用集成计数器构建自由模计数器方案

在计数脉冲的驱动下，计数器中循环的状态个数称为计数器的模数。如用N来表示模数，则n位二进制计数器的模数为N=2n（n为构成计数器的触发器的个数）；而1位十进制计数器的模数为10，2位十进制计数器的模数为100，依次类推。

用集成计数器（模m）可以很方便地构成任意模数计数器（模n）。如果m＞n，则只需要一个模m集成计数器；如果m＜n，则需要用多个模m计数器构成。下面结合例题分别介绍这两种情况的实现方法。

例11.4.1　用74LVC161 构成模8加法计数器。

解：模8计数器有8个状态，而74LVC161在计数过程中有16个状态，所以只需一片74LVC161。具体的方法是利用反馈清零法或反馈置数法跳过多余的8个状态，即可实现模8计数器。

（1）反馈清零法。

反馈清零法适用于有清零输入端的集成计数器。74LVC161具有异步清零功能，在其计数过程中，不管它的输出处于哪一种状态，只要在异步清零输入端加一低电平（=0），74LVC161的输出会立即从那个状态回到0000状态。清零信号消失后（=1），74LVC161又从0000状态开始重新计数。

图11.4.2（a）所示电路就是利用反馈清零法构成的模8计数器。图11.4.2（b）是该计数器的有效循环状态图。由图可知，74LVC161从Q3Q2Q1Q0=0000状态开始计数，当第8个CP脉冲上升沿到达时，输出Q3Q2Q1Q0=1000，通过一个非门译码后反馈给端一个清零信号，立即使Q3Q2Q1Q0返回到0000状态开始新的计数周期。这样就跳过了1000～1111八个状态，构成模8计数器。需要说明的是，因为有效循环中的状态为有效状态，每个有效状态在时间上保持一个CP周期，直到下一个CP上升沿到来才能转换进入下一状态。因此1000状态只是一个过渡状态，而不能作为有效状态，所以在有效循环状态图中用虚线表示。

图11.4.2　用反馈清零法构成的模8计数器

（2）反馈置数法。

反馈置数法适用于具有预置数功能的集成计数器。对于具有同步预置数功能的计数器而言，在其计数过程中，可以根据它输出的任何一个状态获得信息，产生一个预制数控制信号反馈至预置数输入端。在下一个CP脉冲作用后，计数器就会把预置数输入端D3、D2、D1、D0的状态置入输入端。预置数控制信号消失后，计数器就从被置入的状态开始重新计数。

图11.4.3和图11.4.4都是用反馈置数法构成的模8计数器。其中图11.4.3（a）所示电路的接法是把输出Q3Q2Q1Q0=0111的状态经译码产生预置信号0反馈至端，在下一个CP脉冲上升沿到达时置入0000状态。图11.4.3（b）是图11.4.3（a）所示电路的有效循环状态图。图11.4.4（a）所示电路的接法是将74LVC161计数到1111状态时产生的进位信号反相后，反馈到预置数端。预置数据输入端置成1000状态。该电路从1000状态开始计数，输入第7个CP脉冲后达到1111状态，此时TC=1，，在第8个CP脉冲作用后，Q3Q2Q1Q0被置成1000状态，同时使TC=0，。新的计数周期又从1000开始。图11.4.4（b）是图11.4.4（a）所示电路的有效循环状态图。

图11.4.3　用反馈置数法构成的模8计数器

图11.4.4　用反馈置数法构成的模8计数器(www.xing528.com)

对于n=2N且n＞16的计数器，则可将多片74LVC161级联构成。片与片之间的连接通常有两种：并行进位（低位片的进位信号作为高位片的使能信号，即同步计数方式）和串行进位（低位片的进位信号作为高位片的时钟脉冲，即异步计数方式）。图11.4.5是由2片74LVC161级联构成模256计数器，其中图（a）采用的是并行进位方式，图（b）采用的是串行进位方式。

图11.4.5　用74LVC161构成模256计数器

对于16＜n＜256的计数器，可以先将2片74LVC161级联构成模256计数器，再采用整体反馈清零法或反馈置数法构成模n计数器。

例11.4.2　用74LVC161分别组成按自然二进制码计数的模24计数器和按8421BCD码计数的模24计数器。

解：（1）用74LVC161组成按自然二进制码计数的模24计数器。

由于16 ＜24 ＜256，所以先将2片74LVC161级联构成模256计数器，再采用整体反馈清零法构成模24计数器。根据按自然二进制码计数的模24计数器的状态图11.4.6可得反馈清零信号。由此作出逻辑图，如图11.4.7所示。

图11.4.6　按自然二进制码计数的模24计数器的状态图

图11.4.7　按自然二进制码计数的模24计数器的逻辑电路图

（2）用74LVC161组成按8421BCD码计数的模24计数器。

有些场合需将计数状态用数码管显示出来，这时要求计数器按8421BCD码计数。由于10 ＜24 ＜100，所以用2片74LVC161组成，一片作为个位计数器，另一片作为十位计数器。先将个位计数器接成按8421BCD码计数的十进制计数器，然后再按串行进位方式把个位计数器和十位计数器连接起来，最后采用整体反馈清零法构成模24计数器。按8421BCD码计数的模24计数器的逻辑电路图如图11.4.8所示。

图11.4.8　按8421BCD码计数的模24计数器的逻辑电路图