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        基于Multisim10.1的任意進制計數(shù)器的設計與實現(xiàn)

        2017-07-10 07:41:09馬艷陽
        科技風 2017年2期
        關鍵詞:數(shù)法模值預置

        摘 要:本文介紹了利用集成計數(shù)器芯片實現(xiàn)任意計數(shù)器的方法,以二十四進制計數(shù)器的設計為例,提出利用Multisim10.1仿真軟件進行電路過程仿真,幫助學習者建立一個利用仿真平臺直觀形象的學習計數(shù)器應用的方法,可有效提高學習效率。

        關鍵詞:集成計數(shù)器;Multisim10.1;學習效率

        計數(shù)器的應用是電子類專業(yè)數(shù)字電子技術課程必須掌握的內(nèi)容,主要是利用給定計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器,涉及兩種情況:一種是給定計數(shù)器的模值N大于要實現(xiàn)的計數(shù)器模值M,這類問題比較簡單,只需要一個計數(shù)器芯片再結(jié)合相應的門電路即可實現(xiàn);另一種是給定計數(shù)器的模值N大小于要實現(xiàn)的計數(shù)器模值M,這類問題較復雜,往往涉及兩個或兩個以上的計數(shù)器芯片,電路相對比較復雜,學生較難理解。如果設計出電路要在實驗設備上搭接實現(xiàn),一旦出問題很難排查,而且很容易損壞芯片。

        本文以二十四進制計數(shù)器的設計為例提出利用Multisim10.1仿真軟件進行了電路仿真,電路實現(xiàn)非常靈活,即可節(jié)約實驗成本,縮短實驗時間,又可提高學習效率。

        一、任意進制計數(shù)器的實現(xiàn)

        (一)集成計數(shù)器的模值N大于任意計數(shù)器的模值M

        集成計數(shù)器加適當?shù)姆答侂娐肪涂梢詷?gòu)成任意進制計數(shù)器。在N進制計數(shù)器的順序計數(shù)器過程中,設法使之跳過(N-M)個狀態(tài),只在M個狀態(tài)中循環(huán)就可實現(xiàn)。常用的方法有兩種:反饋清零法和反饋置數(shù)法。

        1)反饋清零法:計數(shù)器從全“0”狀態(tài)開始計數(shù),計滿M個狀態(tài)后,進行清零,然后重新開始計數(shù)。由于集成計數(shù)器清零有同步和異步之分,因此反饋清零法也分為兩種情況。

        計數(shù)器同步清零時,從全“0”狀態(tài)開始計數(shù),記錄了(M-1)個狀態(tài)后,就要發(fā)出清零指令,在第M個計數(shù)脈沖到來后才進行清零,這樣才能記錄M個狀態(tài),實現(xiàn)M進制計數(shù)。

        計數(shù)器異步清零時,計數(shù)到第M個狀態(tài)后,再發(fā)出清零指令,計數(shù)器的狀態(tài)從第M種狀態(tài)返回到全“0”狀態(tài)。第M種狀態(tài)一出現(xiàn),無需計數(shù)脈沖,計數(shù)器便立即清零,第M種狀態(tài)只在瞬間出現(xiàn),通常稱為過渡狀態(tài)。

        2)反饋置數(shù)法:利用計數(shù)器預置數(shù)功能,使計數(shù)器從某個預置狀態(tài)開始計數(shù),計滿M個狀態(tài)后產(chǎn)生置數(shù)信號,使計數(shù)器又進入預置狀態(tài),然后重新開始計數(shù)。這種方法適用于有預置功能的計數(shù)器,反饋置數(shù)法也分為兩種情況。

        計數(shù)器同步預置數(shù)時,計數(shù)器從預置狀態(tài)開始計數(shù),記錄了(M-1)個狀態(tài)后,發(fā)出預置數(shù)指令,當?shù)贛個計數(shù)脈沖到來后才能預置數(shù)。

        計數(shù)器異步預置數(shù)時,從預置狀態(tài)開始計數(shù),必須是在計到第M個狀態(tài)后,再發(fā)出預置數(shù)指令,計數(shù)器的狀態(tài)返回到預置狀態(tài)。第M種狀態(tài)一出現(xiàn),無需計數(shù)脈沖,計數(shù)器便立即被預置數(shù),第M種狀態(tài)作為過渡狀態(tài)。

        (二)集成計數(shù)器的模值N小于任意計數(shù)器的模值M

        要構(gòu)成模值大于N的計數(shù)器,就需要將多片集成計數(shù)器進行級聯(lián),擴大其計數(shù)范圍。級聯(lián)的基本方式有兩種:異步級聯(lián)法和同步級聯(lián)法。

        異步級聯(lián)法:將前一級集成計數(shù)器的輸出作為后一級集成計數(shù)器的時鐘脈沖信號。這種信號可以取自前一級的進位或借位輸出,也可直接取自高位觸發(fā)器的輸出。此時,若后一級集成計數(shù)器有計數(shù)允許控制端,則應使它處于允許計數(shù)狀態(tài)。

        同步級聯(lián)法:外加時鐘信號同時接到各集成計數(shù)器的時鐘脈沖輸入端,用前前一級集成計數(shù)器的進位或借位輸出信號作為后一級集成計數(shù)器的工作控制信號。只有當進位或借位信號有效時,時鐘脈沖才能對后一級集成計數(shù)器起作用。

        經(jīng)過級聯(lián)擴展,計數(shù)范圍擴大至大于任意進制計數(shù)器的模值M,然后加適當?shù)姆答侂娐肪涂梢詷?gòu)成任意進制計數(shù)器,反饋的方法同1.1,也分為反饋清零法和反饋置數(shù)法。

        二、二十四進制計數(shù)器的實現(xiàn)

        該電路選擇中規(guī)模集成計數(shù)器74LS161芯片,74LS161是同步四位二進制可預置數(shù)加法計數(shù)器,它除了有計數(shù)功能外,還具有同步預置數(shù)、保持和異步清零等功能。

        利用同步級聯(lián)法構(gòu)成256進制計數(shù)器器,再利用反饋置數(shù)的方法構(gòu)成二十四進制計數(shù)器,電路預置數(shù)為00000001,反饋數(shù)為00011000,即計數(shù)器在1—24之間循環(huán),構(gòu)成二十四進制計數(shù)器,反饋環(huán)節(jié)用到74LS00芯片,顯示電路用自帶譯碼器的7段數(shù)碼管DCD-HEX實現(xiàn),電路原理圖及仿真電路如圖1所示。

        三、結(jié)論

        將Multisim10.1仿真軟件引入到計數(shù)器電路應用教學中,使電路實現(xiàn)變得靈活多樣,極大提高了學生的學習興趣,降低了理解難度,有效節(jié)約了實驗成本,縮短實驗時間,在教學中值得大力推廣。

        參考文獻:

        [1] 劉春蘭,鐘睿.一體化課程教學改革的探索[J].科教導刊,2014(11).

        [2] 胡濤.電子技術課程教學改革探討[J].科技視界,2014(16).

        [3] 梁麗.Multisim仿真軟件在電子電路設計中的應用[J].中國教育技術裝備,2015(10):35-37.

        項目基金:

        2016年度陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院校本科研項目《基于虛擬仿真平臺的電類實訓數(shù)字化教學資源的研究》(編號:Gfy 16-21),項目主持人:馬艷陽

        作者簡介:馬艷陽,副教授。

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