任意进制计数器的设计
【摘要】计数器集成芯片一般有4位二进制、8位二进制或十进制计数器，而在实际应用中，往往需要设计一个任意N进制计数器，本文给出它的设计方法和案例。

【关键词】计数器；清零
一、利用反馈清零法获得计数器
1 集成计数器清零方式
异步清零方式：与计数脉冲CP无关，只要异步清零端出现清零信号，计数器立即被清零。

此类计数器有同步十进制加法计数器CT74LS160、同步4位二进制加法计数器CT74LS161、同步十进制加/减计数器CT74LS192、同步4位二进制加/减计数器CT74LS193等。

同步清零方式：与计数脉冲CP有关，同步清零端获得清零信号后，计数器并不立刻被清零，只是为清零创造条件，还需要再输入一个计数脉冲CP，计数器才被清零。

属于此类计数器有同步十进制加法计数器CT74LS162、同步4位二进制加法计数器CT74LS163、同步十进制加/减计数器CT74LS190、同步4位二进制加/减计数器CT74LS191等。

2 反馈清零法
对于异步清零方式：应在输入第N个计数脉冲CP后，利用计数器状态SN 进行译码产生清零信号加到异步清零端上，立刻使计数器清零，即实现了N计数器。

在计数器的有效循环中不包括状态SN，所以状态SN只在极短的瞬间出现称为过渡状态。

对于同步清零方式：应在输入第N-1个计数脉冲CP后，利用计数器状态SN-1进行译码产生清零信号，在输入第N个计数脉冲CP时，计数器才被清零，回到初始零状态，从而实现N计数器。

可见同步清零没有过渡状态。

利用计数器的清零功能构成N计数器时，并行数据输入端可接任意数据，其方法如下：
①写出N计数器状态的二进制代码。

异步清零方式利用状态SN，同步清零方式利用状态SN-1。

②写出反馈清零函数。

③画逻辑图。

例1 试用CT74LS160的异步清零功能构成六进制计数器。

解：①写出SN的二进制代码。

SN=S6=0110
②写出反馈清零函数。

③画逻辑图。

如图1所示。

图1 用CT74LS160的异步清零功能构成六进制计数器
图2 用CT74LS162的同步清零功能构成六进制计数器
例2 试用CT74LS162的同步清零功能构成六进制计数器。

解：
①写出SN-1的二进制代码。

SN-1=S5=0101
②写出反馈清零函数。

③画逻辑图。

如图2所示
二、利用反馈置数法获得N计数器
1 集成计数器置数方式
异步置数方式：与计数脉冲CP无关，只要异步置数端出现置数信号，计数器立即被置数。

属于此类计数器有同步十进制加/减计数器CT74LS190/192、同步4位二进制加法/减计数器CT74LS191/193。

同步置数方式：与计数脉冲CP有关，同步置数端获得置数信号后，计数器并不立刻被置数，还需要再输入一个计数脉冲才能将预置数置于计数器。

属于此类计数器有同步十进制加法计数器CT74LS160/162、同步4位二进制加法计数器CT74LS161/163。

2反馈置数法
利用计数器的置数功能构成N计数器时，要确定计数器从某个预置数状态开始计数，并行数据输入端D3～D0接入计数器的计数起始数据，计满N个状态后产生置数信号，使计数器返回到预置数状态。

利用计数器的清零功能构成N计数器的方法如下：
①确定计数器计数状态和预置数状态。

②写出计数器状态的二进制代码。

当预置数为全0时，取前N个计数状态，则异步置数方式利用状态SN，同步清零方式利用状态SN-1。

③写出反馈置数函数。

④画逻辑图。

例3 试用CT74LS161的同步置数功能构成十进制计数器。

解：CT74LS161是十六进制计数器，置数状态在0000～1111这16个状态中任选，因此实现的方案很多。

方法一：置全0法（前个状态计数）
①确定计数器计数状态和预置数状态。

取置数状态为S0=0000，预置数D3D2D1D0=0000，计数范围为0000～1001。

②写出计数器状态的二进制代码。

③写出反馈置数函数。

③画逻辑图。

如图3（a）所示。

（a）
（b）
图3 用CT74LS161的同步置数功能构成十进制计数器
（a）置全0法（前10个状态计数）
（b）CO置数法（后10个状态计数）
方法二：CO置数法（后N个状态计数）
用进位输出信号CO作为预置数的控制信号。

M-N=16-10=（6）10=（0110）2，设预置数D3D2D1D0=0110，计数范围为0110～1111。

计到1111时，进位输出信号CO=Q3Q2Q1Q0=1，通过非门产生一个置数信号加到同步置数端，即，在下一个计数脉冲CP到来时，把预置数D3D2D1D0=0110并行置入Q3Q2Q1Q0中，计数器返回到预置数状态Q3Q2Q1Q0=0110，从而实现了十进制计数。

电路如图3（b）。

三、大容量N进制计数器
当要求实现的计数器的计数模值超过单片计数器的计数范围时，可将多片计数器级联起来，就可获得大容量进制计数器。

常用的方法有两种：
1 大模分解法
如果将模N可以分解为多个因数相乘（每个因数小于单片计数器的最大值），
即，则可先用片计数器分别组成模值为N1、N2、…、Nn的计数器，然后再将它们级联起来组成N进制计数器。

例4 试用两片CT74LS190构成五十进制计数器。

解：，个位片CT74LS190（1）组成十进制计数器（低位片）；十位片CT74LS190（2）组成五进制计数器（高位片），然后级联组成五十进制计数器，电路如图4所示。

图中，级联采用串行进位方式，即将低位片CT74LS190（1）串行进位端的输出信号作为高位片计数器CT74LS190（2）的计数输入脉冲。

当十位计数器CT74LS190（2）计到5时，异步置数端端，计数器被置数到0，从而实现了五十进制计数。

图4 两片CT74LS190构成五十进制计数器
三、整体反馈置零或整体反馈置数法
例5 试用两片CT74LS161构成四十二进制计数器。

解：（1）将两片CT74LS161采用并行进位方式组成进制计数器。

（2）将256进制计数器采用整体反馈置零法构成42进制计数器。

42进制计数器对应的二进制代码，当计数器计到42时，计数器状态，反馈置零函数，这是经与非门输出低电平，使两片CT74LS161同时置零，从而实现四十二进制计数，逻辑图如图5所示。

图5 两片CT74LS161构成四十二进制计数器
参考文献：
[1] 杨志忠.数字电子技术基础【M】.北京：高等教育出版社.2010.
[2] 赵景波.数字电子技术应用基础【M】.北京：人民邮电出版社.2009.。