計數(shù)器應用實例

除了計數(shù)功能外，計數(shù)器產(chǎn)品還有一些附加功能，如異步復位、預置數(shù)（注意，有同步預置數(shù)和異步預置數(shù)兩種。前者受時鐘脈沖控制，后者不受時鐘脈沖控制）、保持（注意，有保持進位和不保持進位兩種）。雖然計數(shù)器產(chǎn)品一般只有二進制和十進制兩種，有了這些附加功能，我們就可以方便地用我們可以得到的計數(shù)器來構(gòu)成任意進制的計數(shù)器。下面我們舉兩個例子。在這兩個例子中，我們分別用同步十進制加法計數(shù)器74LS160構(gòu)成一個六進制計數(shù)器和一個一百進制計數(shù)器。

因為六進制計數(shù)器的有效狀態(tài)有六個，而十進制計數(shù)器的有效狀態(tài)有十個，所以用十進制計數(shù)器構(gòu)成六進制計數(shù)器時，我們只需保留十進制計數(shù)器的六個狀態(tài)即可。74LS160的十個有效狀態(tài)是BCD編碼的，即0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001[圖5-1]。

圖5-1

我們保留哪六個狀態(tài)呢？理論上，我們保留哪六個狀態(tài)都行。然而，為了使電路最簡單，保留哪六個狀態(tài)還是有一點講究的。一般情況下，我們總是保留0000和1001兩個狀態(tài)。因為74LS160從1001變化到0000時，將在進位輸出端產(chǎn)生一個進位脈沖，所以我們保留了0000和1001這兩個狀態(tài)后，我們就可以利用74LS160的進位輸出端作為六進制計數(shù)器的進位輸出端了。于是，六進制計數(shù)器的狀態(tài)循環(huán)可以是0000、0001、0010、0011、0100和1001，也可以是0000、0101、0110、0111、1000和1001。我們不妨采用0000、0001、0010、0011、0100和1001這六個狀態(tài)。

如何讓74LS160從0100狀態(tài)跳到1001狀態(tài)呢？我們用一個混合邏輯與非門構(gòu)成一個譯碼器[圖5.3.37b]，當74LS160的狀態(tài)為0100時，與非門輸出低電平，這個低電平使74LS160工作在預置數(shù)狀態(tài)，當下一個時鐘脈沖到來時，由于等于1001，74LS160就會預置成1001，從而我們實現(xiàn)了狀態(tài)跳躍。

圖5.3.37b 用置數(shù)法將74160接成六進制計數(shù)器（置入1001）

比這個方案稍微繁瑣一點的是利用74LS160的異步復位端。下面這個電路中[圖5.3.34]，也有一個由混合邏輯與非門構(gòu)成的譯碼器。

圖5.3.34 用置零法將74LS160接成六進制計數(shù)器

不過，這個譯碼器當輸入為0110時才輸出低電平，使74LS160異步復位，進入0000這個狀態(tài)。從0000狀態(tài)開始，隨著時鐘脈沖的不斷到來，74LS160依次變?yōu)?001、0010、0011、0100、0101、和0110狀態(tài)[圖5-2]。可能有人說：“不對！這個電路總共有七個狀態(tài)，應該是七進制計數(shù)器呀！”我們說，這個電路雖然要經(jīng)歷七個狀態(tài)，但是只需六個脈沖就完成一個計數(shù)循環(huán)，因此它仍是六進制計數(shù)器。

圖5-2

我們仔細分析一下。假設74LS160的初始狀態(tài)為0000，第一個時鐘脈沖到達后，它的狀態(tài)變?yōu)?001，第二個時鐘脈沖到達后，它的狀態(tài)變?yōu)?010，……，第五個時鐘脈沖到達后，它的狀態(tài)變?yōu)?101，第六個時鐘脈沖到達后，它的狀態(tài)變?yōu)?110。當74LS160處于0110這個狀態(tài)時，譯碼器輸出低電平，使74LS160異步復位，進入0000這個狀態(tài)。這段話里，“異步復位”是一個關(guān)鍵詞。與同步復位不同，異步復位不受時鐘脈沖的控制。于是，譯碼器的輸出剛變成低電平，74LS160的狀態(tài)就變成了0000。理想情況下，74LS160在第六個時鐘周期內(nèi)首先在0110狀態(tài)停留片刻，然后就穩(wěn)定地停留在0000狀態(tài)。我們知道，計數(shù)器的工作對象是時鐘脈沖。計數(shù)，就是計時鐘脈沖的個數(shù)。在我們這個例子中，74LS160從0000狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過六個（而不是七個）時鐘周期又回到了0000狀態(tài)，也就是說，每六個（而不是七個）時鐘脈沖就使74LS160的狀態(tài)循環(huán)一次。因此，這個電路是一個六進制計數(shù)器。計數(shù)循環(huán)中包括0000、0001、0010、0011、0100和0101這六個穩(wěn)定狀態(tài)?？赡苡腥苏f：“唔，聽你這么一解釋，我也覺得它是六進制計數(shù)器。不過，把七個狀態(tài)算成六個總是有點兒別扭。唉，只要它能工作，我就不計較它是經(jīng)歷六個狀態(tài)還是七個狀態(tài)了?！蔽艺f：“對，我也這樣想。然而，事與愿違呀！不改進的話，這個電路還真不能工作。”為什么呢？我們知道，計數(shù)器的狀態(tài)是觸發(fā)器記憶的。74LS160有四個觸發(fā)器，分別記憶。這四個觸發(fā)器的工作速度是有差異的。在74LS160從0110變成0000的過程中，和的狀態(tài)不變，和的狀態(tài)要從1變成0。我們假設比快，那么剛剛從1變0時，仍然處于1狀態(tài)。這時，譯碼器的輸出就不是低電平了，74LS160的異步復位信號就消失了。在異步復位信號持續(xù)時間過短的情況下，將保持1狀態(tài)不變。于是74LS160將停留在0010狀態(tài)，而不是我們期望的0000狀態(tài)。顯然，這是一種競爭冒險現(xiàn)象，因為74LS160是否能夠從0110變成0000取決于和的競爭結(jié)果。怎樣使異步復位信號持續(xù)足夠長的時間呢？我們來看看這個電路[圖5.3.36]。