基于集成計(jì)數(shù)器的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)與仿真

摘要：計(jì)數(shù)器是一種重要的時(shí)序邏輯電路，廣泛應(yīng)用于各類數(shù)字系統(tǒng)中。介紹以集成計(jì)數(shù)器74LS161和74LS160為基礎(chǔ)，用歸零法設(shè)計(jì)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的原理與步驟。用此方法設(shè)計(jì)了3種36進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并用Multisim10軟件進(jìn)行仿真。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了36進(jìn)制計(jì)數(shù)的功能。基于集成計(jì)數(shù)器的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單、可行，運(yùn)用Multisim10進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)和仿真具有省時(shí)、低成本、高效率的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：電路設(shè)計(jì)；仿真；計(jì)數(shù)器；歸零法；Multisim10

計(jì)數(shù)器是記憶時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)的數(shù)字電路，作為一種最典型的時(shí)序邏輯電路，在各類數(shù)字系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法主要有兩種，1)以時(shí)鐘觸發(fā)器為核心加上必要的門電路進(jìn)行設(shè)計(jì)；2)利用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)建，這種方法從設(shè)計(jì)原理到硬件實(shí)現(xiàn)都相對(duì)簡(jiǎn)單，因而較為常用。基于集成計(jì)數(shù)器的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)方法有歸零法和置數(shù)法。文中以最常用的4位二進(jìn)制(十六進(jìn)制)同步加法計(jì)數(shù)器74LS161及十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160為核心，以三十六進(jìn)制為例，介紹了歸零法設(shè)計(jì)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法，并用Multisim10軟件進(jìn)行仿真。Multisim10軟件由美國(guó)國(guó)家儀器(National Instruments，NI)公司于2007年推出，該軟件具有以下特點(diǎn)：1)直觀的圖形界面；2)龐大的元器件庫(kù)；3)豐富的測(cè)試儀器；4)完備的分析工具；5)強(qiáng)大的仿真能力；廣泛應(yīng)用于電子電路的教學(xué)、設(shè)計(jì)和科研中。

1 歸零法設(shè)計(jì)原理
1．1 集成計(jì)數(shù)器功能描述
集成計(jì)數(shù)器由芯片廠家生產(chǎn)后，其功能已固化在集成芯片中，其功能常用狀態(tài)表描述。表1是4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161的狀態(tài)表，表中是異步清零控制端，低電平有效；是同步置數(shù)控制端，低電平有效；ENP和ENT是計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)控制端，高電平計(jì)數(shù)；CLK是計(jì)數(shù)脈沖輸入端；D、C、B、A是并行數(shù)據(jù)輸入端；QD、QC、QB、QA是計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出端；“×”表示任意狀態(tài)，“↑”表示時(shí)鐘脈沖上升沿。

十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160的狀態(tài)表與74LS161類似，區(qū)別在于計(jì)數(shù)狀態(tài)是按十進(jìn)制(8421BCD碼表示)規(guī)律變化。
1．2 歸零法設(shè)計(jì)原理
設(shè)現(xiàn)有M進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。若M>N，從全零初始狀態(tài)S0開始計(jì)數(shù)，第1個(gè)時(shí)鐘到來時(shí)，計(jì)數(shù)狀態(tài)為S1，第N-1時(shí)鐘到來時(shí)，計(jì)數(shù)狀態(tài)為SN-1，第N時(shí)鐘到來時(shí)，利用集成計(jì)數(shù)器的清零端或是置數(shù)端，使計(jì)數(shù)狀態(tài)返回全零初始狀態(tài)S0，原M進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器中的SN～SM-1這M-N個(gè)狀態(tài)被跳過。若集成計(jì)數(shù)器的清零端為異步控制方式，具體設(shè)計(jì)與仿真步驟為：
1)確定最大計(jì)數(shù)狀態(tài)SN(過渡狀態(tài))，并寫出SN的二進(jìn)制代碼：
2)根據(jù)狀態(tài)SN的非完全譯碼，求歸零邏輯，即清零端控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式；
3)在仿真平臺(tái)Multisim中選擇器件，根據(jù)歸零邏輯創(chuàng)建仿真電路；
4)選擇時(shí)鐘信號(hào)源輸入，示波器或數(shù)碼管等作為測(cè)量或顯示儀器，運(yùn)行仿真電路，觀測(cè)結(jié)果。