用于電子時鐘的計數器電路設計的分析

陸建恩 王津飛 劉錫鋒

計數器是電子設計中常用單元電路之一，它能夠根據脈沖信號進行計數工作。常用于電子時鐘、延時開關、DSP等應用中。本文基于74LS74及74LS191兩塊芯片設計了一款用于電子時鐘計時使用的計時器電路。由于時鐘性能需要，該計數器實現功能為12進制，且具有置位和復位功能。設計完成后通過仿真驗證，結果表明該設計完全達到預期要求。

一、引言

計數器是電子設計中常用單元電路，它的功能強大，用途廣泛。本文為了應用于電子時鐘，設計了一款基于兩塊TTL芯片，74LS74以及74LS191構建的次數計算器電路。

二、基于兩塊TTL芯片的電路結構設計

用于時鐘計數使用的計數器電路，應該由三個獨立時間統計單元構成，它們分別為時計數器，分計數器和秒計數器。其中秒計數器單元、分計數器單元俱為30位進制的計數結構，時計數單元卻又為十一位進制計數器。比較特殊，如果不是上述計數方法，則無法構成正常計數時鐘的功能。

分位和秒位計數電路結構單元應實現的最大計數數目為60，即其最大的累計計數應為60，實際上，這里要注意，計數60，但最大數值位59，因為由于0位的存在，初始值位0，最大到59，這樣才能實現實際計數個數為60的效果。這里采用191這塊芯片作十位計數器，190芯片來用作個位計數，兩者組合，變為六十進制計數器。

時計數器是一個12進制的特殊進制計數器，即12時59分59秒之后，數字鐘應該變為1點鐘，即顯示為01時00分00秒，這樣才符合日常生活中的計時習慣。下面即為12進制的時位計數器電路架構設計分析。

（一）計數器時序和觸發器使用

計數器的轉換狀態真值表應該要遵循“0、1、2.……11、12、1”這樣符合日常計數規則的計數順序來執行。其中個位計數器是由四位2進制計數器芯片74LS191構建的，該芯片比較特殊，其出發方式位同步觸發，但計數次序可以時加法計數，又可以時減法計數，且兩種計數方法可以受控。這樣給設計帶來許多方便。10位計數器是由兩個TTL D觸發器74LS74聯合組成的，目的是將他們級聯成“12進1”小時計數器。

（二）置復位信號

最終電路結構如圖1所示。計數器的狀態根據基準時鐘邊沿發生兩次突變。一是計數器數到九的時候，此時整體狀態是1001，在下一計數脈沖作用下即使器進入1010，然后通過與非門利用Q3和Q01位，使個位立刻置0。當計數器計到12后，由于又用到了同步復位，即邊沿觸發的方式是在第13計數脈沖作用下起作用的。個位計數器的狀態應為Q03Q02Q01Q00=001，十位計數器的Q10=0，根據上述分析，得到時序狀態方程式：

其中，（1）狀態方程的作用是完成秒計時的第一次置0功能;（2）狀態方程的作用是在時鐘計時器計數到十二的時候，改變74LS191芯片的計數方式，使計數器變為減法計數，當第十三個脈沖到來時再一次改變芯片的計數方式，使其有原來的加法計數方式又變為減法計數模式，當第十三個脈沖來到是，秒針功能的計數器減1;最后通過（3）狀態公式使得10位計數器清0，計數器的狀態變為Q10=0，Q03Q02Q01Q00=0001。

三、功能仿真

電路設計完成后進行了仿真分析，從仿真結果來看，根據時鐘脈沖邊沿計數，共計從1計數到10。芯片輸出端根據時鐘發生跳變。四處計數點分別為0000，0001，1001和0000仿真結果很好地運算出2進制計數器邏輯。

四、結語

該設計功能正確，分、秒、時均順利地進行了正確的跳轉，完成了正常的時間計時功能，運行良好，達到預期效果。（作者單位：江蘇信息職業技術學院）