基于计数器级联构成大容量计数器研究与实践

摘 要： 在数字系统中，使用得最多的时序电路是计数器。计数器不仅能用于对时序脉冲计数，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。实际应用时如需大容量计数器，可通过级联的方式进行扩大。对MSI中规模计数器芯片扩大的方法主要有两种，一是复位法，二是置位法。无论何种方法，设计的核心是如何写出反馈函数，反馈函数决定着电路的联接。不同的进制，二进制代码反馈函数不同；同步计数器与异步计数器二进制代码反馈函数也不同，因此研究它们的反馈函数对构成大容量计数器是十分重要的。

关键词： 同步计数器； 异步计数器； 级联； 大容量计数器

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）18?0131?03

0 引 言

从降低成本方面考虑，集成电路的定型产品必须有足够大的批量。因此，目前常见的中规模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[1]，但这从根本上讲，这些计数器也只有十进制和二进制之分。在需要其他任意一种进制的计数器时，只能用已有的计数器产品经过外接电路的不同连接方式得到。采用中规模集成计数器设计任意进制计数器，使设计和调试工作更趋于简单，并且具有体积小，功耗低，可靠性高等优点[1]。

MSI中规模计数器芯片有非常多的种类。若按触发时钟的方式分类有：同步计数器、异步计数器；若按进制的“模”分类有：二进制计数器、十进制计数器；若按计数的方式分类：有加法计数器、减法计数器和可逆（加/减）计数器；若按芯片的型号分类就更多，计数器累计输入脉冲的最大数目称为计数器的“模”，用M表示，计数器的“模”又称为计数器容量或计数长度。假设已有的是N进制计数器，而需要得到的是M进制计数器，这时有MN两种可能情况，而MN的情况，即怎样构成大容量计数器的方法与技巧。

在M>N的情况下，必须用多片进制计数器级联起来，各片之间（或各级之间）的连接方式可分为串行进位方式、并行进位方式、整体置零和整体置位方式可获得大容量进制计数器，在串行进位方式中，以低位片的进位输出信号作为高位片的时钟输入信号；在并行进位方式中，以低位片的进位输出信号作为高位片的工作状态控制信号，两片的CP输入端同时接计数信号[2]。

无论通过何种方式，设计的核心是如何写出反馈函数，反馈函数决定着电路的联接。不同的进制，二进制代码反馈函数不同；同步计数器与异步计数器二进制代码反馈函数也不同，下面就利用MSI中规模集成计数器通过级联获得大容量计数器，如何写S态反馈函数分别进行阐述。

1 同步与异步二进制S态反馈函数

1.1 异步

集成计数器的清零有异步和同步，异步清零（置数）与计数脉冲CP没有任何关系，只要异步清零输入端出现清零信号，计数器便立刻被清零[3]。因此，利用异步清零输入端构成N进制计数器时，应在输入第N个计数脉冲CP后，计数器输出的高电平通过控制电路产生一个清零信号加到异步清零输入端上，使计数器清零，即实现了N进制计数[3]。异步置数与异步清零一样，所以写S态反馈函数时应写SN，如构成24进制，应写S24，同样若构成120进制应写S120等。

1.2 同步

与异步清零或异步置数不同，同步计数器输入端获得清零或预置信号后，计数器并不立刻清零或回到预置，只是为清零或回到预置创造了条件，还需要再输入一个计数脉冲CP后计数器才被清零或回到预置[4]。因此，利用同步清零或置数端获得N进制计数器时，应在输入第N-1个计数脉冲CP后，同步清零（置数）端获得信号，这样在输入第N个计数脉冲CP时，才回到初始状态，从而实现N进制计数器[5]。所以要获得N进制计数器时，写S态反馈函数时应写SN?1，如构成24进制，应写S23，同样若构成120进制应写S119等。

2 十进制与二进制计数器S态反馈函数

十进制计数器信号输入是四位二进制代码，但循环是从0000～1001，而四位二进制如十六进制计数器循环是从0000～1111，由于十进制与二进制进制的不同，所以在写S态反馈函数时也不相同。

3 应用举例

4 结 语

应当指出：上面讨论的是采用的整体置零方式或整体置数方式构成的M进制计数器。当M可以分解为两个小于N的因数相乘，即M=N1×N2，既可采用的整体置零方式或整体置数方式构成的M进制计数器，也可采用并行进位方式和串行进位方式；若M大于N的素数时必须采用整体置零方式或整体置数方式构成的M进制计数器[6]，本文对此没有叙述。另外整体置零方式比整体置数方式构成的M进制计数器，可靠性差，有时往往还要加译码电路才能得到需要的进位信号，这不在本文的讨论范围。

参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2002.

[2] 程晓琛.级联计数器计数错误的分析及解决方法[J].广西师范学院学报：自然科学版，2004（3）：37?40.

[3] 杨志忠，卫桦林.数字电子技术基础[M].2版.北京：高等教育出版社，2010.

[4] 郑筱莉.浅谈由MSI计数器构成任意进制计数器的方法[J].新疆职业教育研究，1996（1）：43?48.

[5] 邓元庆，石会，关宇，等.计数器模块的级联与变模方法研究[C]//中国电子教育学会高教分会暨全高高等学校电子信息类学科教学改革研讨会.大连：中国电子教育学会，2012：39?40.

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[7] 杨帆，刘嘉琪，赵亚范，等.低成本可编程脉冲计数器设计[J].现代电子技术，2012，35（3）：173?175.

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[9] 蔡宪承.基于Multisim的时序逻辑电路设计与仿真[J].电子科技，2010（12）：12?13.

[10] 王全宇.环形移位计数器在彩灯控制电路中的应用[J].电子科技，2010（1）：62?64.