基于直接清零法构成N 进制计数器的研究

张明金

在实际应用中，通常需要利用已有的计数器构成所需N 进制（即其他进制）计数器，尽管构成的方法有多种，但比较常用的方法还是采用直接清零法。采用直接清零法构成其他进制计数器调试时，往往产生过渡状态、复位不可靠或所构成的计数器计数显示不完整现象。本文对已有计数器的采用直接清零法构成所需的N 进制计数器时存在的问题进行分析。

一、直接清零法构成N 进制计数器

本文以比较常用的异步复位的同步四位二进制计数器74LS161 构成N 进制数器为例，进行分析。

用74LS161 采用直接清零法(又叫反馈归零法)构成N 进制计数器，是利用芯片的复位端CR的复位作用来改变计数周期的一种方法。这是一种经常使用的将模为M 的计数器修改为模为N的计数器的方法。直接清零法的基本原理是：假定原有为M 进制的计数器，为了获得任意进制N(2≤N≤M)，从全零初始状态开始计数，当在第N个脉冲作用条件下时，将第N 个状态SN中所有输出状态为1 的触发器的输出端通过一个与非门译码后，立即产生一个反馈脉冲来控制其直接复位端，迫使计数器清零(复位)，即强制回到0 状态。这样就使得M 进制计数器在顺序计数过程中跨越了M-N 个状态，获得了有效状态为0～(N-1)的N 进制计数器。

具体方法是，按照原有M 进制计数器的码制写出模N 的二值代码SN。将SN中为“1”的对应输出端接到与非门的输入端，与非门的输出端接集成芯片74LS161 的复位端。

二、存在的问题及解决的方法

采用直接清0 法构成N 进制计数器的方法简单易行，所以应用广泛，但是它存在一些问题。本节对存在的问题及解决方法进行研究。

（一）过渡状态及解决的方法

在图1(b)状态图所示的6 进制计数器中输出0110 就是过渡状态，其出现时间很短暂，并且是非常必要的，否则就不可能将计数器复位。由于过渡状态存在的时间很短暂，所以对一般计数而言无大的妨碍，如果实际应用中不希望出现过渡状态，那么可以采用置位法构成N 进制计数器。本文对采用置全0 法构成N 进制计数器进行分析。

图1 直接清零法构成6 进制计数器

图2 预置数法构成七进制计数器(同步预置)

（二）复位的可靠性及解决的方法

采用直接清零法构成N 进制计数器时，因为复位信号在通过门电路或触发器时会有时间延迟，使计数器不能可靠清零。为提高计数复位的可靠性，可在图1 所示电路的与非门和CR 端之间接一个基本RS 触发器，如图3 所示，用以将CR=“0”的状态暂存下，以使得清0 复位信号有足够的作用时间使计数器可靠地清“0”。[1]

（三）计数显示不完整及解决方法

如果在Multisim9 中按图1(a)构建仿真电路，如图4 所示，正常工作时，应计数显示0、1、2、3、4、5，而实际按图4 构成的6 进制计数器，进行仿真时，只能按0、1、2、3→0、1、2、3→…循环计数显示，而不能显示4、5。[3][4]

解决计数器不能正常计数方法可在与非门的输出端加滤波电容，在与非门输出端加滤波电容的6 进制计数器，如图5 所示。

图3 在与非门输出端带基本RS 触发器的6 进制计数器的改进电路

图4 用74LS161 构成6 进制计数器的仿真电路

由于加电容会影响电路的工作速度，故电容量的选取要合适，通常靠试验来调试确定。[1][2]

图5 在与非门输出端加滤波电容的6 进制计数器的改进电路

图6 输出端并联电容器法消除冒险

从以上分析可知，在利用已有计数器构成所需计数器时，可以先利用Multisim9 进行仿真，观察电路是否能正常工作，或到实验室调试，发现问题，进一步分析产生的原因，研究解决的方法，修改电路，电路正常工作了，才能应用到实际中。

[1]张惠敏.数字电子技术[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2]孙津平.数字电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[3]聂典.Multisim9 计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

[4]吴培明.电子技术虚拟实验[M].北京：机械工业出版社，1995.