數(shù)電用片LS實現(xiàn)進制的計數(shù)器種方法

1、哈爾濱工業(yè)大學數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)課報告題目：用2片74LS161實現(xiàn)224進制計數(shù)器 姓名：王倩倩 學號：1111120124 班級：1111201用2片74LS161實現(xiàn)224進制的計數(shù)器摘要：74LS161是集成4位二進制計數(shù)器，異步置零，同步置數(shù)，用兩片74LS161最高可以實現(xiàn)256進制計數(shù)器，級聯(lián)方法主要是同步并行和異步串行。本文介紹用兩片74LS161實現(xiàn)224進制計數(shù)器，通過清零法和置數(shù)法改變其進制。用Multisim 進行仿真，以波形及燈泡亮滅兩種方式，顯示計數(shù)器的計數(shù)過程、過渡狀態(tài)形成清零或置數(shù)信號的過程，用四蹤示波器以面板部分重疊顯示方法同步顯示時鐘脈沖信號、清零或置數(shù)信號

2、以及狀態(tài)輸出信號，分析了計數(shù)至最高位返回0的過渡態(tài)。關(guān)鍵詞：74LS161 224進制 清零法 置數(shù)法 同步并行 異步串行正文：74LS161是集成4位二進制加法計數(shù)器，其功能表如表1所示： 表1 74LS161功能表74LS161是異步置零、同步置數(shù)，利用74LS161的預(yù)置數(shù)控制LD端或者清零端CR在計數(shù)循環(huán)過程跳過一些狀態(tài)，可構(gòu)成任意進制的計數(shù)器。用兩片74LS161級聯(lián)最高可以構(gòu)成256進制的計數(shù)器，級聯(lián)方式主要是同步并行和異步串行。根據(jù)兩片74LS161芯片的級聯(lián)方式和控制計數(shù)進制的方法的不同，我們可以采取四大類方式，實現(xiàn)用兩片74LS161芯片實現(xiàn)224進制的計數(shù)器。下面，我們分別

3、簡要介紹這四種方法，并用軟件Multisim進行仿真以檢驗設(shè)計的正確性。一. 同步并行-清零法1.電路設(shè)計分析 74LS161是四位二進制的加法計數(shù)器，要想實現(xiàn)224進制的加法計數(shù)器，必須使用兩片74LS161芯片，這就這就涉及到級聯(lián)，我們先用同步并行的方式進行級聯(lián)。同步并行，就必須在CP端接同一個脈沖信號，作為高位的芯片通過低位芯片的RCO端進行控制，當?shù)臀恍酒嫈?shù)到最高位的時候，RCO由0變?yōu)?，低位RCO接高位的兩個使能端，這樣就能實現(xiàn)低位芯片計數(shù)到最大的時候，在高位記一位數(shù)。 由于74LS161是四位二進制計數(shù)器，兩片74LS161級聯(lián)是256進制的，現(xiàn)在要想實現(xiàn)224進制的計數(shù)器，必

4、須采用一定方法改變其進制，現(xiàn)在先討論清零法。224進制由0計數(shù)到223，十進制的223寫成二進制，應(yīng)該是11011111，也就是說，當計數(shù)器記到11011111的時候就必須返回00000000，由于74LS161是異步清零，當給CR端一個低電平信號時，芯片會瞬間清零，所以我們必須在11011111的下一個狀態(tài)，即11100000到來時給兩片74LS161芯片的清零端一個低位脈沖，這樣就能實現(xiàn)從0計數(shù)到223了。我們可以采用TTL三輸入與非門進行控制清零信號，三個輸入端分別接高位芯片的QDQCQB，當高位芯片的QDQCQB都變?yōu)?的時候，三輸入與非門的輸出端就會由1變?yōu)?，其輸出端接到兩片74L

5、S161的清零端即可，這樣，我們就實現(xiàn)了將256進制改為224進制。為了便于觀察輸入脈沖信號、清零信號以及輸出信號，主要采用示波器進行顯示，同時也連接了燈泡便于更直觀地觀察。2.仿真電路圖用Multisim進行仿真，電路設(shè)計如下（圖1）： （圖1）其中，示波器1和2分別用于記錄低位芯片和高位新芯片的輸出信號，示波器3用于顯示輸入脈沖信號及清零信號。8個燈泡用于直觀的觀察輸出信號由00000000計數(shù)到11011111的過程。3.仿真結(jié)果當計數(shù)到11011111時燈泡亮滅如圖2所示： （圖3）輸入脈沖信號CP及清零信號如圖3所示： （圖3）其中，上面的是輸入脈沖CP信號，下面的是清零信號，向下的

6、尖峰表示當計數(shù)到11100000的時候三輸入與非門輸出低位信號，將兩片74LS161清零后立即回到高位，這樣實現(xiàn)計數(shù)至11011111。輸出信號如圖4所示： （圖4） 其中，從上至下依次是最高位至最低位信號（部分信號）。輸出信號由11011111返回為00000000的高位芯片輸出信號如圖5所示：（圖5） 這里，從上至下依次是高位芯片的四個輸出端信號，為了便于觀察，相對于前面的波形圖，這里適當增加了輸入脈沖頻率。4.結(jié)果分析對比輸入信號脈沖、清零信號以及輸出信號，觀察燈泡亮滅過程，我們可以驗證同步并行清零法電路設(shè)計的正確性，計數(shù)器從00000000計數(shù)至11011111然后返回零。我們可以觀察

7、到，清零信號和輸出信號都出現(xiàn)了尖峰現(xiàn)象，這是由于清零信號由1變?yōu)?，進行清零再變?yōu)?的時候，產(chǎn)生了清零信號的尖峰，這是正常的，如果沒有尖峰，就無法清零。對于輸出高位的QC，它在返回0的一瞬間，出現(xiàn)了尖峰，也是由于清零信號的影響，使之有一個跳變。二.同步并行-置數(shù)法1.電路設(shè)計分析現(xiàn)在討論用同步并行的級聯(lián)方式以及置數(shù)法改變進制來設(shè)計224進制計數(shù)加法器，級聯(lián)方式與第一種方法一樣，都是同步并行，這里不再贅述?，F(xiàn)在討論用置數(shù)法將256進制改為224進制，置數(shù)法，顧名思義，就是當計數(shù)至所需要的11011111的時候，輸出返回事先所預(yù)置好的數(shù)，這里，我們將預(yù)置數(shù),設(shè)置為00000000。由于72LS16

8、1是同步置數(shù)的，所以我們只需要在計數(shù)到11011111的時候給置數(shù)端一個低電平信號，我們采用一個TTL三輸入與非門、一個四輸入與非門以及一個或門產(chǎn)生置數(shù)信號，兩個與非門的七個輸入端分別接高位72LS161芯片的QDQCQA，以及低位72LS161芯片的QDQCQBQA，再將兩個與非門的輸出端接到或門，這就相當于七個輸入信號進行與非運算，或門的輸出接到兩片72LS161的置數(shù)端。當計數(shù)到11011111時，或門的輸出端即置數(shù)信號由1變?yōu)?，由于是同步置數(shù)，不能馬上返回預(yù)置數(shù)，必須等到下一個脈沖到來時，才能置數(shù)，這樣就實現(xiàn)了用同步并行級聯(lián)、置數(shù)法改變進制的224進制加法計數(shù)器的設(shè)計。2.仿真電路圖

9、用Multisim進行仿真，電路設(shè)計如下（圖6）：我們選用的是800Hz脈沖信號，仍然采用示波器以及燈泡亮滅情況來對電路的設(shè)計進行檢驗，八個燈泡分別接表示高位的74LS161芯片的四個輸出端QDQCQBQA以及低位74LS161的四個輸出端QDQCQBQA，示波器1的A輸入接800Hz脈沖信號CP，B輸入端接置數(shù)信號LD，示波器2的輸入端DCBA分別接高位芯片的輸出端QDQCQBQA，示波器1的輸入端DCBA分別接低位芯片的四個輸出端QDQCQBQA。兩片芯片的使能端EP和EN以及清零端CR接高電位Vcc=5V,l兩片74LS161芯片的8個輸入端都接地Vss，以實現(xiàn)計數(shù)至11011111之后

10、置零的功能。 （圖6）3.仿真結(jié)果當計數(shù)到11011111時燈泡亮滅如圖7所示： （圖7）輸入脈沖信號CP及清零信號如圖8所示： （圖8）其中，上面的是輸入脈沖CP信號，下面的是置數(shù)信號，當計數(shù)到11100000的時候或門輸出低位信號，當下一個脈沖到來時將兩片74LS161置零，之后后回到高位，這樣實現(xiàn)計數(shù)至11011111。輸出信號如圖9所示： （圖9）其中，從上至下依次是最高位至最低位信號（部分信號）。輸出信號由11011111返回為00000000的高位芯片輸出信號如圖10所示： （圖10） 這里，從上至下依次是高位芯片的四個輸出端信號，為了便于觀察，相對于前面的波形圖，這里適當增加了輸

11、入脈沖頻率。4.結(jié)果分析 對比輸入信號脈沖、置數(shù)信號以及輸出波形，觀察燈泡亮滅過程，我們可以驗證同步并行置數(shù)法電路設(shè)計的正確性，計數(shù)器從00000000計數(shù)至11011111然后返回零。三.異步串行-清零法1.電路設(shè)計分析由2片74LS161也可以采用異步串行的進位方式構(gòu)成256進制的計數(shù)器，當?shù)臀挥嫈?shù)器沒有計到最大數(shù)的時候，高位計數(shù)器不會計數(shù)，保持輸出狀態(tài)不變，當?shù)臀挥嫈?shù)器計到最大數(shù)時，返回0000時，進位輸出RCO輸出負脈沖，經(jīng)非門后高位計數(shù)器得到時鐘上升沿，滿足計數(shù)條件，高位計數(shù)器開始計數(shù)，輸出從0000計到0001。以此類推，實現(xiàn)256進制計數(shù)器的邏輯功能。將256進制改變?yōu)?24進制

12、，采用清零法，原理與第一種方式一樣，這里就不再贅述了。2.仿真電路圖用Multisim進行仿真，電路設(shè)計如下（圖11）：我們選用的是800Hz脈沖信號，示波器以及燈泡亮滅情況來對電路的設(shè)計進行檢驗，八個燈泡分別接表示高位芯片四個輸出端QDQCQBQA以及低位四個輸出端QDQCQBQA，示波器3的A輸入接800Hz脈沖信號CP，B輸入端接清零信號CR，示波器2的輸入端DCBA分別接高位芯片的輸出端QDQCQBQA，示波器1的輸入端DCBA分別接低位芯片的四個輸出端QDQCQBQA。兩片芯片的使能端EP和EN以及清零端CR接高電位Vcc=5V,以實現(xiàn)計數(shù)至11011111之后清零的功能。 （圖11

13、）3.仿真結(jié)果當計數(shù)到11011111時燈泡亮滅如圖12所示： （圖12）輸入脈沖信號CP及清零信號如圖13所示： （圖13）其中，上面的是輸入脈沖CP信號，下面的是清零信號，剛到11100000的時候與非門輸出低位信號，當下一個脈沖到來時將立即對兩片74LS161清零，之后后回到高位，這樣實現(xiàn)計數(shù)至11011111。輸出信號如圖14所示： （圖14）其中，從上至下依次是最高位至最低位信號（部分信號）。輸出信號由11011111返回為00000000的高位芯片輸出信號如圖15所示： （圖15）從上至下依次是高位芯片的四個輸出端信號，為了便于觀察，相對于前面的波形圖，這里適當增加了輸入脈沖頻率。

14、4.結(jié)果分析對比輸入信號脈沖、清零信號以及輸出信號，觀察燈泡亮滅過程，我們可以驗證異步串行清零法電路設(shè)計的正確性，計數(shù)器從00000000計數(shù)至11011111然后返回零。四.異步串行-置數(shù)法 1.電路設(shè)計分析 這里異步串行的級聯(lián)方式和置數(shù)法改變進制的原理與前面的方法相同，這里不再詳細敘述。2.仿真電路圖用Multisim進行仿真，電路設(shè)計如圖16： （圖16）我們選用的是1000Hz脈沖信號，示波器以及燈泡亮滅情況來對電路的設(shè)計進行檢驗，八個燈泡分別接表示高位芯片四個輸出端QDQCQBQA以及低位四個輸出端QDQCQBQA，示波器3的A輸入接1000Hz脈沖信號CP，B輸入端接置數(shù)信號LD，

15、示波器2的輸入端DCBA分別接高位芯片的輸出端QDQCQBQA，示波器1的輸入端DCBA分別接低位芯片的四個輸出端QDQCQBQA。兩片芯片的使能端EP和EN以及置數(shù)端CR接高電位Vcc=5V,兩片74LS161芯片的8個輸入端都接地Vss，以實現(xiàn)計數(shù)至11011111之后置零的功能。3.仿真結(jié)果當計數(shù)到11011111時燈泡亮滅如圖17所示： （圖17）輸入脈沖信號CP及清零信號如圖18所示： （圖18）上面的是輸入脈沖CP信號，下面的是置數(shù)信號，剛到11011111的時候或門輸出低位信號，當下一個脈沖到來時將立即對兩片74LS161置數(shù)00000000，之后后回到高位，這樣實現(xiàn)計數(shù)至110

16、11111。輸出信號如圖19所示： （圖19）從上至下依次是最高位至最低位信號（部分信號）。輸出信號由11011111返回為00000000的高位芯片輸出信號如圖20所示： （圖20）4.結(jié)果分析 對比輸入信號脈沖、置數(shù)信號以及輸出信號，觀察燈泡亮滅過程，我們可以驗證異步串行置數(shù)法電路設(shè)計的正確性，計數(shù)器從00000000計數(shù)至11011111然后返回零。五.討論1.關(guān)于進位方式的討論采用異步串行方式進位時，為了使低位芯片由1111轉(zhuǎn)為0000時高位芯片才會進一位，必須使高位芯片CP端在下降沿的時候計數(shù)，所以我們在設(shè)計時，必須關(guān)注脈沖輸入端CP是上升沿有效還是下降有效。這里仿真用到的74LS1

17、61的脈沖輸入端CP都是下降沿有效，如果換成CP端上升沿有效，則必須在低位芯片的RCO與高位的CP端之間加一個非門，使之下降沿有效，這樣才能在低位芯片由1111返回0000后計一位數(shù)。2.關(guān)于清零信號和置數(shù)信號的討論對比圖3、圖8、圖13以及圖18，我們可以發(fā)現(xiàn)，清零信號是一個尖峰，而置數(shù)信號是一個短暫的脈沖，這個規(guī)律可以由清零信號和置數(shù)信號的產(chǎn)生原理來解釋：清零信號實質(zhì)上是在輸出由11011111（223）變成11100000 (224)的那一瞬間，與非門的輸出由0變?yōu)?，由于74LS161是異步清零，在清零端收到低電平信號的一瞬間，馬上對芯片進行清零，與非門的輸出馬上回到高電位，所以電路輸

18、出端實際上顯示的是從11011111直接返回00000000。置數(shù)信號是在輸出端由11011110計數(shù)至11011111時，或門輸出由高電位轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢?，由?4LS161是同步置數(shù)，置數(shù)端接收到低電平信號后，必須等到下一個脈沖到來時的時候才能對兩片芯片進行置數(shù)，置數(shù)完成后，或門輸出（即置數(shù)端輸入）由0變?yōu)?，下一個脈沖到來時，芯片接收到置數(shù)端高電平信號，整個電路再一次開始計數(shù)，這樣，就形成了與清零信號不同的置數(shù)信號。3.關(guān)于輸出信號的討論觀察圖15和圖5，發(fā)現(xiàn)用清零法改變進制的時候，輸出的高位QB都會在返回00000000時產(chǎn)生尖峰現(xiàn)象，這可以通過對比清零信號來解釋，清零信號在清零時產(chǎn)生尖峰，使高位QB在清零的一瞬間產(chǎn)生尖峰，但是不同于清零信號，輸出信號的尖峰是我們不希望出現(xiàn)的，我們可以在出現(xiàn)尖峰的輸出端即高位QB端與地之間接一個適當大小的電容，將尖峰吸收掉。4.關(guān)于電路的其他設(shè)計方式的討論根據(jù)級聯(lián)方式和改變進制方式，我們可以設(shè)計四種224進制加法計數(shù)器，同一種方式，電路也有不同的連接方法，以同步并行