基於74LS161的扭環形計數器自啟動設計

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基於74LS161的扭環形計數器自啟動設計

發表於 2018-01-17 18:05:43

MSI可編程計數器74LS161是同步二進位加法計數器，常規使用方法是構成各種不同進位的加法計數器。如果進行非常規使用，改變其使用方向，就可進一步發揮其功能和作用，因此，擴展專用集成電路的應用領域是一項有實際意義的研究。

分析了扭環形計數器工作時的狀態轉換過程和MSI可編程計數器74LS161的邏輯功能，提出了採用74LS161構成扭環形計數器一些新的設計方案及幾種邏輯修改方法。

1、基本原理

4位MSI可編程同步二進位加法計數器74LS161的真值表如表1所示。其中EP、ET為計數控制端，/LD為預置數控制端，D0、D1、D2、D3為預置數輸入端，/RD為異步置零控制端，CP為計數脈衝輸入端，D0、D1、D2、D3為狀態輸出端，C為進位輸出端，「×」表示任意值。

由表1可知，在/RD=1條件下，74LS161可編程計數器由EP、ET及/LD控制，具有計數、預置數和保持3種功能。

表1  74LS161可編程計數器的真值表

將可編程計數器74LS161的狀態輸出反饋到預置數輸入端，實現「次態=預置數」的時序關係並進行自啟動邏輯修改設計，可實現扭環形計數器自啟動設計。

則可實現由Q3向Q0方向移位操作的移位型計數功能，即扭環形計數功能，其狀態變化過程如圖1所示。

圖1  扭環形計數器的狀態變化過程

圖2為4位扭環形計數器的有效狀態轉換圖，1000、1100、1110、1111、0111、0011、0001、0000等8個狀態為有效狀態，其餘的24－8=8個冗餘狀態為無效狀態。

圖2  4位扭環形計數器有效狀態轉換圖

式（1）為不能自啟動時74LS161各預置數輸入端激勵函數的邏輯表達式，對其中任何一位預置數輸入端激勵函數進行邏輯修改，可實現扭環形計數器的自啟動設計。

2、自啟動設計的預置數輸入端激勵函數邏輯修改方案

2.1、D3=f（Q3，Q2，Q1，Q0），D2=Q3n，D1=Q2n，D0=Q1n時，邏輯修改Q3位激勵函數做出D3的卡諾圖，由圖2所示的4位扭環形計數器有效狀態轉換圖在所有表示有效狀態的小格內填第1位次態值、剩餘表示無關項的小格內填×值，並畫包圍圈最小化求解（見圖3）。

由圖3畫出無效狀態的狀態轉換圖（見圖4），所設計的電路不能自啟動，需在卡諾圖上修改求D3包圍圈的圈法。

圖3  D3的卡諾圖及求解化簡

圖4  設計電路無效狀態的狀態轉換圖

1）修改方案1：在D3的卡諾圖上改變包圍圈的圈法，如圖5所示。畫出邏輯修改後無效狀態的狀態轉換圖如圖6所示，所設計的電路有自啟動功能。

圖5  D3的卡諾圖求解化簡的修改方案1

圖6  修改方案1無效狀態的狀態轉換圖

由圖5得D3的最小化激勵函數為

由式（3）及式（1）可畫出所設計自啟動4位扭環形計數器的邏輯圖。

2）修改方案2：在D3的卡諾圖上改變包圍圈的圈法，如圖7所示。畫出邏輯修改後無效狀態的狀態轉換圖，如圖8所示，所設計的電路有自啟動功能。

3、結語

基於74LS161的扭環形計數器自啟動設計技術，提出了採用MSI器件設計扭環形計數器的方法，該方法具有實際應用意義。

將可編程計數器74LS161的狀態輸出反饋到預置數輸入端，實現「次態=預置數」的時序關係，並進行自啟動邏輯修改，進行扭環形計數器設計，可簡化電路的設計過程。

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