基于計數器級聯構成大容量計數器研究與實踐

摘 要： 在數字系統中，使用得最多的時序電路是計數器。計數器不僅能用于對時序脈沖計數，還可以用于分頻、定時、產生節拍脈沖和脈沖序列以及進行數字運算等。實際應用時如需大容量計數器，可通過級聯的方式進行擴大。對MSI中規模計數器芯片擴大的方法主要有兩種，一是復位法，二是置位法。無論何種方法，設計的核心是如何寫出反饋函數，反饋函數決定著電路的聯接。不同的進制，二進制代碼反饋函數不同；同步計數器與異步計數器二進制代碼反饋函數也不同，因此研究它們的反饋函數對構成大容量計數器是十分重要的。

關鍵詞： 同步計數器； 異步計數器； 級聯； 大容量計數器

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）18?0131?03

0 引 言

從降低成本方面考慮，集成電路的定型產品必須有足夠大的批量。因此，目前常見的中規模計數器芯片在計數進制上只做成應用較廣的幾種類型，如十進制、十六進制、7位二進制、12位二進制、14位二進制等[1]，但這從根本上講，這些計數器也只有十進制和二進制之分。在需要其他任意一種進制的計數器時，只能用已有的計數器產品經過外接電路的不同連接方式得到。采用中規模集成計數器設計任意進制計數器，使設計和調試工作更趨于簡單，并且具有體積小，功耗低，可靠性高等優點[1]。

MSI中規模計數器芯片有非常多的種類。若按觸發時鐘的方式分類有：同步計數器、異步計數器；若按進制的“模”分類有：二進制計數器、十進制計數器；若按計數的方式分類：有加法計數器、減法計數器和可逆（加/減）計數器；若按芯片的型號分類就更多，計數器累計輸入脈沖的最大數目稱為計數器的“模”，用M表示，計數器的“模”又稱為計數器容量或計數長度。假設已有的是N進制計數器，而需要得到的是M進制計數器，這時有MN兩種可能情況，而MN的情況，即怎樣構成大容量計數器的方法與技巧。

在M>N的情況下，必須用多片進制計數器級聯起來，各片之間（或各級之間）的連接方式可分為串行進位方式、并行進位方式、整體置零和整體置位方式可獲得大容量進制計數器，在串行進位方式中，以低位片的進位輸出信號作為高位片的時鐘輸入信號；在并行進位方式中，以低位片的進位輸出信號作為高位片的工作狀態控制信號，兩片的CP輸入端同時接計數信號[2]。

無論通過何種方式，設計的核心是如何寫出反饋函數，反饋函數決定著電路的聯接。不同的進制，二進制代碼反饋函數不同；同步計數器與異步計數器二進制代碼反饋函數也不同，下面就利用MSI中規模集成計數器通過級聯獲得大容量計數器，如何寫S態反饋函數分別進行闡述。

1 同步與異步二進制S態反饋函數

1.1 異步

集成計數器的清零有異步和同步，異步清零（置數）與計數脈沖CP沒有任何關系，只要異步清零輸入端出現清零信號，計數器便立刻被清零[3]。因此，利用異步清零輸入端構成N進制計數器時，應在輸入第N個計數脈沖CP后，計數器輸出的高電平通過控制電路產生一個清零信號加到異步清零輸入端上，使計數器清零，即實現了N進制計數[3]。異步置數與異步清零一樣，所以寫S態反饋函數時應寫SN，如構成24進制，應寫S24，同樣若構成120進制應寫S120等。

1.2 同步

與異步清零或異步置數不同，同步計數器輸入端獲得清零或預置信號后，計數器并不立刻清零或回到預置，只是為清零或回到預置創造了條件，還需要再輸入一個計數脈沖CP后計數器才被清零或回到預置[4]。因此，利用同步清零或置數端獲得N進制計數器時，應在輸入第N-1個計數脈沖CP后，同步清零（置數）端獲得信號，這樣在輸入第N個計數脈沖CP時，才回到初始狀態，從而實現N進制計數器[5]。所以要獲得N進制計數器時，寫S態反饋函數時應寫SN?1，如構成24進制，應寫S23，同樣若構成120進制應寫S119等。

2 十進制與二進制計數器S態反饋函數

十進制計數器信號輸入是四位二進制代碼，但循環是從0000～1001，而四位二進制如十六進制計數器循環是從0000～1111，由于十進制與二進制進制的不同，所以在寫S態反饋函數時也不相同。

3 應用舉例

4 結 語

應當指出：上面討論的是采用的整體置零方式或整體置數方式構成的M進制計數器。當M可以分解為兩個小于N的因數相乘，即M=N1×N2，既可采用的整體置零方式或整體置數方式構成的M進制計數器，也可采用并行進位方式和串行進位方式；若M大于N的素數時必須采用整體置零方式或整體置數方式構成的M進制計數器[6]，本文對此沒有敘述。另外整體置零方式比整體置數方式構成的M進制計數器，可靠性差，有時往往還要加譯碼電路才能得到需要的進位信號，這不在本文的討論范圍。

參考文獻

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