Question

如何用74LS161设计十二进制计数器

Answer 1

74LS161是四位二进制同步加法计数器，使用该计数器实现十二进制计数器主要有置数法和清零法两种方法。具体过程如下：

首先，需要观察74LS161的引脚图和功能真值表如下图所示：

观察功能真值表时需要注意74LS161时同步预置、异步清零计数器。故两种设计方法状态设计的状态变化不同，特别是预置数或清零时。

1、置数法设计十二进制计数器

置数法即通过74LS161同步预置数功能预置计数初值，计数至溢出时通过进位输出信号，再重新加载预置数实现循环十二进制计数功能。

根据功能真值表和置数法计数器计数规则，可以推出置数输入应为0100，即0100~1111共12个状态，由此推出其电路原理图如下：

电路波形仿真结果如下（从上至下依次是CLK和D(4)~D(8)共5个波形）：

根据电路波形可以推出该电路的状态转移图如下（Q(4)~Q(1)依次对应D(8)~D(4)）：

可以发现通过预置数0100后每接收一个脉冲，计数输出加1，计数结果为1111时进位输出为高电平，经反相器输入同步预置数端，下一个时钟到来时计数器加载预置数，重新计数，进位输出也恢复低电平。

2、清零法设计十二进制计数器

清零法即通过74LS161异步清零输出功能使74LS161从零开始计数至设定值时复位，从而实现循环十二进制异步计数器的功能。

根据功能真值表和清零法计数器计数规则，可以推出设定数值应为1100，即0000~1100共13个状态，但由于异步清零1100状态持续时间极短可以忽略。由此推出其电路原理图如下：

电路波形仿真结果如下：

状态转移图如下：

观察波形图和状态转移图，计数器从0000开始计数输入脉冲，当计数至1100的一瞬间，计数输出清0即状态0000；下一个时钟到来时，计数输出变为0001，构成异步清零十二进制计数器。

比较两种方法，可以发现异步清零法1100状态出现的时间极短，其进位输出为脉冲，在实际应用电路中容易受外界干扰，故常使用锁存器将其输出保持一个时钟周期。同步置数法的状态稳定，进位输出为矩形波，故实际设计较多使用同步置数法。