详解数字电路中任意进制计数器的设计方法

1、任意进制计数器的构成

1、常用和特定

因为市面上的进制计数器的种类优先，所以需要特定进制时，只能自己在已有产品的基础上构成需要的特定进制。

2、构成方法

十进制计数器也是通过4位二进制计数器，去掉多余状态所得
根据十进制计数器，可得M进制计数器的特点，即状态数、脉冲数、末状态

2、任意计数器分类

如前面的十进制计数器，就是M<N的情况，但它是通过修改内部电路，在这里不能使用

3、M<N

稳定状态和不稳定状态

状态图可见，跳过6个状态时，需要重新在选定的末状态上输出进位
根据进制数选定多少个稳定状态

此时无法像之前的十进制计数器一样，直接修改逻辑电路，将一个二进制和一个五进制计数器构成十进制计数器

此时可以选择芯片端口完成跳转功能
使用置数和置零端，跳过某些状态

对于同步电路或许比较简单，但有的电路只有异步置数/零，该怎么和脉冲相适应呢？？

1、原理

2、置数和置零

根据置数和置零，电路设计又可分为两类

3、置零法

同步置零

异步置零

若M-1为反馈状态，则M-1状态只有一瞬间，该电路稳定状态和脉冲都只有M-1个
此时需要借状态M作为反馈状态，到达状态M后立即跳回，这样M-1到M的脉冲就作为第M个脉冲，而M为不稳定状态，在一瞬间就会跳变回初始状态

因为M状态只有一瞬间，是不稳定的反馈状态，所以进位输出还是放在末状态M-1

但会导致电路有一瞬间M状态产生

4、置数法

同步

异步

5、任意计数器设计流程

6、实例

由于741460有异步和同步端，所以可以采用2种方式设计六进制计数器

6.11、异步置零

进位输出时不再使用C端，而是从Q端接逻辑电路构成进位输出端

直观上看，因为Q1和Q2同时为1时，在电路中只出现一次，所以反馈信号可以直接Q1Q2
该简化本质上是无关项化简
0110+0111=011x，111x+011x=x11x，其中的0111是7（无关项），111x是14或者15（都是无关项）

图中C是自己组建的进位输出，而不是芯片上的C端
由于0110状态在电路中的产生和消失都是一瞬间，所以时序图体现不出来0110状态，而直接过渡到了初始状态0000

具备唯一性的就能作为进位输出，例如图中Q2的下降沿，C的高电平和下降沿

简化后的电路

6.12、存在问题及解决-置零

置零信号的存在时间极短，触发器还没完成复位信号就没了，从而出现了中间状态

解决

刚开始处于0101状态时，SR锁存器处于1状态，不触发置零端

上升沿到达，CLK变为1，状态变为0110，则Q端也变为1，触发置零端

置零信号一生效，状态变为000，则SR锁存器就变为双1输入，SR锁存器保持原状态，保持该状态一段时间，即CLK处于高电平这段时间

当CLK下降沿到达时，SR锁存器被置0，置零信号结束
置零信号在CLK高电平时维持不变

6.21、同步置数

用0000作为初态

这种方式和同步至零类似，把预置数设置为0000
有可能会跳过原本的末状态，需要自己设计进位输出电路
由于是同步，所以不需要不稳定状态作为反馈状态，直接将末状态作为反馈状态即可。

选择任意状态作为初态

任意选择状态可以包含原进位状态，不用自己设计进位输出电路
在选定的末状态，需要跳回自己选定的初始状态。

电路

跳转过程几乎和原计数器一样，无缝衔接，因为反馈状态的存在时长是一个完整的脉冲，而信号到来时直接跳回始状态，和原计数器跳转时一样堪称无缝衔接。

4、M>N

5、M=N×N

1、并行

两个芯片的置零和置数端都不生效，共用同一个CLK脉冲
低位片每进位一次，高位片就工作一次
低位片一直处于工作状态

在非反馈状态时，低位片没有进位输出C，高位片的工作状态端不生效，即不工作
在反馈状态时，低位片进位输出，高位片处于工作状态，但低位片处于反馈状态时，没有CLK信号到来，高和低位片的状态都不改变
随后一个CLK到来，低位片反馈状态跳转初状态，同时高位片也状态+1，跳完后高位片又处于不工作状态。

为什么工作状态能维持到高位片改变状态？？？
因为CLK到来时，低位片先从9跳到0，随后将C进位输出置为0
而高位片和低位片同时接收到CLK，状态+1的操作先发生了，低位片输出置零还未到达高位片工作状态端（因为得低位片完成状态转变后才置零，有一定延迟），所以在工作状态期间完成状态跳转。

2、串行

通过低位片进位的下降沿作为高位片的CLK脉冲
反相器是为了将进位的下降沿变成上升沿

图中有误，C'端应为101
在9回归0的下降沿，触发高位片CLK脉冲，实现高位片状态+1

6、M>N且M不可分解

1、实例

2、异步置零

3、同步置数

2、分析电路得进制

设计：始 -> 末 -> 进位 -> 反馈
分析：始 -> 反馈 -> 进位 -> 末

由接LD端，且D端接地，可得初状态为0，而末状态就等于使LD=0的式子
由于是同步置数，所以反馈状态和末状态、进位状态一样

3、设计同步时序电路（暂时跳过）