摘要：針對任意進制（N進制）計數(shù)器的設(shè)計目的，采用反饋復(fù)零法對基于同步十進制計數(shù)器7415160進行設(shè)計，分別采用異步清零法實現(xiàn)了6進制計數(shù)器和同步置數(shù)法實現(xiàn)7進制計數(shù)器的設(shè)計，通過應(yīng)用EWB軟件對所設(shè)計的電路進行仿真實驗。仿真結(jié)果表明設(shè)計的計數(shù)器能實現(xiàn)所要求的N進制技術(shù)功能。最終得出采用反饋復(fù)零法可以實現(xiàn)進制計數(shù)器的結(jié)論。

　　1、174LS160功能介紹

　　74LSl6O是具有預(yù)置數(shù)功能的四位同步十進制計數(shù)器，其內(nèi)部是由J—K觸發(fā)器和附加門組成口。74LS160管腳排列圖如圖1

　　7415160管腳功能如表1所示。

　　7415160邏輯功能如表2所示。

　　從表2看出。集成計數(shù)器7415160具有以下4個功能：

　　1）異步清零功能：

　　當(dāng)復(fù)位端CLW=O時，輸出QQcQnQ全為零，實現(xiàn)異步清除功能。

　　2）同步預(yù)置數(shù)功能：

　　當(dāng)復(fù)位端CLR／=1．預(yù)置控制端LOA／9‘-0，并且有脈沖輸入即CLK=CPt時，輸出端QDQcQnQ=DCBA，實現(xiàn)同步預(yù)置數(shù)功能。

　　3）保持功能：

　　當(dāng)CLRI=LOAD／=1且計數(shù)控制端ENPxENT=O時．輸出QoQcQeQ保持不變。

　　4）計數(shù)功能：

　　當(dāng)CLR／=LOAD／=ENP=EⅣ1，并且CLK=CPt時，計數(shù)器才開始加法計數(shù)，實現(xiàn)計數(shù)功能。

　　l.274LS160的仿真

　　EWB仿真軟件是加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出的一款電子電路仿真分析、設(shè)計軟件，它具有直觀的界面，用戶學(xué)習(xí)操作十分簡便．同時它還帶有豐富齊全的元器件庫，根據(jù)需要可靈活改變各器件的參數(shù)，因此它能演示各種復(fù)雜電路系統(tǒng)，以查看結(jié)果61。

　　以74LS160為例進行仿真．仿真步驟如下：

　　1）輸入原理圖，在工作區(qū)放置元件的原理圖符號，連接導(dǎo)線．設(shè)置元件參數(shù)；在數(shù)字集成電路庫選擇74ES160集成計數(shù)器，在信號源庫選擇Vcc電源和地，在基本元器件庫選擇開關(guān)并設(shè)置開關(guān)的控制鍵為Space鍵，將以上器件拖放在工作區(qū)的合適位置后連接。

　　2）從指示器件庫選擇彩色指示燈和8段數(shù)碼顯示管放置到工作區(qū)并連接到計數(shù)器的輸出端QD／QC／QB／QA：十進制計數(shù)器74LS160仿真電路如圖3所示。

　　3）啟動仿真開關(guān)，按動開關(guān)觀察仿真結(jié)果。按動兩次Space鍵，即給CLK端加一個脈沖信號，可以觀察到彩色指示燈Q3Q2Q1QO按四位二進制指示，同時數(shù)碼顯示管將顯示對應(yīng)的十進制數(shù)。當(dāng)給CLK端送到第十個脈沖時，計數(shù)器輸出端顯示為0，完成一個循環(huán)，所以為74LS160為十進制計數(shù)器。

　　2、N進制計數(shù)器的設(shè)計

　　基于集成計數(shù)器的N進制計數(shù)器設(shè)計方法一般采用反饋復(fù)零法，根據(jù)連接復(fù)零端的不同又分為異步清零法和同步置數(shù)法［21。

　　2．1異步清零法

　　異步清零法原理：主要利用一個與非門，其輸入端接在計數(shù)器的輸出端QDQOQBQA，輸出端接在74LS160的復(fù)位端CLR／。當(dāng)計數(shù)器從0開始計數(shù)，計到N時，N對應(yīng)的二進制代碼使反饋與非門的輸入端全部為1，則輸出端為0。由于與非門的輸出端連到74LS160的復(fù)位端CLR／，此時將強迫計數(shù)器復(fù)位，使計數(shù)器重新回到起始狀態(tài)。

　　在此以74LSl60實現(xiàn)的6進制計數(shù)器為例進行仿真設(shè)計。

　　1）求清零端控制信號的邏輯表達(dá)式

　　74LS160從0000狀態(tài)開始計數(shù)，當(dāng)輸人第6個CP脈沖時．輸出Q3Q2Q1Q0=0110，所以復(fù)零邏輯表達(dá)式為：CLR／=Q：Q=0，復(fù)位端CLR／有效。

　　2）應(yīng)用EWB軟件搭建仿真電路圖

　　基于74LS160實現(xiàn)的6進制計數(shù)器仿真電路如圖4所示，其中計數(shù)器各管腳連接要求如下：ENP=ENT：L0AD，1，CLK接開關(guān)．由清零端邏輯表達(dá)式可知與非門輸入端接計數(shù)器的輸出Q1Q2，輸出端接到計數(shù)器清零端CL。

　　3）對電路進行仿真

　　連接好電路后，打開EWB仿真開關(guān)。按動Space鍵給計數(shù)器輸入脈沖，可以看到計數(shù)器從0000開始計數(shù)，當(dāng)?shù)?個脈沖來后，計數(shù)計到0110時，與非門輸出為零，此時計數(shù)器復(fù)位端有效，使得輸出為0000，此計數(shù)器經(jīng)過6個計數(shù)脈沖后完成一個循環(huán)，實現(xiàn)6進制的技術(shù)功能。

　　2．2同步置數(shù)法

　　同步置數(shù)法原理：和異步清零法原理相同，仍然利用一個反饋與非門，不同在與非門的輸出端接在74LS160的預(yù)置數(shù)端LOAD，，并且計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端DBCA=0000。當(dāng)計數(shù)器計到N一1時，反饋與非門的輸入端全部為l，則輸出端為0，此時預(yù)置控制端有效，當(dāng)再來一個脈沖時，計數(shù)器的輸出端數(shù)據(jù)等于預(yù)置數(shù)。使計數(shù)器重新回到起始狀態(tài)。在此以74LS160實現(xiàn)的7進制計數(shù)器為例進行仿真設(shè)計。

　　1）求預(yù)置數(shù)端控制信號的邏輯表達(dá)式

　　計數(shù)器從0000開始計數(shù)，當(dāng)?shù)?個脈沖到達(dá)后，計數(shù)器輸出Q3Q2Q1Q0=0110。所以復(fù)零邏輯表達(dá)式為：LOAD~Q2QI=0，預(yù)置數(shù)端LOAD有效。

　　2）應(yīng)用EWB軟件搭建仿真電路圖

　　仿真電路圖如圖4所示。其中計數(shù)器各管腳連接要求如下：ENP=ENT=CLR，-l，CLK接開關(guān)，A=B=C=D=0，由預(yù)置數(shù)端邏輯表達(dá)式可知與非門輸入端接計數(shù)器的輸出Q1Q2，輸出端接到計數(shù)器清零端L0AD。

　　3）對電路進行仿真

　　連接好電路后，打開EWB仿真開關(guān)，按動開關(guān)，可以看到計數(shù)器從0000開始計數(shù)，當(dāng)計到0110時，與非門輸出為零，此時計數(shù)器預(yù)置數(shù)端有效，當(dāng)?shù)?個脈沖來后，使得輸出等于預(yù)置數(shù)0000。此計數(shù)器經(jīng)過7個計數(shù)脈沖后完成一個循環(huán)，實現(xiàn)7進制的計數(shù)功能。

　　2．3異步清零法和同步置數(shù)法比較

　　通過以上兩種計數(shù)器的設(shè)計可以看出，兩種方法都是通過與非門給相應(yīng)端子加復(fù)零信號。異步清零法是加在計數(shù)器復(fù)位端CL和同步置數(shù)法是加在預(yù)置值端L0AD／比較。只是歸零邏輯表達(dá)式不同，假設(shè)設(shè)計N進制計數(shù)器，采用異步清零法時歸零邏輯表達(dá)式為N對應(yīng)的二進制代碼為1的輸出項的與非表達(dá)式．而采用同步預(yù)置數(shù)法時歸零邏輯表達(dá)式為（N一1）對應(yīng)的二進制代碼為1的輸出項的與非表達(dá)式。

　　3、結(jié)束語

　　本文主要以74LS160為例，介紹了采用異步清零法和同步置數(shù)法實現(xiàn)的N進制計數(shù)器的設(shè)計方法及仿真步驟。應(yīng)用EWB軟件對設(shè)計的計數(shù)器進行仿真，結(jié)果表明達(dá)到設(shè)計要求。