陸建恩 王津飛 劉錫鋒

計數(shù)器是電子設(shè)計中常用單元電路之一，它能夠根據(jù)脈沖信號進(jìn)行計數(shù)工作。常用于電子時鐘、延時開關(guān)、DSP等應(yīng)用中。本文基于74LS74及74LS191兩塊芯片設(shè)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(shù)器實現(xiàn)功能為12進(jìn)制，且具有置位和復(fù)位功能。設(shè)計完成后通過仿真驗證，結(jié)果表明該設(shè)計完全達(dá)到預(yù)期要求。

一、引言

計數(shù)器是電子設(shè)計中常用單元電路，它的功能強(qiáng)大，用途廣泛。本文為了應(yīng)用于電子時鐘，設(shè)計了一款基于兩塊TTL芯片，74LS74以及74LS191構(gòu)建的次數(shù)計算器電路。

二、基于兩塊TTL芯片的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計

用于時鐘計數(shù)使用的計數(shù)器電路，應(yīng)該由三個獨立時間統(tǒng)計單元構(gòu)成，它們分別為時計數(shù)器，分計數(shù)器和秒計數(shù)器。其中秒計數(shù)器單元、分計數(shù)器單元俱為30位進(jìn)制的計數(shù)結(jié)構(gòu)，時計數(shù)單元卻又為十一位進(jìn)制計數(shù)器。比較特殊，如果不是上述計數(shù)方法，則無法構(gòu)成正常計數(shù)時鐘的功能。

分位和秒位計數(shù)電路結(jié)構(gòu)單元應(yīng)實現(xiàn)的最大計數(shù)數(shù)目為60，即其最大的累計計數(shù)應(yīng)為60，實際上，這里要注意，計數(shù)60，但最大數(shù)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(xiàn)實際計數(shù)個數(shù)為60的效果。這里采用191這塊芯片作十位計數(shù)器，190芯片來用作個位計數(shù)，兩者組合，變?yōu)榱M(jìn)制計數(shù)器。

時計數(shù)器是一個12進(jìn)制的特殊進(jìn)制計數(shù)器，即12時59分59秒之后，數(shù)字鐘應(yīng)該變?yōu)?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(xí)慣。下面即為12進(jìn)制的時位計數(shù)器電路架構(gòu)設(shè)計分析。

（一）計數(shù)器時序和觸發(fā)器使用

計數(shù)器的轉(zhuǎn)換狀態(tài)真值表應(yīng)該要遵循“0、1、2.……11、12、1”這樣符合日常計數(shù)規(guī)則的計數(shù)順序來執(zhí)行。其中個位計數(shù)器是由四位2進(jìn)制計數(shù)器芯片74LS191構(gòu)建的，該芯片比較特殊，其出發(fā)方式位同步觸發(fā)，但計數(shù)次序可以時加法計數(shù)，又可以時減法計數(shù)，且兩種計數(shù)方法可以受控。這樣給設(shè)計帶來許多方便。10位計數(shù)器是由兩個TTL D觸發(fā)器74LS74聯(lián)合組成的，目的是將他們級聯(lián)成“12進(jìn)1”小時計數(shù)器。

（二）置復(fù)位信號

最終電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。計數(shù)器的狀態(tài)根據(jù)基準(zhǔn)時鐘邊沿發(fā)生兩次突變。一是計數(shù)器數(shù)到九的時候，此時整體狀態(tài)是1001，在下一計數(shù)脈沖作用下即使器進(jìn)入1010，然后通過與非門利用Q3和Q01位，使個位立刻置0。當(dāng)計數(shù)器計到12后，由于又用到了同步復(fù)位，即邊沿觸發(fā)的方式是在第13計數(shù)脈沖作用下起作用的。個位計數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為Q03Q02Q01Q00=001，十位計數(shù)器的Q10=0，根據(jù)上述分析，得到時序狀態(tài)方程式：

其中，（1）狀態(tài)方程的作用是完成秒計時的第一次置0功能;（2）狀態(tài)方程的作用是在時鐘計時器計數(shù)到十二的時候，改變74LS191芯片的計數(shù)方式，使計數(shù)器變?yōu)闇p法計數(shù)，當(dāng)?shù)谑齻€脈沖到來時再一次改變芯片的計數(shù)方式，使其有原來的加法計數(shù)方式又變?yōu)闇p法計數(shù)模式，當(dāng)?shù)谑齻€脈沖來到是，秒針功能的計數(shù)器減1;最后通過（3）狀態(tài)公式使得10位計數(shù)器清0，計數(shù)器的狀態(tài)變?yōu)镼10=0，Q03Q02Q01Q00=0001。

三、功能仿真

電路設(shè)計完成后進(jìn)行了仿真分析，從仿真結(jié)果來看，根據(jù)時鐘脈沖邊沿計數(shù)，共計從1計數(shù)到10。芯片輸出端根據(jù)時鐘發(fā)生跳變。四處計數(shù)點分別為0000，0001，1001和0000仿真結(jié)果很好地運算出2進(jìn)制計數(shù)器邏輯。

四、結(jié)語

該設(shè)計功能正確，分、秒、時均順利地進(jìn)行了正確的跳轉(zhuǎn)，完成了正常的時間計時功能，運行良好，達(dá)到預(yù)期效果。（作者單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）