基于Multisim10.1的任意进制计数器的设计与实现

摘 要：本文介绍了利用集成计数器芯片实现任意计数器的方法，以二十四进制计数器的设计为例，提出利用Multisim10.1仿真软件进行电路过程仿真，帮助学习者建立一个利用仿真平台直观形象的学习计数器应用的方法，可有效提高学习效率。

关键词：集成计数器；Multisim10.1；学习效率

计数器的应用是电子类专业数字电子技术课程必须掌握的内容，主要是利用给定计数器构成任意进制计数器，涉及两种情况：一种是给定计数器的模值N大于要实现的计数器模值M，这类问题比较简单，只需要一个计数器芯片再结合相应的门电路即可实现；另一种是给定计数器的模值N大小于要实现的计数器模值M，这类问题较复杂，往往涉及两个或两个以上的计数器芯片，电路相对比较复杂，学生较难理解。如果设计出电路要在实验设备上搭接实现，一旦出问题很难排查，而且很容易损坏芯片。

本文以二十四进制计数器的设计为例提出利用Multisim10.1仿真软件进行了电路仿真，电路实现非常灵活，即可节约实验成本，缩短实验时间，又可提高学习效率。

一、任意进制计数器的实现

（一）集成计数器的模值N大于任意计数器的模值M

集成计数器加适当的反馈电路就可以构成任意进制计数器。在N进制计数器的顺序计数器过程中，设法使之跳过（N-M）个状态，只在M个状态中循环就可实现。常用的方法有两种：反馈清零法和反馈置数法。

1）反馈清零法：计数器从全“0”状态开始计数，计满M个状态后，进行清零，然后重新开始计数。由于集成计数器清零有同步和异步之分，因此反馈清零法也分为两种情况。

计数器同步清零时，从全“0”状态开始计数，记录了（M-1）个状态后，就要发出清零指令，在第M个计数脉冲到来后才进行清零，这样才能记录M个状态，实现M进制计数。

计数器异步清零时，计数到第M个状态后，再发出清零指令，计数器的状态从第M种状态返回到全“0”状态。第M种状态一出现，无需计数脉冲，计数器便立即清零，第M种状态只在瞬间出现，通常称为过渡状态。

2）反馈置数法：利用计数器预置数功能，使计数器从某个预置状态开始计数，计满M个状态后产生置数信号，使计数器又进入预置状态，然后重新开始计数。这种方法适用于有预置功能的计数器，反馈置数法也分为两种情况。

计数器同步预置数时，计数器从预置状态开始计数，记录了（M-1）个状态后，发出预置数指令，当第M个计数脉冲到来后才能预置数。

计数器异步预置数时，从预置状态开始计数，必须是在计到第M个状态后，再发出预置数指令，计数器的状态返回到预置状态。第M种状态一出现，无需计数脉冲，计数器便立即被预置数，第M种状态作为过渡状态。

（二）集成计数器的模值N小于任意计数器的模值M

要构成模值大于N的计数器，就需要将多片集成计数器进行级联，扩大其计数范围。级联的基本方式有两种：异步级联法和同步级联法。

异步级联法：将前一级集成计数器的输出作为后一级集成计数器的时钟脉冲信号。这种信号可以取自前一级的进位或借位输出，也可直接取自高位触发器的输出。此时，若后一级集成计数器有计数允许控制端，则应使它处于允许计数状态。

同步级联法：外加时钟信号同时接到各集成计数器的时钟脉冲输入端，用前前一级集成计数器的进位或借位输出信号作为后一级集成计数器的工作控制信号。只有当进位或借位信号有效时，时钟脉冲才能对后一级集成计数器起作用。

经过级联扩展，计数范围扩大至大于任意进制计数器的模值M，然后加适当的反馈电路就可以构成任意进制计数器，反馈的方法同1.1，也分为反馈清零法和反馈置数法。

二、二十四进制计数器的实现

该电路选择中规模集成计数器74LS161芯片，74LS161是同步四位二进制可预置数加法计数器，它除了有计数功能外，还具有同步预置数、保持和异步清零等功能。

利用同步级联法构成256进制计数器器，再利用反馈置数的方法构成二十四进制计数器，电路预置数为00000001，反馈数为00011000，即计数器在1—24之间循环，构成二十四进制计数器，反馈环节用到74LS00芯片，显示电路用自带译码器的7段数码管DCD-HEX实现，电路原理图及仿真电路如图1所示。

三、结论

将Multisim10.1仿真软件引入到计数器电路应用教学中，使电路实现变得灵活多样，极大提高了学生的学习兴趣，降低了理解难度，有效节约了实验成本，缩短实验时间，在教学中值得大力推广。

参考文献：

[1] 刘春兰，钟睿.一体化课程教学改革的探索[J].科教导刊，2014（11）.

[2] 胡濤.电子技术课程教学改革探讨[J].科技视界，2014（16）.

[3] 梁丽.Multisim仿真软件在电子电路设计中的应用[J].中国教育技术装备，2015（10）：35-37.

项目基金：

2016年度陕西国防工业职业技术学院校本科研项目《基于虚拟仿真平台的电类实训数字化教学资源的研究》（编号：Gfy 16-21），项目主持人：马艳阳

作者简介：马艳阳，副教授。