任意进制计数器设计方法

　　1　引　言

　　计数器按人们的习惯分为二进制计数器、十进制计数器、任意进制(非二、十进制)计数器。在中规模集成电路中,二、十进制计数器都有各种芯片可供选择。而对于任意进制计数器,通常利用集成二、十进制计数器通过反馈清零或者反馈置数来实现[1,2]。

　　利用反馈清零设计任意进制计数器时其状态转换图是惟一的(同步清零和异步清零的状态转换图稍有差别);但采用反馈置数法设计N进制计数器时,置数值的选取比较灵活,对于同一模值的计数器,可以有多种不同的实现方法,已有的文献只讨论了一次置数的设计方法[3,4]。本文提出了多次置数的设计方法,并以实例说明该设计方法的具体应用。

　　2　设计依据分析

　　已有集成计数器(二进制、十进制)的特点是其计数状态变化的次序是固定的,只要处于计数工作模式下,其状态按原设计状态逐一递增或者递减变化。例如,现有一个M(二、十进制)进制计数器,在计数状态下,其状态变化如图1所示。

　　当所设计的N进制计数器的模值满足N < M时,可在M进制计数器的状态中任意选取N个连续的状态,通过反馈置数人为跳过M-N个状态而得到N进制计数器。若M进制计数器具有同步置数功能,且置数控制LD低电平有效,可以证明置数方式有M种选择:用SN-1作为置数控制,即LD= SN-1,置数值取S0所对应的数码;用SN作为置数控制,即LD= SN,置数值取S1所对应的数码;用SN+1作为置数控制,即LD=SN+1,置数值取S2所对应的数码;依次类推,共有M种选择。对于具有异步置数功能或者置数控制端高电平有效的集成计数器,可仿照上述设计方法进行设计。上述设计方法的共同特点是所设计的任意进制计数器的状态是连续变化的,且置数值只能是一组常数,称其为一次置数法。

　　采用反馈置数法利用已有的M进制计数器设计N进制计数器时,N进制计数器的状态变化可以是不连续的。即可采用多次置数的方法使计数状态发生多次跳转,其状态转换图如图2所示。

　　图2中采用了2次置数法,第一次用S3作为置数控制,置数输入值为状态S6所对应的数码,跳过了S4、S5两个状态;第二次用SN+1作为置数控制,置数输入值为状态S0所对应的数码,跳过了(SN+2~Sm-1)共(M-N-2)个状态。由此可见,多次置数与一次置数的区别在于一次置数时,计数器状态转换是连续的,置数值为常数;而多次置数法置数值不是常数,且计数器的计数状态转换是不连续的。实现多次置数的关键是置数控制信号和置数值的确定。

　　上面讨论的设计方法其前提条件是N < M ,通过反馈置数或者反馈清零修正M进制计数器的计数状态循环过程,跳过M-N个状态,而形成N进制计数器。当N > M时,可通过k片M进制计数器级联,形成Mk进制计数器,对于Mk进制计数器再利用反馈置数或者反馈清零修正Mk进制计数器的计数状态循环过程,跳过Mk-N个状态,而形成N进制计数器。对于k值的选择,应满足下述关系式: