基于74LS160的N进制计数器仿真设计
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。
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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：
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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。
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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
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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。
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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。
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