西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院　馬惠蘭

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基于Proteus的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)及仿真

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院馬惠蘭

【摘要】計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用最多的時(shí)序電路，不僅可用來(lái)計(jì)脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。本文給出了應(yīng)用Proteus軟件用同步十進(jìn)制雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器74LS192設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法，并進(jìn)行了仿真。

【關(guān)鍵詞】計(jì)數(shù)器；Proteus；仿真

1　引言

計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用最多的時(shí)序電路，不僅可用來(lái)計(jì)脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。從降低成本的角度考慮，集成電路的定型產(chǎn)品必須有足夠大的批量。目前常見的計(jì)數(shù)器芯片在計(jì)數(shù)進(jìn)制上只做成應(yīng)用較廣的幾種類型，如十進(jìn)制、十六進(jìn)制和幾種常用的二進(jìn)制等。在需要其他任意一種進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，只能利用已有的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品經(jīng)過(guò)外電路的不同連接方式得到。

2　Proteus介紹

Proteus是英國(guó)Labcenter公司研發(fā)的EDA，是目前最先進(jìn)的電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)交互仿真、PCB設(shè)計(jì)的平臺(tái)。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖與電路設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼級(jí)調(diào)試與仿真、 系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到形成PCB制板圖的完整仿真設(shè)計(jì)(虛擬樣機(jī))過(guò)程。Proteus有超過(guò)5萬(wàn)個(gè)元件模型，近5000個(gè)封裝模型。

3　任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

3.1任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)原理

假如已有的是N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而需要得到的是M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這時(shí)有M＜N和M＞N兩種可能的情況。

3.1.1M＜N的情況

使用1片N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)循環(huán)過(guò)程中設(shè)法跳過(guò)N－M個(gè)狀態(tài)即可。實(shí)現(xiàn)跳躍的方法有置零法和置數(shù)法兩種。

置零法適用于有置零輸入端的計(jì)數(shù)器。對(duì)于有異步置零輸入端的計(jì)數(shù)器，在電路進(jìn)入SM狀態(tài)時(shí)譯碼產(chǎn)生置零信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的異步置零輸入端，使計(jì)數(shù)器立刻返回S0狀態(tài)，跳過(guò)N－M個(gè)狀態(tài)而得到M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖1中虛線所示。對(duì)于有同步置零輸入端的計(jì)數(shù)器，在電路進(jìn)入SM-1狀態(tài)時(shí)譯碼產(chǎn)生置零信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的同步置零輸入端，計(jì)數(shù)器在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)達(dá)到后返回S0狀態(tài)，如圖1中實(shí)線所示。

圖1　置零法

圖2　置數(shù)法

置數(shù)法與置零法不同，它是通過(guò)給計(jì)數(shù)器重復(fù)置入某個(gè)數(shù)值的方法跳過(guò)N－M個(gè)狀態(tài)，從而獲得M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，適用于有預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器，置數(shù)法可以在電路的任何一個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行。對(duì)于同步式預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器，信號(hào)應(yīng)從Si狀態(tài)譯出，待下一個(gè)CLK到來(lái)時(shí)將要置入的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中，Si狀態(tài)出現(xiàn)在穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中，如圖2中實(shí)線所示。而對(duì)于異步式預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器，信號(hào)應(yīng)從Si+1狀態(tài)譯出，Si+1狀態(tài)只在極短的瞬間出現(xiàn)，如圖2中虛線所示。

3.1.2M＞N的情況

這時(shí)必須用多片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合起來(lái)，才能構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。各片之間的連接方式有串行進(jìn)位方式、并行進(jìn)位方式，兩片N1和N2進(jìn)制的計(jì)數(shù)器可以構(gòu)成進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。當(dāng)時(shí)，必須采取整體置零法和整體置數(shù)法構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這時(shí)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器為。

3.2同步十進(jìn)制雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器74LS192

74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其邏輯符號(hào)如圖3所示，其預(yù)置數(shù)和置零都是異步的。其中，MR為置零輸入，為預(yù)置數(shù)輸入（低有效），UP為加計(jì)數(shù)輸入，DN為減計(jì)數(shù)輸入（都是上升沿觸發(fā)），TOU為非同步進(jìn)位輸出，TOD為非同步借位輸出，D0～D3為預(yù)置數(shù)數(shù)據(jù)輸入，Q0～Q3為計(jì)數(shù)器輸出。

圖3　74LS192的邏輯符號(hào)

3.324進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)舉例

利用74LS192設(shè)計(jì)一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍為1～24。

先將兩片74LS192采用串行進(jìn)位方式進(jìn)行連接，構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初態(tài)為S1，所以只能采用預(yù)置數(shù)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。而74LS192的預(yù)置數(shù)是異步的，就需要從狀態(tài)S25譯碼出信號(hào)，使計(jì)數(shù)器一旦進(jìn)入狀態(tài)S25后立刻進(jìn)入狀態(tài)S1，實(shí)現(xiàn)了S1～S25狀態(tài)的循環(huán)。

設(shè)計(jì)時(shí)需要注意，不用的置零輸入MR、減計(jì)數(shù)輸入DN都必須置為無(wú)效，即MR接地，DN接高電平1。

4　Proteus仿真

4.1元件拾取

表1　元件清單列表

圖4　24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖及Proteus仿真結(jié)果

4.2元件連線

將兩個(gè)74LS192、74LS20、2個(gè)7段BCD數(shù)碼管、8個(gè)邏輯電平顯示和CLOCK從對(duì)象選擇器中放置到圖形編輯區(qū)中，點(diǎn)擊編輯窗口上方的自動(dòng)連線圖標(biāo)

4.3電路的動(dòng)態(tài)仿真

完成上述電路連線后，單擊Proteus ISIS環(huán)境中左下方的仿真運(yùn)行控制按鈕開始仿真運(yùn)行。

24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路原理圖及其在Proteus下的仿真結(jié)果如圖4所示。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了利用Proteus仿真軟件設(shè)計(jì)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法和基本步驟，并進(jìn)行了Proteus仿真。

利用Proteus仿真軟件可以大大提高電路設(shè)計(jì)的效率，既低碳環(huán)保，又省時(shí)省力，是電路設(shè)計(jì)的得力工具。

參考文獻(xiàn)

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馬惠蘭（1969—），女，甘肅康樂(lè)人，副教授，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)及應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)2013年教育教學(xué)改革項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：13JG-1670665120。