蒙樹森

(江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210007)

在時序邏輯電路中，集成計數(shù)器的應(yīng)用是非常廣泛的。應(yīng)用集成計數(shù)器，加上簡單的電路及連線，就可以組成各種形式的、任意進制的計數(shù)器，廣泛應(yīng)用于計數(shù)、計時、分頻等電路中［1］。但在教學(xué)中，集成計數(shù)器卻難于理解，并且在實驗室的條件下也難于實現(xiàn)，如果在教學(xué)中利用Multisim10 仿真軟件進行仿真分析，可以將計數(shù)器的邏輯功能及計數(shù)過程展示在學(xué)生面前，既加深了學(xué)生的理解，又減輕了老師的負(fù)擔(dān)，提高了教學(xué)效果，有利于輔助教學(xué)。這里我們以74LS192D［2］為例，應(yīng)用Multisim10 對其邏輯功能及應(yīng)用進行仿真分析。

1 集成計數(shù)器邏輯功能仿真分析

74LS192D是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有異步清零和置數(shù)等功能。LOAD為置數(shù)端，UP為加法計數(shù)端，DOWN為減法計數(shù)端，CO為異步進位輸出端，BO為異步借位輸出端，A、B、C、D為計數(shù)器輸入端，CLR為清零端，QA、QB、QC、QD為數(shù)據(jù)輸出端。

在Multisim10的仿真工作區(qū)域搭建仿真電路，調(diào)整各控制開關(guān)，使R=0，UP 接時鐘脈沖，DOWN和LOAD 接高電平［3］。打開仿真開關(guān)，進行仿真實驗，此時計數(shù)器工作在十進制加法計數(shù)模式，由“9 至0”時，CO 端產(chǎn)生進位信號，進位邏輯指示燈X1亮，如圖1所示。

圖1 集成計數(shù)器74LS192D 加法計數(shù)器仿真電路

保持開關(guān)J3、J4不變，互換開關(guān)J1、J2的狀態(tài)，打開仿真開關(guān)進行仿真，此時計數(shù)器工作在十進制減法計數(shù)模式，當(dāng)由“0 至9”時，BO 端產(chǎn)生借位信號，借位邏輯指示X2燈亮，如圖2所示。

圖2 集成計數(shù)器74LS192D 減法計數(shù)器仿真電路

若需異步預(yù)置數(shù)，則只要將開關(guān)J4接低電平即可，此時計數(shù)器就工作在異步預(yù)置數(shù)模式，將輸入端DCBA=0011的信號置入計數(shù)器，數(shù)碼管即固定顯示“3”，如圖3所示。

圖3 集成計數(shù)器74LS192D 異步預(yù)置數(shù)仿真電路

2 集成計數(shù)器應(yīng)用仿真分析［4］

采用反饋清零法、反饋置數(shù)法，級聯(lián)法擴展容量，強行中斷原有計數(shù)順序，強行對集成計數(shù)器進行復(fù)位、置位或預(yù)置數(shù)，按人們意愿組成新的計數(shù)循環(huán)，組成符合要求的設(shè)計數(shù)據(jù)。在使用中，控制方法科學(xué)、簡單明了，控制電路及連線簡單、易行，工作穩(wěn)定性好，從而得到廣泛應(yīng)用。這里采用反饋清零和反饋置數(shù)兩種方法用74LS192D 設(shè)計六進制加法計數(shù)器。

2.1 反饋清零法［2］

此時選擇讓可逆計數(shù)器工作在加法計數(shù)模式，當(dāng)計數(shù)到0110 狀態(tài)時，QC、QD輸出通過一個與門控制異步清零端CLR，使CLR=1，計數(shù)器迅速復(fù)位到0000的狀態(tài)，CLR 端的清零信號也隨之消失，74LS192D 重新從0000 狀態(tài)開始新的計數(shù)周期，從而實現(xiàn)了六進制加法計數(shù)。

在仿真工作區(qū)域搭建仿真電路如圖4所示。打開仿真開關(guān)，打開邏輯分析儀面板，觀察譯碼顯示器顯示的數(shù)碼和如圖5所示的時序波形圖，由此證明所設(shè)計電路的正確性。

圖4 由74LS192D用反饋清零法設(shè)計的同步六進制加法計數(shù)器

圖5 反饋清零法設(shè)計的同步六進制加法計數(shù)器的時序圖

2.2 反饋置數(shù)法［2］

反饋置數(shù)法適用于具有預(yù)置數(shù)功能的集成計數(shù)器。利用計數(shù)器的置數(shù)功能，可以從N 進制計數(shù)循環(huán)中的任何一個狀態(tài)置入適當(dāng)?shù)臄?shù)值而跳躍N—M個狀態(tài)，而形成M 進制計數(shù)器。

74LS192D 兼有異步置零和預(yù)置數(shù)的功能，故可采用反饋置數(shù)法，因同步十進制可逆計數(shù)器74LS192D的進位信號CO是由1001 狀態(tài)譯碼產(chǎn)生的。為產(chǎn)生進位信號，現(xiàn)采用“0000—0001—0010—0011—0100—1001—0000”的六進制計數(shù)循環(huán)狀態(tài)。當(dāng)進入0100 狀態(tài)時，在下一個計數(shù)脈沖到來時，連接在QC端的非門電路產(chǎn)生一個置數(shù)信號(低電平)加到置數(shù)控制端LOAD，從而直接將計數(shù)器置數(shù)為1001 狀態(tài)。再來一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器重回到起點0000 狀態(tài)，并產(chǎn)生一個進位信號，從而實現(xiàn)了“0—1—2—3—4—9—0”的六進制計數(shù)循環(huán)。

在仿真工作區(qū)搭建仿真電路如圖6所示，打開邏輯分析儀面板，觀察譯碼顯示器顯示的數(shù)碼和如圖7所示的時序波形圖，從而驗證了所設(shè)計電路的正確性。

圖6 由74LS192D用反饋置數(shù)法設(shè)計的同步六進制加法計數(shù)器

圖7 反饋置數(shù)法設(shè)計的同步六進制加法計數(shù)器的時序圖

3 結(jié)束語

在集成計數(shù)器的教學(xué)中，充分運用Multisim10的仿真分析，將動態(tài)仿真分析與理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率都會得到大幅度的提高，教學(xué)也會收到令人滿意的教學(xué)效果。

［1］王連英.基于Multisim10的電子仿真實驗與設(shè)計［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2009.

［2］沈任元.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2012.

［3］李新平.實用電子技術(shù)與仿真［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003.

［4］馬敬敏.集成計數(shù)器74LS161的Multisim 仿真［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011(3):174－175，178.

［5］鄒海勇.基于Multisim的計數(shù)器設(shè)計與仿真［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報，2012(2):176－177.