基于EWB的N 进制计数器仿真设计

乔琳君

（西安航空职业技术学院，710089）

计数器是数字系统中应用广泛的基本逻辑器件。它不仅能记录输入时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器[1]。一般集成计数器的进制都是固定的，像74LS160为十进制，74LS161为十六进制，但是实际中需要大量的任意进制（N 进制）的计数器，如：24进制，60进制等，可以通过对固定进制的计数器改进或者级联来完成所需要的N 进制的计数器。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[2]。

1 集成计数器74LS160介绍

74LS160是具有预置数功能的四位同步十进制计数器，其内部是由J-K 触发器和附加门组成[3]。74LS160管脚功能见表1。74LS160逻辑功能见表2。

从表2看出，集成计数器74LS160具有以下4个功能：

（1）异步清零功能：功能。

当复位端CLR/=O时，输出QDQCQBQA全为零，实现异步清除

（2）同步预置数功能：

当复位端CLR/=1，预置控制端LOAD/=0，并且有脉冲输入即CLK=CP ↑时，输出端QDQCQBQA=DCBA，实现同步预置数功能。

（3）保持功能：

当CLR/=LOAD/=1且计数控制端ENP·ENT=O时，输出QDQCQBQA保持不变。

（4）计数功能：

当CLR/=LOAD/=ENP=ENT=1，并且有脉冲输入即CLK=CP ↑时，计数器才开始加法计数，实现计数功能。

2 反馈复零法设计原理

设现有M 进制集成计数器，要设计N 进制计数器。

反馈复零法[1]主要利用一个与非门，其输入接在计数器的输出端，其输出接在计数器的复位端或预置数端。当计数器计到N时，反馈与非门的输入端全部为1，输出端则为0。由于与非门的输出端与计数器的复位端或预置数端相连，使得计数器复位或输出等于预置数（0000），从而使计数器重新回到起始状态。与非门反馈到复位端的称为清零法，与非门反馈到预置控制端的称为预置数法。图1给出了反馈复零法电路原理图，（a）图为异步清零法，（b）图为同步置数法。

表1 74LS160管脚功能介绍

表2 74LS160逻辑功能表

图1 反馈复零法电路原理

图1中与非门的输入端个数及连接位置由设计的计数器进制N 决定。

实际设计时，如果M＞N，用一片M 集成集成计数器就可以完成N 进制计数器的设计；如果M

3 设计实例

3.1 异步清零法实现的60进制计数器的仿真设计

74LS160为同步十进制集成计数器，其最大计10个脉冲数。现在需要设计60进制计数器，通过两片74LS160级联的方式扩展成100进制，设十位计数器的编号为2，个位计数器的编号为1。使用反馈复零法设计，步骤如下：

（1）写出60对应的二进制代码：01100000，即十位计数器的输出Q2DQ2CQ2BQ2A=（6）D=（0110）B，个位计数器的输出Q1DQ1CQ1BQ1A=（0）D=（0000）B

（3）在EWB 软件里搭建仿真电路。具体如下：

①在EWB的数字集成电路库选择2片74LS160集成计数器，在逻辑门电路库选择与非门，在信号源库选择Vcc 电源、地和脉冲信号源，在指示器件库选择2个数码显示管将以上器件拖放在工作区的合适位置并设置参数。

②连接线路：电源、地分别接到两片计数器的Vcc 和GND 端。脉冲信号源分别接到CLK 端。要实现计数功能则ENP=ENP=LOAD/=1，所以个位计数器的ENP=ENP=LOAD/=1，而十位计数器的接个位计数器的进位输出端RC0。由反馈复零逻辑表达式知反馈与非门输入端接十位计数器的Q2CQ2B，输出反馈到两个计数器的复位清零端CLR/。

采用异步清零法实现的60进制计数器仿真电路图如图2所示。

（4）打开仿真开关，运行仿真电路，观查仿真结果。仿真时可以看到，从0开始计数时，来一个脉冲，个位计数器增1，当第十个脉冲来后，个位计数器进位，个位计数器为0，十位计数器显示1。即每计十个脉冲，十位计数器增1。整体看，当计数器从0开始计数计到59时开始循环，说明图3实现了60进制加法计数器功能。

3.2 同步置数法实现的24进制计数器的仿真设计

同步置数法原理和异步清零法原理相同，区别在于与非门的输出端接在74LS160的预置数端LOAD/。当计数器计到N-1时，反馈与非门的输入端全部为1，则输出端为0，此时预置控制端有效，当再来一个脉冲时，计数器的输出端数据等于预置数，使计数器重新回到起始状态。所以要实现24进制的计数器，应写出23对应的二进制代码。

（1）写出23对应的二进制代码：00100011，即十位计数器的输出Q2DQ2CQ2BQ2A=（2）D=（0010）B，个位计数器的输出Q1DQ1CQ1BQ1A=（3）D=（0011）B

图2 异步清零法实现的60进制计数器仿真原理图

图3 同步预置数法实现的24进制计数器仿真原理图

（3）在EWB 软件里搭建仿真电路。具体如下：

①拖放元器件同异步清零法实现的60进制计数器的仿真设计。

②连接线路：电源、地、技术控制端ENP/ENP、脉冲信号源接法不变。与异步清零法仿真设计区别在于此时CLR/=1；十位计数器的数据输入端D=C=B=A=0；由反馈复零逻辑表达式知与非门输入端接十位计数器的Q2CQ2B，而输出反馈到两个计数器的预置数端。

采用同步预置数法实现的24进制计数器仿真电路图如图3所示。

（4）打开仿真开关，运行仿真电路，观查仿真结果。仿真时可以看到，从0开始计数时，计到23时开始循环，说明图3实现了24进制加法计数器功能。

3.3 仿真问题分析

在设计60进制计数器仿真时，发现十位计数器不计数，检查后发现十位计数器的预置数端虚接，改正后仿真结果正确。另外以下几点：

（1）正确求取复零逻辑表达式，异步清零法为N 对应的二进制代码为1的输出项的与非表达式，同步预置数法为（N-1）对应的二进制代码为1的输出项的与非表达式。

（2）如果设计10进制以上的计数器时，个位计数器的进位端要连到十位计数器的计数控制端ENP 和ENT 端。

（3）注意不同方法时，反馈与非门的输出端连接位置不同，异步清零法连到计数器复位端，而同步预置数法连到计数器预置数端，并且此时数据输入端应为0。

4 小结

本文主要以74LS160为例，介绍了采用反馈复零法实现的N进制计数器的设计方法及仿真步骤。并以异步清零法设计的60进制计数器和同步置数法实现的24进制计数器为例给出了详细的设计步骤。应用EWB 软件对设计的计数器进行仿真，结果表明达到设计要求。

[1]黄建华.汽车电工电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006

[2]蔡娟娟.任意进制计数器设计在EWB中的仿真实验[J].太原城市职业技术学院学报，2011，9

[3]胡锦.数字电路与逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2011

[4]赵家松.基于集成计数器的N 进制计数器设计与仿真[J].电子设计工程，2012，2

[5]李耐根电工电子技术基础[M].北京：冶金工业出版社，2011

[6]杨颂华，冯毛官，孙万蓉，等.数字电子技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.