基于直接清零法構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的研究

張明金

在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要利用已有的計(jì)數(shù)器構(gòu)成所需N 進(jìn)制（即其他進(jìn)制）計(jì)數(shù)器，盡管構(gòu)成的方法有多種，但比較常用的方法還是采用直接清零法。采用直接清零法構(gòu)成其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器調(diào)試時(shí)，往往產(chǎn)生過渡狀態(tài)、復(fù)位不可靠或所構(gòu)成的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)顯示不完整現(xiàn)象。本文對(duì)已有計(jì)數(shù)器的采用直接清零法構(gòu)成所需的N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)存在的問題進(jìn)行分析。

一、直接清零法構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器

本文以比較常用的異步復(fù)位的同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161 構(gòu)成N 進(jìn)制數(shù)器為例，進(jìn)行分析。

用74LS161 采用直接清零法(又叫反饋歸零法)構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，是利用芯片的復(fù)位端CR的復(fù)位作用來改變計(jì)數(shù)周期的一種方法。這是一種經(jīng)常使用的將模為M 的計(jì)數(shù)器修改為模為N的計(jì)數(shù)器的方法。直接清零法的基本原理是：假定原有為M 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，為了獲得任意進(jìn)制N(2≤N≤M)，從全零初始狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)在第N個(gè)脈沖作用條件下時(shí)，將第N 個(gè)狀態(tài)SN中所有輸出狀態(tài)為1 的觸發(fā)器的輸出端通過一個(gè)與非門譯碼后，立即產(chǎn)生一個(gè)反饋脈沖來控制其直接復(fù)位端，迫使計(jì)數(shù)器清零(復(fù)位)，即強(qiáng)制回到0 狀態(tài)。這樣就使得M 進(jìn)制計(jì)數(shù)器在順序計(jì)數(shù)過程中跨越了M-N 個(gè)狀態(tài)，獲得了有效狀態(tài)為0～(N-1)的N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

具體方法是，按照原有M 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的碼制寫出模N 的二值代碼SN。將SN中為“1”的對(duì)應(yīng)輸出端接到與非門的輸入端，與非門的輸出端接集成芯片74LS161 的復(fù)位端。

二、存在的問題及解決的方法

采用直接清0 法構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法簡單易行，所以應(yīng)用廣泛，但是它存在一些問題。本節(jié)對(duì)存在的問題及解決方法進(jìn)行研究。

（一）過渡狀態(tài)及解決的方法

在圖1(b)狀態(tài)圖所示的6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器中輸出0110 就是過渡狀態(tài)，其出現(xiàn)時(shí)間很短暫，并且是非常必要的，否則就不可能將計(jì)數(shù)器復(fù)位。由于過渡狀態(tài)存在的時(shí)間很短暫，所以對(duì)一般計(jì)數(shù)而言無大的妨礙，如果實(shí)際應(yīng)用中不希望出現(xiàn)過渡狀態(tài)，那么可以采用置位法構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。本文對(duì)采用置全0 法構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分析。

圖1 直接清零法構(gòu)成6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器

圖2 預(yù)置數(shù)法構(gòu)成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器(同步預(yù)置)

（二）復(fù)位的可靠性及解決的方法

采用直接清零法構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，因?yàn)閺?fù)位信號(hào)在通過門電路或觸發(fā)器時(shí)會(huì)有時(shí)間延遲，使計(jì)數(shù)器不能可靠清零。為提高計(jì)數(shù)復(fù)位的可靠性，可在圖1 所示電路的與非門和CR 端之間接一個(gè)基本RS 觸發(fā)器，如圖3 所示，用以將CR=“0”的狀態(tài)暫存下，以使得清0 復(fù)位信號(hào)有足夠的作用時(shí)間使計(jì)數(shù)器可靠地清“0”。[1]

（三）計(jì)數(shù)顯示不完整及解決方法

如果在Multisim9 中按圖1(a)構(gòu)建仿真電路，如圖4 所示，正常工作時(shí)，應(yīng)計(jì)數(shù)顯示0、1、2、3、4、5，而實(shí)際按圖4 構(gòu)成的6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，進(jìn)行仿真時(shí)，只能按0、1、2、3→0、1、2、3→…循環(huán)計(jì)數(shù)顯示，而不能顯示4、5。[3][4]

解決計(jì)數(shù)器不能正常計(jì)數(shù)方法可在與非門的輸出端加濾波電容，在與非門輸出端加濾波電容的6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖5 所示。

圖3 在與非門輸出端帶基本RS 觸發(fā)器的6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的改進(jìn)電路

圖4 用74LS161 構(gòu)成6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真電路

由于加電容會(huì)影響電路的工作速度，故電容量的選取要合適，通?？吭囼?yàn)來調(diào)試確定。[1][2]

圖5 在與非門輸出端加濾波電容的6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的改進(jìn)電路

圖6 輸出端并聯(lián)電容器法消除冒險(xiǎn)

從以上分析可知，在利用已有計(jì)數(shù)器構(gòu)成所需計(jì)數(shù)器時(shí)，可以先利用Multisim9 進(jìn)行仿真，觀察電路是否能正常工作，或到實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)一步分析產(chǎn)生的原因，研究解決的方法，修改電路，電路正常工作了，才能應(yīng)用到實(shí)際中。

[1]張惠敏.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2]孫津平.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[3]聶典.Multisim9 計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4]吳培明.電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.