基于74LS161的扭环形计数器自启动设计

MSI可编程计数器74LS161是同步二进制加法计数器，常规使用方法是构成各种不同进制的加法计数器。如果进行非常规使用，改变其使用方向，就可进一步发挥其功能和作用，因此，扩展专用集成电路的应用领域是一项有实际意义的研究。

分析了扭环形计数器工作时的状态转换过程和MSI可编程计数器74LS161的逻辑功能，提出了采用74LS161构成扭环形计数器一些新的设计方案及几种逻辑修改方法。

1、基本原理

4位MSI可编程同步二进制加法计数器74LS161的真值表如表1所示。其中EP、ET为计数控制端，/LD为预置数控制端，D0、D1、D2、D3为预置数输入端，/RD为异步置零控制端，CP为计数脉冲输入端，D0、D1、D2、D3为状态输出端，C为进位输出端，“×”表示任意值。

由表1可知，在/RD=1条件下，74LS161可编程计数器由EP、ET及/LD控制，具有计数、预置数和保持3种功能。

表1  74LS161可编程计数器的真值表

将可编程计数器74LS161的状态输出反馈到预置数输入端，实现“次态=预置数”的时序关系并进行自启动逻辑修改设计，可实现扭环形计数器自启动设计。

则可实现由Q3向Q0方向移位操作的移位型计数功能，即扭环形计数功能，其状态变化过程如图1所示。

图1  扭环形计数器的状态变化过程

图2为4位扭环形计数器的有效状态转换图，1000、1100、1110、1111、0111、0011、0001、0000等8个状态为有效状态，其余的24－8=8个冗余状态为无效状态。

图2  4位扭环形计数器有效状态转换图

式（1）为不能自启动时74LS161各预置数输入端激励函数的逻辑表达式，对其中任何一位预置数输入端激励函数进行逻辑修改，可实现扭环形计数器的自启动设计。

2、自启动设计的预置数输入端激励函数逻辑修改方案

2.1、D3=f（Q3，Q2，Q1，Q0），D2=Q3n，D1=Q2n，D0=Q1n时，逻辑修改Q3位激励函数做出D3的卡诺图，由图2所示的4位扭环形计数器有效状态转换图在所有表示有效状态的小格内填第1位次态值、剩余表示无关项的小格内填×值，并画包围圈最小化求解（见图3）。

由图3画出无效状态的状态转换图（见图4），所设计的电路不能自启动，需在卡诺图上修改求D3包围圈的圈法。

图3  D3的卡诺图及求解化简

图4  设计电路无效状态的状态转换图

1）修改方案1：在D3的卡诺图上改变包围圈的圈法，如图5所示。画出逻辑修改后无效状态的状态转换图如图6所示，所设计的电路有自启动功能。

图5  D3的卡诺图求解化简的修改方案1

图6  修改方案1无效状态的状态转换图

由图5得D3的最小化激励函数为

由式（3）及式（1）可画出所设计自启动4位扭环形计数器的逻辑图。

2）修改方案2：在D3的卡诺图上改变包围圈的圈法，如图7所示。画出逻辑修改后无效状态的状态转换图，如图8所示，所设计的电路有自启动功能。

3、结语

基于74LS161的扭环形计数器自启动设计技术，提出了采用MSI器件设计扭环形计数器的方法，该方法具有实际应用意义。

将可编程计数器74LS161的状态输出反馈到预置数输入端，实现“次态=预置数”的时序关系，并进行自启动逻辑修改，进行扭环形计数器设计，可简化电路的设计过程。