基于Proteus的任意進制計數器設計及仿真

西北民族大學電氣工程學院　馬惠蘭

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基于Proteus的任意進制計數器設計及仿真

西北民族大學電氣工程學院馬惠蘭

【摘要】計數器是數字系統設計中使用最多的時序電路，不僅可用來計脈沖數，還常用作數字系統的定時、分頻和執行數字運算以及其它特定的邏輯功能。本文給出了應用Proteus軟件用同步十進制雙時鐘可逆計數器74LS192設計任意進制計數器的方法，并進行了仿真。

【關鍵詞】計數器；Proteus；仿真

1　引言

計數器是數字系統設計中使用最多的時序電路，不僅可用來計脈沖數，還常用作數字系統的定時、分頻和執行數字運算以及其它特定的邏輯功能。從降低成本的角度考慮，集成電路的定型產品必須有足夠大的批量。目前常見的計數器芯片在計數進制上只做成應用較廣的幾種類型，如十進制、十六進制和幾種常用的二進制等。在需要其他任意一種進制的計數器時，只能利用已有的計數器產品經過外電路的不同連接方式得到。

2　Proteus介紹

Proteus是英國Labcenter公司研發的EDA，是目前最先進的電子應用系統設計和實時交互仿真、PCB設計的平臺。它真正實現了在計算機上完成從原理圖與電路設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調試與仿真、 系統測試與功能驗證到形成PCB制板圖的完整仿真設計(虛擬樣機)過程。Proteus有超過5萬個元件模型，近5000個封裝模型。

3　任意進制計數器設計

3.1任意進制計數器的設計原理

假如已有的是N進制計數器，而需要得到的是M進制計數器。這時有M＜N和M＞N兩種可能的情況。

3.1.1M＜N的情況

使用1片N 進制計數器，在計數循環過程中設法跳過N－M個狀態即可。實現跳躍的方法有置零法和置數法兩種。

置零法適用于有置零輸入端的計數器。對于有異步置零輸入端的計數器，在電路進入SM狀態時譯碼產生置零信號加到計數器的異步置零輸入端，使計數器立刻返回S0狀態，跳過N－M個狀態而得到M進制計數器，如圖1中虛線所示。對于有同步置零輸入端的計數器，在電路進入SM-1狀態時譯碼產生置零信號加到計數器的同步置零輸入端，計數器在下一個時鐘信號達到后返回S0狀態，如圖1中實線所示。

圖1　置零法

圖2　置數法

置數法與置零法不同，它是通過給計數器重復置入某個數值的方法跳過N－M個狀態，從而獲得M進制計數器，適用于有預置數功能的計數器，置數法可以在電路的任何一個狀態下進行。對于同步式預置數的計數器，信號應從Si狀態譯出，待下一個CLK到來時將要置入的數據置入計數器中，Si狀態出現在穩定的狀態循環中，如圖2中實線所示。而對于異步式預置數的計數器，信號應從Si+1狀態譯出，Si+1狀態只在極短的瞬間出現，如圖2中虛線所示。

3.1.2M＞N的情況

這時必須用多片N進制計數器組合起來，才能構成M進制計數器。各片之間的連接方式有串行進位方式、并行進位方式，兩片N1和N2進制的計數器可以構成進制的計數器。當時，必須采取整體置零法和整體置數法構成M進制計數器，這時N進制計數器為。

3.2同步十進制雙時鐘可逆計數器74LS192

74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其邏輯符號如圖3所示，其預置數和置零都是異步的。其中，MR為置零輸入，為預置數輸入（低有效），UP為加計數輸入，DN為減計數輸入（都是上升沿觸發），TOU為非同步進位輸出，TOD為非同步借位輸出，D0～D3為預置數數據輸入，Q0～Q3為計數器輸出。

圖3　74LS192的邏輯符號

3.324進制計數器設計舉例

利用74LS192設計一個24進制計數器，計數范圍為1～24。

先將兩片74LS192采用串行進位方式進行連接，構成100進制計數器。24進制計數器的計數初態為S1，所以只能采用預置數法進行設計。而74LS192的預置數是異步的，就需要從狀態S25譯碼出信號，使計數器一旦進入狀態S25后立刻進入狀態S1，實現了S1～S25狀態的循環。

設計時需要注意，不用的置零輸入MR、減計數輸入DN都必須置為無效，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進制計數器電路圖及Proteus仿真結果

4.2元件連線

將兩個74LS192、74LS20、2個7段BCD數碼管、8個邏輯電平顯示和CLOCK從對象選擇器中放置到圖形編輯區中，點擊編輯窗口上方的自動連線圖標

4.3電路的動態仿真

完成上述電路連線后，單擊Proteus ISIS環境中左下方的仿真運行控制按鈕開始仿真運行。

24進制計數器電路原理圖及其在Proteus下的仿真結果如圖4所示。

5　結束語

本文介紹了利用Proteus仿真軟件設計24進制計數器的方法和基本步驟，并進行了Proteus仿真。

利用Proteus仿真軟件可以大大提高電路設計的效率，既低碳環保，又省時省力，是電路設計的得力工具。

參考文獻

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[2]閻石.數字電子技術基礎-5版[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3]房國志.數字電子技術實驗教程[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2013.

[4]康華光,鄒壽彬,秦臻.電子技術基礎數字部分-5版[M].北京:高等教育出版社,2006.

馬惠蘭（1969—），女，甘肅康樂人，副教授，主要研究方向為嵌入式系統及應用。

作者簡介：

基金項目：西北民族大學2013年教育教學改革項目，項目編號：13JG-1670665120。