設計過程

計數器的狀態轉換一般為順序轉換，電路也很成熟，例如S1→S2、S4→S5等。在實現模M的計數器時，一般也是利用連續狀態進行順序轉換。但如要實現復雜狀態機，則需要充分了解計數器的特性，利用置零端和置數端，完成非順序狀態轉換，例如S1→S0、S4→S6等，從而實現復雜狀態機。下面討論對計數器74LS161的功能進行擴展，實現非順序狀態轉換（圖2）。計數器狀態與符號的對照見表1.

表1 ?計數器狀態與符號的對照表

圖2中，74LS161（0）片和74LS161（1）片的初始狀態均設為0，兩片在CP脈沖到來時同時開始計數，當（1）片循環至狀態S4時，會給（0）片一個置位信號，當第5個CP脈沖到來時，（0）片被置位狀態S7.之后，一直到第9個CP脈沖到來前，由于（1）片Q2端始終為1，故（0）片始終保持狀態S7.當第9個CP脈沖到來時，（1）片和（0）片的狀態分別為S9和S8，此時，（1）片得到（0）片Q3端的置位信號，當下一個CP脈沖到來時，（1）片和（0）片的狀態分別為S4和S9.在第10個CP脈沖作用下，（1）片和（0）片的狀態分別為S4和S9.在第11個CP脈沖作用下，（1）片和（0）片的狀態分別為S4和S7，如此往復。這樣，兩片74LS161（1）片和（0）片并行輸出狀態變化為01000111→01010111→01100111→01110111→10000111→10011000→01001001→01000111，7種狀態非順序的轉換。

圖2 ?非順序狀態轉換電路

如實現非順序更多狀態的轉換，就需要使用更多MSI芯片，圖3為使用三個74LS161芯片實現的復雜狀態機。在圖3中，三個芯片的初始狀態均設為0，并且在CP脈沖到來時同時開始計數，當第7個CP脈沖到來后，實現有效狀態循環000001001001→000001001010→000001001011→000001001100→000001001101→000001001110→000001001111→000001000000→000001010001→000001100010→000001110011→000010000100→000110010101→001010100110→001110110111→010011000111→000011011000→000001001001，為17種非順序狀態的轉換。可見，實現越復雜的狀態機，轉換的非順序狀態越多，電路越復雜。

圖3 ?復雜狀態機電路圖

可能出現的問題

在實際的電路中，由于使用多個集成電路，可能會出現置0不可靠的情況，這是由多個觸發器的負載不同，置0時間也不完全相同引起的，此時需要在以上電路設計中做一些改進。另外，MSI與負載門電路的連接等問題，可以通過增加上拉電阻、接地電阻及電平轉換等措施解決。