基于Multisim 的二十四进制计数器的设计和仿真

2013-10-09刘婷婷

河北能源职业技术学院学报 2013年3期

杨旭，刘婷婷

(河南工业职业技术学院，河南南阳 473000)

引言

Multisim 是知名的EDA 软件之一，起源于20世纪80年代的电子仿真软件EWB，早期的EWB 是一款界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用的EDA 软件，曾在我国多所高校以及电子行业技术人员广泛应用，并得到迅速的推广使用。随着电子技术的飞速发展，加拿大IIT 公司从EWB6.0 开始，扩充了器件库中的元器件数量，器件模型设计更加精确，虚拟仪器品种增多，仿真分析设置简便，分析结果更为精确可靠，使用Multisim 可以方便地搭接各种电路，可以对模拟、数字和混合电路进行电路性能设计和仿真。本文以一个二十四进制计数器的设计和仿真为例，将它应用于数字电子技术教学，作为教学的补充，可以使逻辑电路的分析和设计变得简洁、方便。

1.计数器

计数器是数字电路中最常用的逻辑器件，种类繁多，一般利用触发器和门电路构成。常见的集成计数器为二进制和十进制计数器。其它进制的计数器，可利用现有的二进制或十进制计数器的清零端或预置数端，外加适当的门电路组合而成。

2.计数器的设计和仿真

用4 位二进制计数器74LS161 完成二十四进制计数器需要两片芯片级联完成。级联的方法有两种:一种是将24 分解为4 ×6，然后用一个模4 和一个模6 计数器级联，可实现4 ×6 的计数器;另一种将两片74LS161 级联先完成16 ×16=256 进制计数器，然后再利用清零法或置数法实现二十四进制。下面利用第二种方法进行设计和仿真。计数器74LS161N的功能如表1 所示。

表1 4 位二进制计数器74LS161N 的功能

由表1 可以看出，计数器74LS161N 具有以下功能:

*异步清零。当RD=0 时，不管其他输入端的状态如何变化，不管有无时钟脉冲CLK，计数器输出将被直接置0(QAQBQCQD=0000)，称为异步置0。

*同步置数。当RD=1，LD=0 时，在输入时钟脉冲CLK 上升沿作用下，并行输入端的数据d3 d2 d1 d0被置入计数器的输出端，即QAQBQCQD。由于这个操作要与CP 上升沿同步，所以称为同步预置数。

*计数。当 RD=LD=ENP=ENT=1 时，在CLK 端输入计数脉冲，计数器进行二进制加法计数。

*保持。当RD=LD=1，且ENP ·ENT=0，即在连个使能端中有0 时，计数器保持原来的状态不变。这时，若ENP=0、ENT=1，则进位输出信号RCO 保持不变;若ENT=0 则不管ENP 状态如何，进位输出信号RCO 为低电平0。

2.1 级联电路

计数器的级联是将多个集成计数器(如M1 进制、M2 进制)串接起来，以获得计数容量更大的N(=M1 ×M2)进制计数器。完成每个芯片的各自进制后，需要进行两片级联的操作，如图1 所示。图1中，U4 的输出QD 接在U3 的CP 端上，这样当U4 的QD输出一个有效沿，U3 才计数一次。类似于十进制中的个位数计到9，才进一个十位数的做法。

2.2 测试电路创建

具体步骤如下:

(1)在元器件库中单击电源Sources，列表中选中VCC，单击OK 按钮，取出电源5V。

(2)其他元器件依次类推，可参照以下说明使用。

*U3、U4 4 位二进制计数器在TTL→74LS→中选择74LS161N。

*U5A、U5B、U5C 与非门在 TTL→74LS→中选择74LS00N。

*U6A 非门在TTL→74LS→中选择74LS04N。

*U1和U2七段数码管在Indicators(显示元件库)→HEX_DISPLAP(十六进制显示器)→中选择DCD_HEX(带译码功能的数码管)。

*V1在电源 Sources→中选择 CLOCK_VOLTAGE(时钟电压源)。

*X1～X6指示灯在Indicators(显示元件库)→中选择PROBE_DIG_RED(红色指示灯)。

2.3 仿真结果

设置矩形波发生器V1 为200HZ，幅值5V。运行后，观察两个七段显示器是否按照0－23 计数。由于是用清零法构成二十四进制计数器，两个74LS161 芯片需用时钟脉冲CLK 同步，计数控制端均接高电平。当十位片的输出为QAQBQC QD=0010，并且个位片的输出为QA QBQC QD=0100 时，与非门的输出为0，使两片74HC161 立即清零，重新从0 计数。启动Multisim 的仿真开关后，右边数码管显示个位，从0 至9 循环显示;左边数码管显示十位从0 至2 循环显示;达到23 后，数码管又从零开始计数(也可以观察X1，X2，X3，X4，X5，X6 指示灯亮，本文例子为 00010111)，就证明它为二十四进制计数器。