任意進制計數器設計方法

摘 要：利用集成二、十進制計數器采用反饋置數法設計任意進制計數器，已有設計方法的特點是采用一次置數。提出了采用多次置數法設計任意進制計數器的新概念，通過狀態轉換圖分析論述了設計依據，以設計實例說明了采用多次置數設計任意進制計數器的方法。分析與設計舉例表明該設計方法是可行的，它拓寬了采用MSI設計任意進制計數器的途徑。

關鍵詞：數字電子技術;任意進制計數器;設計方法;狀態轉換圖;多次置數

中圖分類號：TN29 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1516602

Study of the Design Method of Modulo-N Counter

LIN Tao，JU Yongfeng

(School of Electronic Control Engineering，Chang′an University，Xi′an，710064，China)

Abstract：Modulo-N counter is designed with integrated circuits binary or decimal counters by feedback reset number.The distinguishing feature of the existing design method is one time reset number.A new concept of designing modulo-N counter by feedback resets number is given.The design foundation is analyzed by state diagram.The design method is explained by a practical example.The analysis and example indicted that the design method is feasible.It develops the way of design modulo-N counter with MSI.

Keywords：digital electronics technology;modulo-N counter;design method;state diagram;resets number

1 引 言

計數器按人們的習慣分為二進制計數器、十進制計數器、任意進制(非二、十進制)計數器。在中規模集成電路中，二、十進制計數器都有各種芯片可供選擇。而對于任意進制計數器，通常利用集成二、十進制計數器通過反饋清零或者反饋置數來實現^［1，2］。

利用反饋清零設計任意進制計數器時其狀態轉換圖是惟一的(同步清零和異步清零的狀態轉換圖稍有差別)；但采用反饋置數法設計N進制計數器時，置數值的選取比較靈活，對于同一模值的計數器，可以有多種不同的實現方法，已有的文獻只討論了一次置數的設計方法^［3，4］。本文提出了多次置數的設計方法，并以實例說明該設計方法的具體應用。

2 設計依據分析

已有集成計數器(二進制、十進制)的特點是其計數狀態變化的次序是固定的，只要處于計數工作模式下，其狀態按原設計狀態逐一遞增或者遞減變化。例如，現有一個M(二、十進制)進制計數器，在計數狀態下，其狀態變化如圖1所示。

圖1 集成M進制計數器的狀態轉換圖當所設計的N進制計數器的模值滿足N

采用反饋置數法利用已有的M進制計數器設計N進制計數器時，N進制計數器的狀態變化可以是不連續的。即可采用多次置數的方法使計數狀態發生多次跳轉，其狀態轉換圖如圖2所示。

圖2 計數狀態不連續變化的N進制計數器的狀態轉換圖圖2中采用了2次置數法，第一次用S3作為置數控制，置數輸入值為狀態S6所對應的數碼，跳過了S4 、S5 兩個狀態；第二次用SN+1 作為置數控制，置數輸入值為狀態S0所對應的數碼，跳過了(SN+2 ~Sm-1)共(M－N－2)個狀態。由此可見，多次置數與一次置數的區別在于一次置數時，計數器狀態轉換是連續的，置數值為常數；而多次置數法置數值不是常數，且計數器的計數狀態轉換是不連續的。實現多次置數的關鍵是置數控制信號和置數值的確定。

上面討論的設計方法其前提條件是N < M ，通過反饋置數或者反饋清零修正M進制計數器的計數狀態循環過程，跳過M－N個狀態，而形成N進制計數器。當N > M 時，可通過k片M進制計數器級聯，形成Mk 進制計數器，對于Mk 進制計數器再利用反饋置數或者反饋清零修正Mk進制計數器的計數狀態循環過程，跳過Mk -N個狀態，而形成N進制計數器。對于k值的選擇，應滿足下述關系式：Mk-1

已知9進制計數器的狀態轉換圖如圖3所示，試用74161和適當的門電路實現。

圖3 給定計數器的狀態轉換圖分析圖3所示狀態轉換圖，可見其狀態出現2次跳躍，即從狀態0000到0100和1000到1101，考慮到74161的功能特點及設計要求，只能采用反饋置數法進行設計。綜合分析2次置數控制信號可見，置數控制端的控制表達式為：LD=Q₂，置數值分別為DCBA=0100和DCBA=1101，對比前后2次所置的數，可見B=0，C=1，為常數。而A，D前后2次置數值不同，不能用常數1或者0來給定，分析置數前后的計數狀態，可見令A=D=Q₃，即可同時滿足2次置數的要求。考慮到74161的控制特點，所設計的電路如圖4所示。

圖4 采用2次置數法設計的9進制計數器

4 結 語

集成計數器是目前數字系統中應用較多的邏輯器件，任意進制計數器在控制系統中經常用到，也是數字電子技術教學的重點內容之一，文中討論的反饋置數法設計任意計數器的思路有助于讀者更全面地掌握計數器的設計方法，特別是當計數器的計數狀態不連續時，采用多次置數法進行設計，其設計思路新穎，方法靈活。文中給出的設計舉例，雖說僅以一片74161為例，但其設計方法可以方便地推廣到多片集成電路的應用設計中去。

參 考 文 獻

［1］閻石.數字電子技術基礎［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］康華光.電子技術基礎(數字部分)［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006.

［3］王敦惠.集成計數器構成任意進制計數器的方法［J］.湖南科技學院學報，2004，25(6):98-102.

［4］孫宏國.N進制計數器的幾種設計方法及比較［J］.電氣電子教學學報，2002，24(4):54-55，62.

［5］向永生，王愛冬，林崗，等.同步任意值計數器的設計［J］.長沙電力學院學報:自然科學版，2004，19(3):54-58.

［6］勵建國，宋堅波.任意進制計數器設計方法初探［J］.成都教育學院學報，2003，17(3):65-66.

［7］姚旻.用集成計數器構成任意進制計數器［J］.江西電力職業技術學院學報，2003(2):19-21.

［8］劉建波，蔡文水，呂鐵山.十進制與任意進制轉換的設計與實現［J］.計算機系統應用，2003(10):69-71.

［9］呂虹.任意進制移位計數器研究與實現［J］.淮南工業學院學報:自然科學版，2002，22(2):38-41，70.

［10］郭迪新.模N計數器的簡易設計［J］.電子與自動化，2000(5):17-20.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文