一种任意进制计数器的快速设计方法探析

【摘要】到目前为止，计数器还没有通用性很广的统一设计方法。本文根据现在高职教育教学改革理念，按照职业教育人才培养模式改革和教学模式改革要求，分析介绍一种任意进制计数器的设计方法和设计特点。

【关键词】计数器；任意进制；触发器；最大码

1.引言

随着电子工业的发展，计数器电路在各个领域得到了广泛应用。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。导航系统中的加速度计，网站设置的网页计数计，文字编辑中的字数计等都需要计数器。因此，对于应用电子技术专业的学生不仅要掌握好基础专业知识和技能，还要具有一定的创新能力和电子产品设计开发能力。本文以设计一个铅笔打包计数器为例，对任意进制计数器的设计方法进行分析探讨。

2.设计任务描述

计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。本任务就是按照计数器的基本结构组成和工作原理，设计制作一个铅笔打包计数器见表一。

3.任务资讯

3.1 计数器的工作特点

对于由触发器组成的计数器，在做加法时，每一位的变化均发生在以下各位全是“1”的时候，只有在计数计到最大数码时，才不论各位的状态如何统统归“0”。而对于减法计数，其借位均发生在以下各位全为“0”的时候，只有所有各位都是“0”时，才返回到最大数码。可见，不论何种进制的计数器，在计满之前工作都是一样的，唯一的不同仅在于最大码回“0”这一步（减法是在由“0”返回最大码）。所以，我们有理由认为计数的最大码包含着计数器工作的全部信息。因此，一旦给定了计数器的最大编码，就应该能够立即写出各级触发器的激励方程。

3.2 任意进制计数器的构成方法

目前常见的计数器芯片在计数进制上只做成应用较广的几种类型，如十进制、十六进制、7位二进制、12位二进制、14位二进制等。在需要其它任意一种进制的计数器时，只能用已有的计数器产品经外电路的连接方式得到。

假定已有的是N进制计数器，而需要得到M进制计数器。

当M

（1）置零法

置零法如下图1所示。电路一进入SM状态就立即被置成S0状态，所以SM状态仅在极短的瞬时出现，在稳定的状态循环中不包括SM状态，置零法适用于有异步置零输入端的计数器。

（2）置数法

置数法如下图2所示。通过给计数器重复置入某个数值的方法跳越N－M状态，适用于有预置数功能的计数器电路。

当M>N时：必须用多片N进制计数器组合构成，连接方式可分为串行进位方式、并行进位方式、整体置零方式和整体置数方式几种。

4.任务实施

本设计任务是设计一个任意进制计数器，现以j--k触发器组成的计数器为例，看看我们是如何从计数的最大编码得到各位触发器的激励方程的。

J—k触发器激励函数通式：

ai---第i位以上最大码中值为“1”的码元之与非项

应满足条件：

①本位值为“0”且以下各位全是“1”。或

②本位值为“0”且是最末位。 否则：ai=1 即：

bi---第i位的值与其它值为“1”的码元之原变量之积。

设计实例：设计一个13进制的计数器。

这是一个铅笔打包计数器：12支一包，买一送一。

计数长度为12，需要4位触发器，最大码M=1100

从末位jK0开始设计：

其中：W0=1、a0=Q3Q2

根据以上所求出的各触发器激励方程，采用四个JK触发器构成同步计数器。

设计电路如下图3所示：

原理图设计完成后，利用PRO

TEL99SE软件画出该图，并生成PCB图，打印输出制作PCB板。选用原理图中所需要的元器件，特别是JK触发器的选择尤其重要。组装焊接后，进行性能测试和功能验证调试。

5.任务评价

本文以计数器的最大编码为入口，获得各位触发器的激励方程，设计中要区分清楚计数过程中跳跃N－M个状态实现方法的不同有两种方法：置零法（复位法）和置数法（置位法），关键是各级触发器激励方程的求法，要求指导学生了解计数器的性能指标，查阅相关计数器设计资料和电路制作调试等。通过本设计任务实施，使学生能理论联系实际，用所学专业知识解决工程技术问题，同时锻炼和增强学生的团队合作意识和良好的职业素养。

6.设计总结

本文以设计一个铅笔打包计数器为例，设计一个任意进制的计数器，设计过程中，一般采用预置数法比复位法简单灵活，采用同步操作方式比异步方式简单可靠，采用整体法常常比拆分法更简单。本文设计的任意进制计数器从最大编码获取激励方程，结构简单，使用灵活方便。

参考文献

[1]闫石.数字电子技术基础[M].北京高等教育出版社,1999.

[2]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,2002(02).

[3]刘忠义.快速设计[R].商丘工学院学术讲座,2010,10.

基金项目：

河南省教育科学“十一五”规划课题：职业教育人才培养模式改革的研究，李孟源教授主持（课题立项编号：【2011】-JKGHAD-0669）。

商丘工学院课题：《电子产品生产工艺与管理》课程开发，高善坤主持（课题立项编号：2010-LZ-08）。

作者简介：徐忠根，男，商丘工学院教师，研究方向：嵌入式系统开发。