实验五  任意N进制异步计数器设计

• 实验目的

1. 掌握任意N进制异步计数器设计的方法。

• 实验要求

1. 一人一组，独立上机。
2. 在电脑上利用Multisim软件完成实验内容。

• 实验内容

说明任意N进制异步计数器的构成方法

• 设计过程

集成计数器一般都设有清零端和置数输入端，无论是清零端还是置数端都有同步和异步之分，有的集成计数器采用同步方式——当CP触发沿到来时才能完成清零或置数任务，有的则采用异步方式——通过异步清零输入端或置数输入端来事项清零或置数操作，而与CP信号无关。
       集成计数器各主要功能和输入、输出端特点做出对比分析，特别区别清零端和置数端的控制方式，见表8-23

       用清零端和置数端实现清零和置数，从而获得按自然态序进行计数的任意M进制计数器是以下要介绍的主要内容。假定已有的是N进制计数器，从而需要得到的是M进制计数器。这是有M<N和M>N两种情况。下面分别讨论两种情况下构成任意进制计数器的方法。

1. M<N 的情况

在N进制计数器的顺序计数过程中，若跳跃N-M个状态，就可以得到M进制计数器。实现跳跃的方法有反馈清零法和反馈置数法。

• •  反馈清零法

使用范围：在需要构成的M进制计数器中，初态必须为0.

工作原理：需要得到的M进制计数器有效循环状态是S0 ~ S(M-1)。设原有的计数器为N进制，当它从全0状态S0开始计数并接收了M个计数脉冲以后，电路进入S(M-1)状态。

清零端是同步清零：将S（M-1）输出状态译码产生一个清零信号加到计数器的同步清零端，计数器等到下一个脉冲CP到来时完成清零任务，即SM被置成0态，这样就跳过了N-M个状态而得到M进制计数器（或分频器）。清零端是异步清零：将S(M)状态译码产生一个清零信号加到计数器的异步清零端，则电路一进入S(M)状态后立即被置成S(0)，即0态，这样同样实现了N-M个状态的跳越，而得到M进制计数器。此时，S(M)状态仅在极短的瞬时出现，为暂态，在稳定的主循环中不包括S(M)状态。

图8-30为反馈清零法将N进制计数器接成任意M进制计数器的原理示意图。

主要步骤如下。

第一步：若为同步清零，则写出状态S(M-1)的二进制代码；异步清零则写出状态S(M)的二进制代码。

第二步：求反馈归零函数。根据代码和清零端的有效电平，写出逻辑表达式。

 

第三步：画逻辑图。根据反馈归零函数画逻辑图。

• •  反馈置数法

适用范围：在需要构成的M进制计数器中，初态可为S(0) ~ S(N-1)中的任意状态。
反馈置数法的工作原理和步骤与反馈清零法大致相同。图8-34为反馈置数法原理示意图，图中S(i)为初态。

1. M>N的情况

当M>N时，必须用多片N进制计数器组合起来，才能构成M进制计数器。各片之间（或各级之间）的连接方式可分为异步连接和同步连接两种方式。异步连接方式，即以低位片的进位输出信号作为高位片的时钟输入信号；同步连接方式，即以低位片的进位输出信号作为高位片的计数控制信号，两片的CP输人端同时接人计数脉冲信号。

• 实验总结

①要构成的M进制计数器，若没有特别指明，初态为0态。

②如果置数端或清零端是同步的，则由M进制计数器有效循环状态中的最后一个状态译码产生反馈信号，进行清零或置数。

如果置数端或清零端是异步的，则由M进制计数器有效循环状态中最后一个状态的下一个状态译码产生反馈信号，进行清零或置数。

③如清零端或置数端低电平有效，则写反馈函数时：

若构成的是加法计数器，则取反馈状态所对应的二进制代码中状态为1的各个触发器Q端的与非表达式。

若构成的是减法计数器，则取反馈状态所对应的二进制代码中状态为0的各个触发器Q端的或表达式。