摘 要：利用集成二、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器采用反饋置數(shù)法設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，已有設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是采用一次置數(shù)。提出了采用多次置數(shù)法設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的新概念，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖分析論述了設(shè)計(jì)依據(jù)，以設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明了采用多次置數(shù)設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。分析與設(shè)計(jì)舉例表明該設(shè)計(jì)方法是可行的，它拓寬了采用MSI設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的途徑。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù);任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器;設(shè)計(jì)方法;狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖;多次置數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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(jì)數(shù)器按人們的習(xí)慣分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、任意進(jìn)制(非二、十進(jìn)制)計(jì)數(shù)器。在中規(guī)模集成電路中，二、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器都有各種芯片可供選擇。而對(duì)于任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通常利用集成二、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器通過(guò)反饋清零或者反饋置數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)^［1，2］。

利用反饋清零設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是惟一的(同步清零和異步清零的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖稍有差別)；但采用反饋置數(shù)法設(shè)計(jì)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，置數(shù)值的選取比較靈活，對(duì)于同一模值的計(jì)數(shù)器，可以有多種不同的實(shí)現(xiàn)方法，已有的文獻(xiàn)只討論了一次置數(shù)的設(shè)計(jì)方法^{［3，4］}。本文提出了多次置數(shù)的設(shè)計(jì)方法，并以實(shí)例說(shuō)明該設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)分析

已有集成計(jì)數(shù)器(二進(jìn)制、十進(jìn)制)的特點(diǎn)是其計(jì)數(shù)狀態(tài)變化的次序是固定的，只要處于計(jì)數(shù)工作模式下，其狀態(tài)按原設(shè)計(jì)狀態(tài)逐一遞增或者遞減變化。例如，現(xiàn)有一個(gè)M(二、十進(jìn)制)進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)狀態(tài)下，其狀態(tài)變化如圖1所示。

圖1 集成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖當(dāng)所設(shè)計(jì)的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的模值滿足N

采用反饋置數(shù)法利用已有的M進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)變化可以是不連續(xù)的。即可采用多次置數(shù)的方法使計(jì)數(shù)狀態(tài)發(fā)生多次跳轉(zhuǎn)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。

圖2 計(jì)數(shù)狀態(tài)不連續(xù)變化的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖2中采用了2次置數(shù)法，第一次用S3作為置數(shù)控制，置數(shù)輸入值為狀態(tài)S6所對(duì)應(yīng)的數(shù)碼，跳過(guò)了S4 、S5 兩個(gè)狀態(tài)；第二次用SN+1 作為置數(shù)控制，置數(shù)輸入值為狀態(tài)S0所對(duì)應(yīng)的數(shù)碼，跳過(guò)了(SN+2 ~Sm-1)共(M－N－2)個(gè)狀態(tài)。由此可見(jiàn)，多次置數(shù)與一次置數(shù)的區(qū)別在于一次置數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換是連續(xù)的，置數(shù)值為常數(shù)；而多次置數(shù)法置數(shù)值不是常數(shù)，且計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換是不連續(xù)的。實(shí)現(xiàn)多次置數(shù)的關(guān)鍵是置數(shù)控制信號(hào)和置數(shù)值的確定。

上面討論的設(shè)計(jì)方法其前提條件是N < M ，通過(guò)反饋置數(shù)或者反饋清零修正M進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)循環(huán)過(guò)程，跳過(guò)M－N個(gè)狀態(tài)，而形成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)N > M 時(shí)，可通過(guò)k片M進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，形成Mk 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，對(duì)于Mk 進(jìn)制計(jì)數(shù)器再利用反饋置數(shù)或者反饋清零修正Mk進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)循環(huán)過(guò)程，跳過(guò)Mk -N個(gè)狀態(tài)，而形成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。對(duì)于k值的選擇，應(yīng)滿足下述關(guān)系式：Mk-1

已知9進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3所示，試用74161和適當(dāng)?shù)拈T(mén)電路實(shí)現(xiàn)。

圖3 給定計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖分析圖3所示狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可見(jiàn)其狀態(tài)出現(xiàn)2次跳躍，即從狀態(tài)0000到0100和1000到1101，考慮到74161的功能特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，只能采用反饋置數(shù)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜合分析2次置數(shù)控制信號(hào)可見(jiàn)，置數(shù)控制端的控制表達(dá)式為：LD=Q₂，置數(shù)值分別為DCBA=0100和DCBA=1101，對(duì)比前后2次所置的數(shù)，可見(jiàn)B=0，C=1，為常數(shù)。而A，D前后2次置數(shù)值不同，不能用常數(shù)1或者0來(lái)給定，分析置數(shù)前后的計(jì)數(shù)狀態(tài)，可見(jiàn)令A(yù)=D=Q₃，即可同時(shí)滿足2次置數(shù)的要求?？紤]到74161的控制特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的電路如圖4所示。

圖4 采用2次置數(shù)法設(shè)計(jì)的9進(jìn)制計(jì)數(shù)器

4 結(jié) 語(yǔ)

集成計(jì)數(shù)器是目前數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用較多的邏輯器件，任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器在控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到，也是數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，文中討論的反饋置數(shù)法設(shè)計(jì)任意計(jì)數(shù)器的思路有助于讀者更全面地掌握計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法，特別是當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)不連續(xù)時(shí)，采用多次置數(shù)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思路新穎，方法靈活。文中給出的設(shè)計(jì)舉例，雖說(shuō)僅以一片74161為例，但其設(shè)計(jì)方法可以方便地推廣到多片集成電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)中去。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006.

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

［3］王敦惠.集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法［J］.湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，25(6):98-102.

［4］孫宏國(guó).N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的幾種設(shè)計(jì)方法及比較［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(4):54-55，62.

［5］向永生，王愛(ài)冬，林崗，等.同步任意值計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)［J］.長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，19(3):54-58.

［6］勵(lì)建國(guó)，宋堅(jiān)波.任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)方法初探［J］.成都教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，17(3):65-66.

［7］姚旻.用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器［J］.江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(2):19-21.

［8］劉建波，蔡文水，呂鐵山.十進(jìn)制與任意進(jìn)制轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2003(10):69-71.

［9］呂虹.任意進(jìn)制移位計(jì)數(shù)器研究與實(shí)現(xiàn)［J］.淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，22(2):38-41，70.

［10］郭迪新.模N計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)［J］.電子與自動(dòng)化，2000(5):17-20.

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