對(duì)于大模值的MSI計(jì)數(shù)器的模的分析

韋紹賢

【摘 要】從降低成本的角度考慮，集成電路定型產(chǎn)品須擁有足夠大的生產(chǎn)批量。目前常見(jiàn)的MSI計(jì)數(shù)器芯片只制作了使用較廣的幾種類型，例如十進(jìn)制、十六進(jìn)制、四位二進(jìn)制、七位二進(jìn)制、十二位二進(jìn)制等。在實(shí)際應(yīng)用中如果需要其他任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，可以通過(guò)外電路的不同連接方式得到。

【關(guān)鍵詞】MSI計(jì)數(shù)器;異步清零;同步置數(shù);模

中圖分類號(hào)： TP332.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）13-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.057

0 引言

在大多數(shù)參考書(shū)中介紹了設(shè)計(jì)任意模的計(jì)數(shù)器的方法，但是具備分析計(jì)數(shù)器模的能力是設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器的前提。針對(duì)確定計(jì)數(shù)器的模時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，分析了出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因，給出了確定計(jì)數(shù)器模的方法。

1 計(jì)數(shù)器的模的判別

1.1 異步清零

如果計(jì)數(shù)器需要獲得的模為M，則在第M個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP的作用下，將所有輸出狀態(tài)為1的輸出端通過(guò)一個(gè)門電路來(lái)控制計(jì)數(shù)器的異步清零端，使得計(jì)數(shù)器回到初態(tài)，從而改接成模M計(jì)數(shù)器。

圖1中兩片CT74LS160芯片連接的計(jì)數(shù)器的輸出端都連在了同一個(gè)與非門上并且通過(guò)異步清零端來(lái)清零。低位芯片接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器充當(dāng)個(gè)位，當(dāng)芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1001時(shí)，CO由0跳變?yōu)?，芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0001。當(dāng)圖中芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0010且芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0111時(shí)進(jìn)行異步清零。需要注意的是當(dāng)計(jì)數(shù)到最后一個(gè)狀態(tài)Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=00100111時(shí)，由于接成了異步清零接法，不需要等下一個(gè)CP脈沖到來(lái)就能完成清零，計(jì)數(shù)器計(jì)到的最后一個(gè)狀態(tài)存在的時(shí)間極短被稱為過(guò)渡態(tài)，所以不將其納入計(jì)數(shù)范圍。計(jì)數(shù)器的最后一個(gè)狀態(tài)為（0010 0111）2=（27）10，因此計(jì)數(shù)器能從0計(jì)數(shù)到26，是模27計(jì)數(shù)器。

圖2中兩片CT74LS161芯片連接的計(jì)數(shù)器的輸出端都連在同一個(gè)與非門上并且通過(guò)異步清零端來(lái)清零。低位芯片接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器充當(dāng)個(gè)位，當(dāng)芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1111時(shí)，CO由0跳變?yōu)?，芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0001。當(dāng)芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0010且芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0111時(shí)進(jìn)行異步清零。需要注意的是CT74LS161是16進(jìn)制芯片，由于計(jì)數(shù)器的最后一個(gè)狀態(tài)（0010 0111）2=（27）16=（39）10是過(guò)渡態(tài)，所以計(jì)數(shù)器能從0計(jì)數(shù)到38，是模39計(jì)數(shù)器。

1.2 同步置數(shù)

通過(guò)控制同步置數(shù)端和預(yù)置輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn)模M計(jì)數(shù)。

圖3中兩片CT74LS161芯片連接的計(jì)數(shù)器的輸出端都連在同一個(gè)與非門上并且通過(guò)同步置數(shù)端來(lái)預(yù)置。低位芯片接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器充當(dāng)個(gè)位，當(dāng)芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1111時(shí)，CO由0跳變?yōu)?，芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0001。當(dāng)芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0010且芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0111時(shí)進(jìn)行同步置數(shù)。需要注意的是當(dāng)計(jì)數(shù)到最后一個(gè)狀態(tài)Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0' =00100111時(shí)由于接成同步置數(shù)接法，所以要等到下一個(gè)CP脈沖到來(lái)預(yù)置才有效，預(yù)置的狀態(tài)為0000 0000。因此有效狀態(tài)為0000 0000～0010 0111，則計(jì)數(shù)器能從0計(jì)數(shù)到39，是模40計(jì)數(shù)器。

圖4中用兩片CT74LS160芯片連接的計(jì)數(shù)器，只有當(dāng)芯片1和芯片2都計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1001時(shí)，CO由0跳變?yōu)?，才能預(yù)置狀態(tài)Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=00100111。所以計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍是0010 0111～1001 1001，從27計(jì)到99，是模73計(jì)數(shù)器。

圖5中用兩片CT74LS160芯片連接的計(jì)數(shù)器，與圖4不同的是該計(jì)數(shù)器在芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0111，芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0100，即Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=0100 0111時(shí)，計(jì)數(shù)器就預(yù)置狀態(tài)Q3Q2Q1Q0Q3'Q2'Q1'Q0'=00100111。所以計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍是0010 0111～0100 0111，從27計(jì)到47，是模21計(jì)數(shù)器。

1.3 級(jí)連

級(jí)連是將多個(gè)芯片串聯(lián)起來(lái)，從而獲得任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，例如把一個(gè)N1進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)N2進(jìn)制計(jì)數(shù)器串連起來(lái)，獲得模M=N1×N2的計(jì)數(shù)器。

圖6中兩片芯片都是獨(dú)立連接的，即芯片1和芯片2都分別通過(guò)一個(gè)門電路接成某一模數(shù)的計(jì)數(shù)器（注意區(qū)別于異步清零和同步置數(shù)）。當(dāng)芯片1計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0100時(shí)執(zhí)行異步清零同時(shí)觸發(fā)芯片2計(jì)數(shù)端，芯片2計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0111執(zhí)行異步清零。因此芯片1的有效狀態(tài)是0000～0011，模為4，芯片2的有效狀態(tài)是0000～0110，模為7，所以圖6是模28=4×7的計(jì)數(shù)器。

2 小結(jié)

（1）在分析計(jì)數(shù)器的模時(shí)應(yīng)首先判斷計(jì)數(shù)器的接線方式。通過(guò)級(jí)連法連接的計(jì)數(shù)器每片芯片都是獨(dú)立的，均接成某一模數(shù)的計(jì)數(shù)器，但采用異步清零或同步置數(shù)接法的計(jì)數(shù)器則每片芯片都不獨(dú)立，所有的芯片都通過(guò)同一個(gè)門電路來(lái)執(zhí)行清零或置數(shù)。

（2）異步清零與同步置數(shù)電路的區(qū)別是采用異步清零接法的電路是通過(guò)異步清零端來(lái)清零，而采用同步置數(shù)接法的電路是通過(guò)置數(shù)端來(lái)置數(shù)，并且電路中的每片芯片都是通過(guò)同一個(gè)CP時(shí)鐘脈沖來(lái)觸發(fā)。

（3）采用異步清零接法時(shí)應(yīng)注意計(jì)數(shù)器的最后一個(gè)狀態(tài)是過(guò)渡態(tài)，不能將其納入有效狀態(tài)，而采用同步置數(shù)接法的計(jì)數(shù)器的最后一個(gè)狀態(tài)是有效狀態(tài)。

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