任意进制计数器设计在EWB中的仿真实验

蔡娟娟

（福建师范大学人民武装学院，福建 福州 350007）

任意进制计数器设计在EWB中的仿真实验

蔡娟娟

（福建师范大学人民武装学院，福建 福州 350007）

EWB软件用于数字电路教学中，可以把抽象的电子电路变得更加生动、直观，加深学生对电子电路的理解。以设计任意进制的计数器为例，列举几种不同的设计方法用EWB软件进行仿真实现，同时指出若干设计方法在仿真实验中可能出现的错误。

数字电路；EWB；电路仿真；计数器

《数字电路》是高校计算机专业的一门专业基础课，具有很强的实践性。通过实验，可以使得学生对实际电路有更直观、更感性的认识，提高学生对电路知识的理解和实际应用能力。随着教学方法的改革和教学手段多样化的改善，可在教学中引入电路仿真软件，如Electronics Workbench（EWB），建立“电子虚拟工作平台”。该软件的仿真结果与实际电路结果几乎相同，将它用于数字电路实验课程中，还可减少仪器设备的损耗，降低实验成本，提高实验效率。学生可在课后根据所学内容自行设计电路，用软件对电路进行仿真，验证设计结果的正确性，从而大大提高学生的分析设计能力，激发他们的学习兴趣。

一、EWB软件简介

EWB是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的一款电子电路仿真分析、设计软件，它具有直观的界面，用户学习操作十分简便，该软件与其升级版本Multisim软件相比，使用方式与实际更接近，同时它还带有丰富齐全的元器件库，根据需要可灵活改变各器件的参数，因此它能演示各种复杂电路系统，以查看结果。

EWB软件的运行界面主要由菜单栏（menus）、工具栏（toolbars）、电路工作窗口（circuit window）、元器件库栏（parts bin toolbar）、描述窗口（description window）、启动/停止开关、暂停/恢复开关、状态栏(status line)等组成。在EWB软件中创建电路，所需的各种元器件、测试指示器件都是直接从元器件库栏中用鼠标拖至电路工作区，且图形与实物外观接近。电路创建后，可点击右上角的电源开关开始仿真，再次点击开关，即可中途中断仿真。

软件中仪器库的逻辑转换仪能帮助我们快速地完成逻辑函数的化简或逻辑表达式、真值表、电路图三者之间的转换，为组合逻辑电路的分析、设计带来很大的方便。此外，EWB软件还可用于演示组合逻辑电路中可能出现的竞争—冒险现象，优先编码器、时序逻辑电路设计、计数器的设计等。

二、计数器设计的仿真实验

下面以十进制计数器74160为例进行仿真设计。为能直接观察计数器的计数过程，在以下设计中，CLK脉冲频率均为1HZ，Q输出端接译码数码管以显示十进制数字。

1.单片计数器的设计

以7进制计数器设计为例，由于7进制计数器的模小于74160计数器的模，所以设计只需一片74160即可完成。设计方法有异步清零法、置数法（预置数为零）、置数法（进位信号反馈），由于篇幅所限，这里先介绍置数法（预置数为零），仿真电路如图1所示：

图1 置数法（预置数为零）

计数器预置数设为0，当计数器计数到6时，使用同步置数端LOAD’，强制改变计数器的次态为预置数状态0，从而实现了7进制计数器。

2.计数器的级联设计

如果设计的计数器的模大于74160的模，则需要多片74160计数器进行级联设计。设计方法有同步级联、异步级联，两者的差别在于时钟信号端是否相连。下面以23进制计数器为例介绍同步级联的设计方法，仿真电路如图2所示：

图2 同步级联设计的23进制计数器

计数器（1）为高位计数器，计数器（2）为低位计数器，两片时钟信号端接在一起，计数器（2）的进位信号连到计数器（1）的计数使能端，以控制高位计数器的计数，通过此同步级联方法把两片连接成100进制计数器，同时计数器（1）和计数器（2）预置数端均接0，设置计数器计数到22时，利用同步置数端把两片计数器的次态均改为0，从而达到设计的目的。

以上设计仿真结果均与理论分析一致。

三、软件的局限性

EWB软件虽然应用广泛，但它通常是在较理想的情况下进行仿真的，该软件存在一些问题及瑕疵，因此用它进行电路分析设计时，有时会出现错误，影响正确的电路设计。例如：

1.置数法（进位信号反馈）

计数器预置数接3，进位信号端通过非门连到同步置数端，仿真电路如图3所示：

图3 置数法（进位信号反馈）

从理论上分析，计数器计数到9时，进位信号为1，利用此时的同步置数端有效，强制改变计数器的下个状态为预置数3，之后正常计数，此电路可实现7进制计数器。但实际仿真结果与预期不同，计数器置数后，即停止计数。经试验，预置数为3或5时，计数器的仿真运行均不能正常计数，而预置数为其他值时，计数器可正常工作。

2.异步级联法（以100进制计数器为例）

与同步级联法方法不同的是，计数器（2）的进位信号通过非门连到计数器（1）的时钟信号端，两片计数器的时钟信号端并未连在一起，仿真电路如图4所示：

图4 异步级联设计的100进制计数器

仿真结果与理论分析存在少许误差，高位计数从1开始，而不是预期的0。其原因是EWB软件进行电路仿真时，所有器件初态均为0，因此电路一激活，经非门后，时钟信号从0到1，出现有效上升沿，导致计数器立刻加一。但循环一周后计数器可恢复正常工作，从0计数到99。

在实践中发现，EWB软件还存在一些不足的地方，比如：该软件编辑菜单中没有撤销恢复功能；线路较复杂时，移动某段线路可能会造成其他线路中断；有时线路节点非自动生成；数码管帮助中的功能说明与实际使用不符；TTL门输入端悬空时的处理、Π的取值均有误等。

EWB仿真软件用在数字电路辅助教学中，能提高教学效率，增强课堂气氛的活跃度，加深学生的理解能力，还可以从根本上克服实验器材在规格、数量上的限制。但需要注意的是，仿真设计的电路并不能完全等同于实际设计的电路，两者是有所差别的，经软件仿真设计后，应当利用实物元器件安装调试，以验证所设计电路的正确性。由此可见，像这种新教学手段的引入并不能完全取代传统的教学方法，两者应当取长补短、优势互补，将新教学手段合理地融合到传统教学过程中，才能取得更好的教学效果。

［1］曾柳娟，全宏瑞，王艳玲.EWB仿真软件在《数字电路》课程教学中的辅助作用［J］.桂林师范高等专科学校学报，2009，（1）：174-177.

［2］陈洁，成晓梅，庞寿全，吕集尔.EWB5.0在数字逻辑电路实验教学中的应用［J］.玉林师范学院学报，2005，（3）：40-44.

［3］陈梦喆.仿真软件EWB的优劣分析［J］.煤炭技术，2010，（2）：23-25.

［4］郗仲平.谈EWB软件在电子计数实验课中的应用［J］.甘肃广播电视大学学报，2009，（4）：64-66.

G642

A

1673-0046（2011）09-0150-02