基于74LS160的N进制计数器仿真设计 - 全文

　　摘要：针对任意进制（N进制）计数器的设计目的，采用反馈复零法对基于同步十进制计数器7415160进行设计，分别采用异步清零法实现了6进制计数器和同步置数法实现7进制计数器的设计，通过应用EWB软件对所设计的电路进行仿真实验。仿真结果表明设计的计数器能实现所要求的N进制技术功能。最终得出采用反馈复零法可以实现进制计数器的结论。

　　1、174LS160功能介绍

　　74LSl6O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口。74LS160管脚排列图如图1

　　7415160管脚功能如表1所示。

　　7415160逻辑功能如表2所示。

　　从表2看出。集成计数器7415160具有以下4个功能：

　　1）异步清零功能：

　　当复位端CLW=O时，输出QQcQnQ全为零，实现异步清除功能。

　　2）同步预置数功能：

　　当复位端CLR／=1．预置控制端LOA／9‘-0，并且有脉冲输入即CLK=CPt时，输出端QDQcQnQ=DCBA，实现同步预置数功能。

　　3）保持功能：

　　当CLRI=LOAD／=1且计数控制端ENPxENT=O时．输出QoQcQeQ保持不变。

　　4）计数功能：

　　当CLR／=LOAD／=ENP=EⅣ1，并且CLK=CPt时，计数器才开始加法计数，实现计数功能。

　　l.274LS160的仿真

　　EWB仿真软件是加拿大InteractiveImageTechnologies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．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61。

　　以74LS160为例进行仿真．仿真步骤如下：

　　1）输入原理图，在工作区放置元件的原理图符号，连接导线．设置元件参数；在数字集成电路库选择74ES160集成计数器，在信号源库选择Vcc电源和地，在基本元器件库选择开关并设置开关的控制键为Space键，将以上器件拖放在工作区的合适位置后连接。

　　2）从指示器件库选择彩色指示灯和8段数码显示管放置到工作区并连接到计数器的输出端QD／QC／QB／QA：十进制计数器74LS160仿真电路如图3所示。

　　3）启动仿真开关，按动开关观察仿真结果。按动两次Space键，即给CLK端加一个脉冲信号，可以观察到彩色指示灯Q3Q2Q1QO按四位二进制指示，同时数码显示管将显示对应的十进制数。当给CLK端送到第十个脉冲时，计数器输出端显示为0，完成一个循环，所以为74LS160为十进制计数器。

　　2、N进制计数器的设计

　　基于集成计数器的N进制计数器设计方法一般采用反馈复零法，根据连接复零端的不同又分为异步清零法和同步置数法［21。

　　2．1异步清零法

　　异步清零法原理：主要利用一个与非门，其输入端接在计数器的输出端QDQOQBQA，输出端接在74LS160的复位端CLR／。当计数器从0开始计数，计到N时，N对应的二进制代码使反馈与非门的输入端全部为1，则输出端为0。由于与非门的输出端连到74LS160的复位端CLR／，此时将强迫计数器复位，使计数器重新回到起始状态。

　　在此以74LSl60实现的6进制计数器为例进行仿真设计。

　　1）求清零端控制信号的逻辑表达式

　　74LS160从0000状态开始计数，当输人第6个CP脉冲时．输出Q3Q2Q1Q0=0110，所以复零逻辑表达式为：CLR／=Q：Q=0，复位端CLR／有效。

　　2）应用EWB软件搭建仿真电路图

　　基于74LS160实现的6进制计数器仿真电路如图4所示，其中计数器各管脚连接要求如下：ENP=ENT：L0AD，1，CLK接开关．由清零端逻辑表达式可知与非门输入端接计数器的输出Q1Q2，输出端接到计数器清零端CL。

　　3）对电路进行仿真

　　连接好电路后，打开EWB仿真开关。按动Space键给计数器输入脉冲，可以看到计数器从0000开始计数，当第6个脉冲来后，计数计到0110时，与非门输出为零，此时计数器复位端有效，使得输出为0000，此计数器经过6个计数脉冲后完成一个循环，实现6进制的技术功能。

　　2．2同步置数法

　　同步置数法原理：和异步清零法原理相同，仍然利用一个反馈与非门，不同在与非门的输出端接在74LS160的预置数端LOAD，，并且计数器的数据输入端DBCA=0000。当计数器计到N一1时，反馈与非门的输入端全部为l，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。在此以74LS160实现的7进制计数器为例进行仿真设计。

　　1）求预置数端控制信号的逻辑表达式

　　计数器从0000开始计数，当第6个脉冲到达后，计数器输出Q3Q2Q1Q0=0110。所以复零逻辑表达式为：LOAD~Q2QI=0，预置数端LOAD有效。

　　2）应用EWB软件搭建仿真电路图

　　仿真电路图如图4所示。其中计数器各管脚连接要求如下：ENP=ENT=CLR，-l，CLK接开关，A=B=C=D=0，由预置数端逻辑表达式可知与非门输入端接计数器的输出Q1Q2，输出端接到计数器清零端L0AD。

　　3）对电路进行仿真

　　连接好电路后，打开EWB仿真开关，按动开关，可以看到计数器从0000开始计数，当计到0110时，与非门输出为零，此时计数器预置数端有效，当第7个脉冲来后，使得输出等于预置数0000。此计数器经过7个计数脉冲后完成一个循环，实现7进制的计数功能。

　　2．3异步清零法和同步置数法比较

　　通过以上两种计数器的设计可以看出，两种方法都是通过与非门给相应端子加复零信号。异步清零法是加在计数器复位端CL和同步置数法是加在预置值端L0AD／比较。只是归零逻辑表达式不同，假设设计N进制计数器，采用异步清零法时归零逻辑表达式为N对应的二进制代码为1的输出项的与非表达式．而采用同步预置数法时归零逻辑表达式为（N一1）对应的二进制代码为1的输出项的与非表达式。

　　3、结束语

　　本文主要以74LS160为例，介绍了采用异步清零法和同步置数法实现的N进制计数器的设计方法及仿真步骤。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。