，管饭列举了计数器应用在当今社会的实践内容反应了现代科学技术发展的新成就，充分体现了计数器的精巧构思和具体应用的广泛性和具体性。既是对当今技术的较好总结，也是对将来计数器发展趋势的某一方面的预测，对社会的发展和进步都 有一定贡献，特别是在日常生活中的影响。
（3）关于生活应用以外的其它领域，特别是国防军事、IT信息、工业控制等高科技领域的方面，并没有涉及在内。考虑到其特殊和专业性，本文无法阐述清楚，只就简单生活方面的应用有初步探究。

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