對于大模值的MSI計數器的模的分析

韋紹賢

【摘 要】從降低成本的角度考慮，集成電路定型產品須擁有足夠大的生產批量。目前常見的MSI計數器芯片只制作了使用較廣的幾種類型，例如十進制、十六進制、四位二進制、七位二進制、十二位二進制等。在實際應用中如果需要其他任意進制的計數器，可以通過外電路的不同連接方式得到。

【關鍵詞】MSI計數器;異步清零;同步置數;模

中圖分類號： TP332.12文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）13-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.057

0 引言

在大多數參考書中介紹了設計任意模的計數器的方法，但是具備分析計數器模的能力是設計一個計數器的前提。針對確定計數器的模時出現的問題，分析了出現這些問題的原因，給出了確定計數器模的方法。

1 計數器的模的判別

1.1 異步清零

如果計數器需要獲得的模為M，則在第M個計數脈沖CP的作用下，將所有輸出狀態為1的輸出端通過一個門電路來控制計數器的異步清零端，使得計數器回到初態，從而改接成模M計數器。

圖1中兩片CT74LS160芯片連接的計數器的輸出端都連在了同一個與非門上并且通過異步清零端來清零。低位芯片接成十進制計數器充當個位，當芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=1001時，CO由0跳變為1，芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0001。當圖中芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0010且芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=0111時進行異步清零。需要注意的是當計數到最后一個狀態Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=00100111時，由于接成了異步清零接法，不需要等下一個CP脈沖到來就能完成清零，計數器計到的最后一個狀態存在的時間極短被稱為過渡態，所以不將其納入計數范圍。計數器的最后一個狀態為（0010 0111）2=（27）10，因此計數器能從0計數到26，是模27計數器。

圖2中兩片CT74LS161芯片連接的計數器的輸出端都連在同一個與非門上并且通過異步清零端來清零。低位芯片接成十進制計數器充當個位，當芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=1111時，CO由0跳變為1，芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0001。當芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0010且芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=0111時進行異步清零。需要注意的是CT74LS161是16進制芯片，由于計數器的最后一個狀態（0010 0111）2=（27）16=（39）10是過渡態，所以計數器能從0計數到38，是模39計數器。

1.2 同步置數

通過控制同步置數端和預置輸入端來實現模M計數。

圖3中兩片CT74LS161芯片連接的計數器的輸出端都連在同一個與非門上并且通過同步置數端來預置。低位芯片接成十進制計數器充當個位，當芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=1111時，CO由0跳變為1，芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0001。當芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0010且芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=0111時進行同步置數。需要注意的是當計數到最后一個狀態Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0' =00100111時由于接成同步置數接法，所以要等到下一個CP脈沖到來預置才有效，預置的狀態為0000 0000。因此有效狀態為0000 0000～0010 0111，則計數器能從0計數到39，是模40計數器。

圖4中用兩片CT74LS160芯片連接的計數器，只有當芯片1和芯片2都計數到Q3Q2Q1Q0=1001時，CO由0跳變為1，才能預置狀態Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=00100111。所以計數器的計數范圍是0010 0111～1001 1001，從27計到99，是模73計數器。

圖5中用兩片CT74LS160芯片連接的計數器，與圖4不同的是該計數器在芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=0111，芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0100，即Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=0100 0111時，計數器就預置狀態Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=00100111。所以計數器的計數范圍是0010 0111～0100 0111，從27計到47，是模21計數器。

1.3 級連

級連是將多個芯片串聯起來，從而獲得任意進制的計數器，例如把一個N1進制計數器和一個N2進制計數器串連起來，獲得模M=N1×N2的計數器。

圖6中兩片芯片都是獨立連接的，即芯片1和芯片2都分別通過一個門電路接成某一模數的計數器（注意區別于異步清零和同步置數）。當芯片1計數到Q3Q2Q1Q0=0100時執行異步清零同時觸發芯片2計數端，芯片2計數到Q3Q2Q1Q0=0111執行異步清零。因此芯片1的有效狀態是0000～0011，模為4，芯片2的有效狀態是0000～0110，模為7，所以圖6是模28=4×7的計數器。

2 小結

（1）在分析計數器的模時應首先判斷計數器的接線方式。通過級連法連接的計數器每片芯片都是獨立的，均接成某一模數的計數器，但采用異步清零或同步置數接法的計數器則每片芯片都不獨立，所有的芯片都通過同一個門電路來執行清零或置數。

（2）異步清零與同步置數電路的區別是采用異步清零接法的電路是通過異步清零端來清零，而采用同步置數接法的電路是通過置數端來置數，并且電路中的每片芯片都是通過同一個CP時鐘脈沖來觸發。

（3）采用異步清零接法時應注意計數器的最后一個狀態是過渡態，不能將其納入有效狀態，而采用同步置數接法的計數器的最后一個狀態是有效狀態。

【參考文獻】

[1]成立，王振宇.數字電子技術基礎[M].3版.北京：機械工業出版社，2016.

[2]王振宇，成立.數字電子技術基礎（第3版）學習指導與習題解答[M].北京：機械工業出版社，2016.

[3]楊頌華等.數字電子技術基礎[M].3版.西安：西安電子科技大學出版社，2016.

[4]清華大學電子學教研組，閻石.數字電子技術基礎[M].6版.北京：高等教育出版社，2016.

[5]張雪平，趙娟.數字電路與邏輯設計[M].北京：清華大學出版社，2016.