任意进制计数器设计方法,任意进制计数器的设计方法

('龙源期刊网http://www.qikan.com.cn任意进制计数器设计方法作者：林涛巨永锋来源：《现代电子技术》2008年第15期摘要：利用集成二、十进制计数器采用反馈置数法设计任意进制计数器，已有设计方法的特点是采用一次置数。提出了采用多次置数法设计任意进制计数器的新概念,通过状态转换图分析论述了设计依据，以设计实例说明了采用多次置数设计任意进制计数器的方法。分析与设计举例表明该设计方法是可行的,它拓宽了采用MSI设计任意进制计数器的途径。关键词：数字电子技术;任意进制计数器;设计方法;状态转换图;多次置数中图分类号：TN29文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1516602StudyoftheDesignMethodofModulo-NCounterLINTao,JUYongfeng(SchoolofElectronic&ControlEngineering,Chang′anUniversity,Xi′an,710064,China)Abstract：Modulo-Ncounterisdesignedwithintegratedcircuitsbinaryordecimalcountersbyfeedbackresetnumber.Thedistinguishingfeatureoftheexistingdesignmethodisonetimeresetnumber.Anewconceptofdesigningmodulo-Ncounterbyfeedbackresetsnumberisgiven.Thedesignfoundationisanalyzedbystatediagram.Thedesignmethodisexplainedbyapracticalexample.Theanalysisandexampleindictedthatthedesignmethodisfeasible.Itdevelopsthewayofdesignmodulo-NcounterwithMSI.Keywords：digitalelectronicstechnology;modulo-Ncounter;designmethod;statediagram;resetsnumber1引言计数器按人们的习惯分为二进制计数器、十进制计数器、任意进制(非二、十进制)计数器。在中规模集成电路中，二、十进制计数器都有各种芯片可供选择。而对于任意进制计数器，通常利用集成二、十进制计数器通过反馈清零或者反馈置数来实现［1,2］。龙源期刊网http://www.qikan.com.cn利用反馈清零设计任意进制计数器时其状态转换图是惟一的(同步清零和异步清零的状态转换图稍有差别)；但采用反馈置数法设计N进制计数器时，置数值的选取比较灵活，对于同一模值的计数器，可以有多种不同的实现方法，已有的文献只讨论了一次置数的设计方法［3,4］。本文提出了多次置数的设计方法，并以实例说明该设计方法的具体应用。2设计依据分析已有集成计数器(二进制、十进制)的特点是其计数状态变化的次序是固定的，只要处于计数工作模式下，其状态按原设计状态逐一递增或者递减变化。例如，现有一个M(二、十进制)进制计数器，在计数状态下，其状态变化如图1所示。图1集成M进制计数器的状态转换图当所设计的N进制计数器的模值满足N1所对应的数码；用SN+1\ue00c作为置数控制，即LD=SN+1\ue00c\ue00c，置数值取S2\ue00c所对应的数码；依次类推，共有M种选择。对于具有异步置数功能或者置数控制端高电平有效的集成计数器，可仿照上述设计方法进行设计。上述设计方法的共同特点是所设计的任意进制计数器的状态是连续变化的，且置数值只能是一组常数，称其为一次置数法。采用反馈置数法利用已有的M进制计数器设计N进制计数器时，N进制计数器的状态变化可以是不连续的。即可采用多次置数的方法使计数状态发生多次跳转，其状态转换图如图2所示。图2计数状态不连续变化的N进制计数器的状态转换图图2中采用了2次置数法，第一次用S3\ue00c作为置数控制，置数输入值为状态S6\ue00c所对应的数码，跳过了S4\ue00c、S5\ue00c两个状态；第二次用SN+1\ue00c作为置数控制，置数输入值为状态S0\ue00c所对应的数码，跳过了(SN+2\ue00c~Sm-1)\ue00c共(M－N－2)个状态。由此可见，多次置数与一次置数的区别在于一次置数时，计数器状态转换是连续的，置数值为常数；而多次置数法置数值不是常数，且计数器的计数状态转换是不连续的。实现多次置数的关键是置数控制信号和置数值的确定。上面讨论的设计方法其前提条件是NM时，可通过k片M进制计数器级联，形成Mk\ue00b进制计数器，对于Mk\ue00b进制计数器再利用反馈置数或者反馈清零修正Mk\ue00b进制计数器的计数状态循环过程，跳过Mk-N\ue00b个状态，而形成N进制计数器。对于k值的选择，应满足下述关系式：Mk-1\ue00b已知9进制计数器的状态转换图如图3所示，试用74161和适当的门电路实现。图3给定计数器的状态转换图分析图3所示状态转换图，可见其状态出现2次跳跃，即从状态0000到0100和1000到1101，考虑到74161的功能特点及设计要求，只能采用反馈置数法进行设计。综合分析2次置数控制信号可见，置数控制端的控制表达式为：LD=Q\ue00c2，置数值分别为DCBA=0100和DCBA=1101，对比前后2次所置的数，可见B=0，C=1，为常数。而A，D前后2次置数值不同，不能用常数1或者0来给定，分析置数前后的计数状态，可见令龙源期刊网http://www.qikan.com.cnA=D=Q3，即可同时满足2次置数的要求。考虑到74161的控制特点，所设计的电路如图4所示。图4采用2次置数法设计的9进制计数器4结语集成计数器是目前数字系统中应用较多的逻辑器件，任意进制计数器在控制系统中经常用到，也是数字电子技术教学的重点内容之一，文中讨论的反馈置数法设计任意计数器的思路有助于读者更全面地掌握计数器的设计方法，特别是当计数器的计数状态不连续时，采用多次置数法进行设计，其设计思路新颖，方法灵活。文中给出的设计举例，虽说仅以一片74161为例，但其设计方法可以方便地推广到多片集成电路的应用设计中去。参考文献［1］阎石.数字电子技术基础［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006.［2］康华光.电子技术基础(数字部分)［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006.［3］王敦惠.集成计数器构成任意进制计数器的方法［J］.湖南科技学院学报,2004,25(6):98-102.［4］孙宏国.N进制计数器的几种设计方法及比较［J］.电气电子教学学报,2002,24(4):54-55,62.［5］向永生,王爱冬,林岗,等.同步任意值计数器的设计［J］.长沙电力学院学报:自然科学版,2004,19(3):54-58.［6］励建国,宋坚波.任意进制计数器设计方法初探［J］.成都教育学院学报,2003,17(3):65-66.［7］姚旻.用集成计数器构成任意进制计数器［J］.江西电力职业技术学院学报,2003(2):19-21.［8］刘建波,蔡文水,吕铁山.十进制与任意进制转换的设计与实现［J］.计算机系统应用,2003(10):69-71.［9］吕虹.任意进制移位计数器研究与实现［J］.淮南工业学院学报:自然科学版,2002,22(2):38-41,70.龙源期刊网http://www.qikan.com.cn［10］郭迪新.模N计数器的简易设计［J］.电子与自动化,2000(5):17-20.注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文',)