任意进制计数器的设计

任意进制计数器的设计

【摘要】计数器集成芯片一般有4位二进制、8位二进制或十进制计数器，而在实际应用中，往往需要设计一个任意n进制计数器，本文给出它的设计方法和案例。

【关键词】计数器；清零

一、利用反馈清零法获得计数器

1 集成计数器清零方式

异步清零方式：与计数脉冲cp无关，只要异步清零端出现清零信号，计数器立即被清零。此类计数器有同步十进制加法计数器

ct74ls160、同步4位二进制加法计数器ct74ls161、同步十进制加/减计数器ct74ls192、同步4位二进制加/减计数器ct74ls193等。

同步清零方式：与计数脉冲cp有关，同步清零端获得清零信号后，计数器并不立刻被清零，只是为清零创造条件，还需要再输入一个计数脉冲cp，计数器才被清零。属于此类计数器有同步十进制加法计数器ct74ls162、同步4位二进制加法计数器ct74ls163、同步十进制加/减计数器ct74ls190、同步4位二进制加/减计数器ct74ls191等。

2 反馈清零法

对于异步清零方式：应在输入第n个计数脉冲cp后，利用计数器状态sn进行译码产生清零信号加到异步清零端上，立刻使计数器清零，即实现了n计数器。在计数器的有效循环中不包括状态sn，所以状态sn只在极短的瞬间出现称为过渡状态。

对于同步清零方式：应在输入第n-1个计数脉冲cp后，利用计数器状态sn-1进行译码产生清零信号，在输入第n个计数脉冲cp 时，计数器才被清零，回到初始零状态，从而实现n计数器。可见同步清零没有过渡状态。

利用计数器的清零功能构成n计数器时，并行数据输入端可接任意数据，其方法如下：

①写出n计数器状态的二进制代码。异步清零方式利用状态sn，同步清零方式利用状态sn-1。

②写出反馈清零函数。

③画逻辑图。

例1 试用ct74ls160的异步清零功能构成六进制计数器。

解：①写出sn的二进制代码。sn=s6=0110

②写出反馈清零函数。

③画逻辑图。如图1所示。

图1 用ct74ls160的异步清零功能构成六进制计数器

图2 用ct74ls162的同步清零功能构成六进制计数器

例2 试用ct74ls162的同步清零功能构成六进制计数器。

解：

①写出sn-1的二进制代码。sn-1=s5=0101

②写出反馈清零函数。

③画逻辑图。如图2所示

二、利用反馈置数法获得n计数器

1 集成计数器置数方式

异步置数方式：与计数脉冲cp无关，只要异步置数端出现置数信号，计数器立即被置数。属于此类计数器有同步十进制加/减计数器ct74ls190/192、同步4位二进制加法/减计数器

ct74ls191/193。

同步置数方式：与计数脉冲cp有关，同步置数端获得置数信号后，计数器并不立刻被置数，还需要再输入一个计数脉冲才能将预置数置于计数器。属于此类计数器有同步十进制加法计数器

ct74ls160/162、同步4位二进制加法计数器ct74ls161/163。

2反馈置数法

利用计数器的置数功能构成n计数器时，要确定计数器从某个预置数状态开始计数，并行数据输入端d3～d0接入计数器的计数起始数据，计满n个状态后产生置数信号，使计数器返回到预置数状态。

利用计数器的清零功能构成n计数器的方法如下：

①确定计数器计数状态和预置数状态。

②写出计数器状态的二进制代码。当预置数为全0时，取前n 个计数状态，则异步置数方式利用状态sn，同步清零方式利用状态sn-1。

③写出反馈置数函数。

④画逻辑图。

例3 试用ct74ls161的同步置数功能构成十进制计数器。

解：ct74ls161是十六进制计数器，置数状态在0000～1111这16个状态中任选，因此实现的方案很多。

方法一：置全0法（前个状态计数）

①确定计数器计数状态和预置数状态。取置数状态为s0=0000，预置数d3d2d1d0=0000，计数范围为0000～1001。

②写出计数器状态的二进制代码。

③写出反馈置数函数。

③画逻辑图。如图3（a）所示。

（a）

（b）

图3 用ct74ls161的同步置数功能构成十进制计数器

（a）置全0法（前10个状态计数）

（b）co置数法（后10个状态计数）

方法二：co置数法（后n个状态计数）

用进位输出信号co作为预置数的控制信号。m-n=16-10=（6）10=（0110）2，设预置数d3d2d1d0=0110，计数范围为0110～1111。计到1111时，进位输出信号co=q3q2q1q0=1，通过非门产生一个置数信号加到同步置数端，即，在下一个计数脉冲cp到来时，把预置数d3d2d1d0=0110并行置入q3q2q1q0中，计数器返回到预置数状态q3q2q1q0=0110，从而实现了十进制计数。电路如图3（b）。

三、大容量n进制计数器

当要求实现的计数器的计数模值超过单片计数器的计数范围

时，可将多片计数器级联起来，就可获得大容量进制计数器。常用的方法有两种：

1 大模分解法

如果将模n可以分解为多个因数相乘（每个因数小于单片计数器的最大值），即，则可先用片计数器分别组成模值为n1、n2、…、nn的计数器，然后再将它们级联起来组成n进制计数器。

例4 试用两片ct74ls190构成五十进制计数器。

解：，个位片ct74ls190（1）组成十进制计数器（低位片）；十位片ct74ls190（2）组成五进制计数器（高位片），然后级联组成五十进制计数器，电路如图4所示。图中，级联采用串行进位方式，即将低位片ct74ls190（1）串行进位端的输出信号作为高位片计数器ct74ls190（2）的计数输入脉冲。当十位计数器ct74ls190（2）计到5时，异步置数端端，计数器被置数到0，从而实现了五十进制计数。

图4 两片ct74ls190构成五十进制计数器

三、整体反馈置零或整体反馈置数法

例5 试用两片ct74ls161构成四十二进制计数器。

解：（1）将两片ct74ls161采用并行进位方式组成进制计数器。

（2）将256进制计数器采用整体反馈置零法构成42进制计数器。42进制计数器对应的二进制代码，当计数器计到42时，计数器状态，反馈置零函数，这是经与非门输出低电平，使两片

ct74ls161同时置零，从而实现四十二进制计数，逻辑图如图5所