該計數器可實現按鍵計數、增減控制、手/自動清零等功能。需要準備下列元件：共陰極7段數碼管、按鍵開關、CD4511（BCD鎖存/7段譯碼/驅動器）、CD4516（可預置4位二進制加/減計數器）、CD40106（或7414，六反相施密特觸發器）、CD4001（或7400，四2輸入與非門）、CD4093（或74132，四與非施密特觸發器）以及面包板、電阻、電容若干。另外還需要準備+5V穩壓電源一臺，或自制電源模塊。

本電路以計數器集成塊為核心，其輸人為：計數、清零、增減切換三個按鍵，其輸出經譯碼驅動器處理后，由數碼管顯示。原理框圖如下圖所示。

一、計數器

根據設計要求能增減計數，應選用可逆計數器，本設計選用可預置4位二進制加/減計數器4516，如下圖。計數脈沖從CP輸入，每到來1個脈沖上升沿，二進制輸出數據改變1。如果U/D端為高電平，就增加1；反之減少l。RD為異步清零端，RD為高電平時、計數器清零。本設計就是要對這三個輸入端進行控制。

此外，其他控制端也應合理設定：LD為異步數據預置控制端，當LD高電平時，DO～D3上的數據置入計數器中，為計數控制端，控制計數器的計數操作，CI=O時、允許計數，CI=1時、保持。至于究竟設置為高電平還是為低電平，請自行考慮。

二、按鍵控制

按鍵開關一般有兩種接法，一種是平時為低電平，按下變成高電平，如下圖（a）所示，圖中A點為控制信號輸入端子；另一種相反，平時高，按下后變低，如下圖（b）所示。讀者可自行選擇脈沖按鍵的接法，但清零鍵必須按（a）圖接，讀者可自行分析其原因。

三、譯碼驅動

計數器輸出的4位二進制數據不能直接送至數碼管進行顯示，并且4516也無法驅動點亮發光二極管。

本設計選用7段譯碼/驅動器4511，引腳排列下如圖所示。其中Al、A2、A3、A4為BCD碼輸入，A1為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數碼“8”，各筆段都被點亮以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時BI端應加高電平。另外4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數據越過十進制數9（1001）時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數據。a～g是7段輸出，可驅動共陰LED數碼管。

另外，如下圖所示，4511顯示數“6”時，a、b段消隱；顯示數“9”時，e、d段消隱，所以6、9這兩個字形不太美觀。若需要設計普通的數字顯示，可選擇4026、4033作為譯碼驅動；若需要驅動共陽極數碼管可選用7447、7449、7446、74247等。

四、七段數碼管

要進行數字顯示最常用的器件就是七段數碼管，它是由a、b、c、d、e、f、g七個LED組成。通過使不同的LED組合發光，達到數字和字母的顯示效果，如圖5所示。一般的LED額定電壓為直流2.7V左右，因此我們在使用時要串聯一個分壓電阻。阻值一般選400Ω左右，如果需要高亮顯示或者掃描顯示，阻值可適當減小。

七段數碼管有CC和CA兩種類型。CC型是共陰極數碼管．每段LED的陰極連接在一起、通過陽極控制某段的亮滅，如下圖（a）所示；CA型是共陽極，與CC型相反，如下圖（b）所示。可以觀察到，兩者引腳排列基本相同，只不過公共端接的分別為電源和地線。如果不清楚準備的數碼管是何種類型，可以進行簡單測試：將3腳或8腳接地，另取lk電阻，一端接+5V電源，一端觸碰其它管腳，若亮則為共陰，不亮則為共陽。該方法還可逐個確定各LED所對應的引腳。

五、按鍵防抖

如果讀者按照上述步驟完成了設計，那么基本計數功能已經實現了。但是，實際測試中會發現一個嚴重的問題，每按一次按鍵，數字會跳過好幾個，按鍵的時候動作再溫柔也無法避免，這是為什么呢？

這是因為，按鍵按下與松開的瞬間都會產生時通時斷的抖動，如上圖（a）所示，有條件的讀者可以使用示波器進行觀察。抖動會造成計數干擾，按一次鍵可能計多個數。為了消除抖動的影響，可以采用積分電路與施密特觸發電路消除抖動，如下圖所示。積分電路中電容器在達到飽和之前的進行充電，從而將抖動部分變成了平滑的曲線，如上圖（b）所示。抖動時間一般為10～lOOms，因此，本設計選取R=330Ω，C=10μF（若使用電解電容請注意正負極不要接反），施密特觸發器選擇40106（也可選用7414）。

六、自動清零

在測試中，細心的讀者會發現，增計數達到9之后，再按鍵數字不會變化，這是為什么呢？

原因很簡單，4516為4位二進制計數器，輸出數據可能超過9，而驅動電路不能對9以上的數字進行驅動。解決這個問題需要增加自動清零電路，使電路達到10時自動歸零。顯然在輸出10時的真正二進制輸出為“1010”，因此，可以取Q3和Ql作為觸發信號，當兩者同時為1時、向4516的RD端提供高電平清零。請讀者自行設計，建議設計時不要采用或門實現，而應采用常用的與非門。與按鍵防抖中的施密特非門統籌考慮，想一想能否僅用一塊集成電路完成防抖和清零？四與非施密特觸發器（74132、4093）能不能做到？另外，減計數時、到0自動置9的功能較難實現，能力較強的不妨挑戰一下。

七、多位顯示

在實際應用或競賽中，經常需要進行多位顯示，這就需要多個數碼管，也就必須多個4511BCD進行譯碼驅動。每個4511BCD需要4條輸人數據線，N位的數碼管顯示則需要4N條二進制數據線。為了簡化硬件，可以對4511BCD的鎖存控制端LE（5腳）進行控制、完成數據線的并聯復用。掃描信號的控制借助十進制計數器CD4017完成，如下圖所示。讀者可按此框圖擴展顯示電路，需要提醒的是，掃描多位顯示雖然節省線路和器件資源，但增加了數據傳輸與控制的復雜度，同時數碼管亮度也有明顯減弱。

本文由易到難、循序漸進的完成了具有按鍵輸入和數碼管數據輸出功能的簡易計數器，并針對其實用性做出必要的改進，如按鍵防抖、自動清零、多位顯示等。該設計結構簡單、易學易懂、移植性好、擴展性強。

不但適合電子設計的入門練習；亦可靈活拆分，作為電子設計的輸入模塊和輸出模塊直接使用。該簡易計數器電路原理圖下圖。