數(shù)電用片LS實(shí)現(xiàn)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器種方法

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)課報(bào)告題目：用2片74LS161實(shí)現(xiàn)224進(jìn)制計(jì)數(shù)器 姓名：王倩倩 學(xué)號(hào)：1111120124 班級(jí)：1111201用2片74LS161實(shí)現(xiàn)224進(jìn)制的計(jì)數(shù)器摘要：74LS161是集成4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，異步置零，同步置數(shù)，用兩片74LS161最高可以實(shí)現(xiàn)256進(jìn)制計(jì)數(shù)器，級(jí)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(shí)現(xiàn)224進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過清零法和置數(shù)法改變其進(jìn)制。用Multisim 進(jìn)行仿真，以波形及燈泡亮滅兩種方式，顯示計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程、過渡狀態(tài)形成清零或置數(shù)信號(hào)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(shí)鐘脈沖信號(hào)、清零或置數(shù)信號(hào)

2、以及狀態(tài)輸出信號(hào)，分析了計(jì)數(shù)至最高位返回0的過渡態(tài)。關(guān)鍵詞：74LS161 224進(jìn)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(jìn)制加法計(jì)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(jì)數(shù)循環(huán)過程跳過一些狀態(tài)，可構(gòu)成任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。用兩片74LS161級(jí)聯(lián)最高可以構(gòu)成256進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，級(jí)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(jí)聯(lián)方式和控制計(jì)數(shù)進(jìn)制的方法的不同，我們可以采取四大類方式，實(shí)現(xiàn)用兩片74LS161芯片實(shí)現(xiàn)224進(jìn)制的計(jì)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(jìn)行仿真以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性。一. 同步并行-清零法1.電路設(shè)計(jì)分析 74LS161是四位二進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，要想實(shí)現(xiàn)224進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，必須使用兩片74LS161芯片，這就這就涉及到級(jí)聯(lián)，我們先用同步并行的方式進(jìn)行級(jí)聯(lián)。同步并行，就必須在CP端接同一個(gè)脈沖信號(hào)，作為高位的芯片通過低位芯片的RCO端進(jìn)行控制，當(dāng)?shù)臀恍酒?jì)數(shù)到最高位的時(shí)候，RCO由0變?yōu)?，低位RCO接高位的兩個(gè)使能端，這樣就能實(shí)現(xiàn)低位芯片計(jì)數(shù)到最大的時(shí)候，在高位記一位數(shù)。 由于74LS161是四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，兩片74LS161級(jí)聯(lián)是256進(jìn)制的，現(xiàn)在要想實(shí)現(xiàn)224進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，必

4、須采用一定方法改變其進(jìn)制，現(xiàn)在先討論清零法。224進(jìn)制由0計(jì)數(shù)到223，十進(jìn)制的223寫成二進(jìn)制，應(yīng)該是11011111，也就是說，當(dāng)計(jì)數(shù)器記到11011111的時(shí)候就必須返回00000000，由于74LS161是異步清零，當(dāng)給CR端一個(gè)低電平信號(hào)時(shí)，芯片會(huì)瞬間清零，所以我們必須在11011111的下一個(gè)狀態(tài)，即11100000到來時(shí)給兩片74LS161芯片的清零端一個(gè)低位脈沖，這樣就能實(shí)現(xiàn)從0計(jì)數(shù)到223了。我們可以采用TTL三輸入與非門進(jìn)行控制清零信號(hào)，三個(gè)輸入端分別接高位芯片的QDQCQB，當(dāng)高位芯片的QDQCQB都變?yōu)?的時(shí)候，三輸入與非門的輸出端就會(huì)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(shí)現(xiàn)了將256進(jìn)制改為224進(jìn)制。為了便于觀察輸入脈沖信號(hào)、清零信號(hào)以及輸出信號(hào)，主要采用示波器進(jìn)行顯示，同時(shí)也連接了燈泡便于更直觀地觀察。2.仿真電路圖用Multisim進(jìn)行仿真，電路設(shè)計(jì)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(hào)，示波器3用于顯示輸入脈沖信號(hào)及清零信號(hào)。8個(gè)燈泡用于直觀的觀察輸出信號(hào)由00000000計(jì)數(shù)到11011111的過程。3.仿真結(jié)果當(dāng)計(jì)數(shù)到11011111時(shí)燈泡亮滅如圖2所示： （圖3）輸入脈沖信號(hào)CP及清零信號(hào)如圖3所示： （圖3）其中，上面的是輸入脈沖CP信號(hào)，下面的是清零信號(hào)，向下的

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

7、到，清零信號(hào)和輸出信號(hào)都出現(xiàn)了尖峰現(xiàn)象，這是由于清零信號(hào)由1變?yōu)?，進(jìn)行清零再變?yōu)?的時(shí)候，產(chǎn)生了清零信號(hào)的尖峰，這是正常的，如果沒有尖峰，就無法清零。對(duì)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(hào)的影響，使之有一個(gè)跳變。二.同步并行-置數(shù)法1.電路設(shè)計(jì)分析現(xiàn)在討論用同步并行的級(jí)聯(lián)方式以及置數(shù)法改變進(jìn)制來設(shè)計(jì)224進(jìn)制計(jì)數(shù)加法器，級(jí)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(jìn)制改為224進(jìn)制，置數(shù)法，顧名思義，就是當(dāng)計(jì)數(shù)至所需要的11011111的時(shí)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(jì)數(shù)到11011111的時(shí)候給置數(shù)端一個(gè)低電平信號(hào)，我們采用一個(gè)TTL三輸入與非門、一個(gè)四輸入與非門以及一個(gè)或門產(chǎn)生置數(shù)信號(hào)，兩個(gè)與非門的七個(gè)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(gè)與非門的輸出端接到或門，這就相當(dāng)于七個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行與非運(yùn)算，或門的輸出接到兩片72LS161的置數(shù)端。當(dāng)計(jì)數(shù)到11011111時(shí)，或門的輸出端即置數(shù)信號(hào)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(gè)脈沖到來時(shí)，才能置數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了用同步并行級(jí)聯(lián)、置數(shù)法改變進(jìn)制的224進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。2.仿真電路圖

9、用Multisim進(jìn)行仿真，電路設(shè)計(jì)如下（圖6）：我們選用的是800Hz脈沖信號(hào)，仍然采用示波器以及燈泡亮滅情況來對(duì)電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，八個(gè)燈泡分別接表示高位的74LS161芯片的四個(gè)輸出端QDQCQBQA以及低位74LS161的四個(gè)輸出端QDQCQBQA，示波器1的A輸入接800Hz脈沖信號(hào)CP，B輸入端接置數(shù)信號(hào)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(gè)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(gè)輸入端都接地Vss，以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)至11011111之后

10、置零的功能。 （圖6）3.仿真結(jié)果當(dāng)計(jì)數(shù)到11011111時(shí)燈泡亮滅如圖7所示： （圖7）輸入脈沖信號(hào)CP及清零信號(hào)如圖8所示： （圖8）其中，上面的是輸入脈沖CP信號(hào)，下面的是置數(shù)信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)到11100000的時(shí)候或門輸出低位信號(hào)，當(dāng)下一個(gè)脈沖到來時(shí)將兩片74LS161置零，之后后回到高位，這樣實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)至11011111。輸出信號(hào)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(hào)（部分信號(hào)）。輸出信號(hào)由11011111返回為00000000的高位芯片輸出信號(hào)如圖10所示： （圖10） 這里，從上至下依次是高位芯片的四個(gè)輸出端信號(hào)，為了便于觀察，相對(duì)于前面的波形圖，這里適當(dāng)增加了輸

11、入脈沖頻率。4.結(jié)果分析 對(duì)比輸入信號(hào)脈沖、置數(shù)信號(hào)以及輸出波形，觀察燈泡亮滅過程，我們可以驗(yàn)證同步并行置數(shù)法電路設(shè)計(jì)的正確性，計(jì)數(shù)器從00000000計(jì)數(shù)至11011111然后返回零。三.異步串行-清零法1.電路設(shè)計(jì)分析由2片74LS161也可以采用異步串行的進(jìn)位方式構(gòu)成256進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器沒有計(jì)到最大數(shù)的時(shí)候，高位計(jì)數(shù)器不會(huì)計(jì)數(shù)，保持輸出狀態(tài)不變，當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器計(jì)到最大數(shù)時(shí)，返回0000時(shí)，進(jìn)位輸出RCO輸出負(fù)脈沖，經(jīng)非門后高位計(jì)數(shù)器得到時(shí)鐘上升沿，滿足計(jì)數(shù)條件，高位計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，輸出從0000計(jì)到0001。以此類推，實(shí)現(xiàn)256進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能。將256進(jìn)制改變?yōu)?24進(jìn)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(jìn)行仿真，電路設(shè)計(jì)如下（圖11）：我們選用的是800Hz脈沖信號(hào)，示波器以及燈泡亮滅情況來對(duì)電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，八個(gè)燈泡分別接表示高位芯片四個(gè)輸出端QDQCQBQA以及低位四個(gè)輸出端QDQCQBQA，示波器3的A輸入接800Hz脈沖信號(hào)CP，B輸入端接清零信號(hào)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(gè)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(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)至11011111之后清零的功能。 （圖11

13、）3.仿真結(jié)果當(dāng)計(jì)數(shù)到11011111時(shí)燈泡亮滅如圖12所示： （圖12）輸入脈沖信號(hào)CP及清零信號(hào)如圖13所示： （圖13）其中，上面的是輸入脈沖CP信號(hào)，下面的是清零信號(hào)，剛到11100000的時(shí)候與非門輸出低位信號(hào)，當(dāng)下一個(gè)脈沖到來時(shí)將立即對(duì)兩片74LS161清零，之后后回到高位，這樣實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)至11011111。輸出信號(hào)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(hào)（部分信號(hào)）。輸出信號(hào)由11011111返回為00000000的高位芯片輸出信號(hào)如圖15所示： （圖15）從上至下依次是高位芯片的四個(gè)輸出端信號(hào)，為了便于觀察，相對(duì)于前面的波形圖，這里適當(dāng)增加了輸入脈沖頻率。

14、4.結(jié)果分析對(duì)比輸入信號(hào)脈沖、清零信號(hào)以及輸出信號(hào)，觀察燈泡亮滅過程，我們可以驗(yàn)證異步串行清零法電路設(shè)計(jì)的正確性，計(jì)數(shù)器從00000000計(jì)數(shù)至11011111然后返回零。四.異步串行-置數(shù)法 1.電路設(shè)計(jì)分析 這里異步串行的級(jí)聯(lián)方式和置數(shù)法改變進(jìn)制的原理與前面的方法相同，這里不再詳細(xì)敘述。2.仿真電路圖用Multisim進(jìn)行仿真，電路設(shè)計(jì)如圖16： （圖16）我們選用的是1000Hz脈沖信號(hào)，示波器以及燈泡亮滅情況來對(duì)電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，八個(gè)燈泡分別接表示高位芯片四個(gè)輸出端QDQCQBQA以及低位四個(gè)輸出端QDQCQBQA，示波器3的A輸入接1000Hz脈沖信號(hào)CP，B輸入端接置數(shù)信號(hào)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(gè)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(gè)輸入端都接地Vss，以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)至11011111之后置零的功能。3.仿真結(jié)果當(dāng)計(jì)數(shù)到11011111時(shí)燈泡亮滅如圖17所示： （圖17）輸入脈沖信號(hào)CP及清零信號(hào)如圖18所示： （圖18）上面的是輸入脈沖CP信號(hào)，下面的是置數(shù)信號(hào)，剛到11011111的時(shí)候或門輸出低位信號(hào)，當(dāng)下一個(gè)脈沖到來時(shí)將立即對(duì)兩片74LS161置數(shù)00000000，之后后回到高位，這樣實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)至110

16、11111。輸出信號(hào)如圖19所示： （圖19）從上至下依次是最高位至最低位信號(hào)（部分信號(hào)）。輸出信號(hào)由11011111返回為00000000的高位芯片輸出信號(hào)如圖20所示： （圖20）4.結(jié)果分析 對(duì)比輸入信號(hào)脈沖、置數(shù)信號(hào)以及輸出信號(hào)，觀察燈泡亮滅過程，我們可以驗(yàn)證異步串行置數(shù)法電路設(shè)計(jì)的正確性，計(jì)數(shù)器從00000000計(jì)數(shù)至11011111然后返回零。五.討論1.關(guān)于進(jìn)位方式的討論采用異步串行方式進(jìn)位時(shí)，為了使低位芯片由1111轉(zhuǎn)為0000時(shí)高位芯片才會(huì)進(jìn)一位，必須使高位芯片CP端在下降沿的時(shí)候計(jì)數(shù)，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)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(jì)一位數(shù)。2.關(guān)于清零信號(hào)和置數(shù)信號(hào)的討論對(duì)比圖3、圖8、圖13以及圖18，我們可以發(fā)現(xiàn)，清零信號(hào)是一個(gè)尖峰，而置數(shù)信號(hào)是一個(gè)短暫的脈沖，這個(gè)規(guī)律可以由清零信號(hào)和置數(shù)信號(hào)的產(chǎn)生原理來解釋：清零信號(hào)實(shí)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(hào)的一瞬間，馬上對(duì)芯片進(jìn)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(shí)際上顯示的是從11011111直接返回00000000。置數(shù)信號(hào)是在輸出端由11011110計(jì)數(shù)至11011111時(shí)，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(hào)后，必須等到下一個(gè)脈沖到來時(shí)的時(shí)候才能對(duì)兩片芯片進(jìn)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(gè)脈沖到來時(shí)，芯片接收到置數(shù)端高電平信號(hào)，整個(gè)電路再一次開始計(jì)數(shù)，這樣，就形成了與清零信號(hào)不同的置數(shù)信號(hào)。3.關(guān)于輸出信號(hào)的討論觀察圖15和圖5，發(fā)現(xiàn)用清零法改變進(jìn)制的時(shí)候，輸出的高位QB都會(huì)在返回00000000時(shí)產(chǎn)生尖峰現(xiàn)象，這可以通過對(duì)比清零信號(hào)來解釋，清零信號(hào)在清零時(shí)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(hào)，輸出信號(hào)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(gè)適當(dāng)大小的電容，將尖峰吸收掉。4.關(guān)于電路的其他設(shè)計(jì)方式的討論根據(jù)級(jí)聯(lián)方式和改變進(jìn)制方式，我們可以設(shè)計(jì)四種224進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，同一種方式，電路也有不同的連接方法，以同步并行