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数电考研真题

题目:设计一个4位BCD计数器,使其能够从0000计数至9999,设计时需要选择适当的计数器类型并给出解释。

解答:

在数字电路中,计数器是一种常见的组合逻辑电路,用于计数。在设计4位BCD计数器时,需要考虑以下因素:

1.计数范围

BCD码是一种二进制编码,可以表示09的十个数字,因此一个4位BCD计数器的计数范围应该是00001001(9)之间,而不是1111(15)。

2.计数方向

计数器有两种计数方向:向上计数和向下计数。在本题中需要从0000开始计数到9999,则需要选择向上计数。

3.计数类型

常见的计数器类型有三种:异步计数器、同步计数器和基于时钟的计数器。其中异步计数器的门电路比较简单,但是容易出现计数不稳定的问题;同步计数器由于采用同步触发器,计数稳定性更好,但是门电路和导线数量相对较多,成本也较高;基于时钟的计数器运算速度快,因为采用了时序控制电路,但是新增了时钟发生器电路。

综合以上因素,应该选择同步计数器作为4位BCD计数器的核心。其次,由于BCD码是一种十进制编码,因此需要使用十进制同步计数器,而74LS90正是一个常见的十进制同步计数器IC,具有以下特点:

(1)4个同步可控组合logic复位电路,分别用于09十个数字位的复位;

(2)可以通过控制R0和R1端口,从1开始计数或2开始计数;

(3)支持异步清零信号;

(4)高速计数器,时钟频率高达42MHz。

因此,我们可以使用74LS90来设计4位BCD计数器。电路设计如下:

![BCD计数器电路图](https://i.loli.net/2021/06/28/P4KlWodt6OJsZ8p.png)

在上图中,74LS90的Q0Q3输出端口分别连接上电路图中4个7段LED数码管的A、B、C、D输入端口,74LS90的其他端口可按照需要连接或不连接。

最后需要说明的是,我们设计的4位BCD计数器虽然可以从0000计数到9999,但是由于布线和接线的稳定性等因素,当计数器计数到9999之后,第一位可能会出现一次闪动。