五十一進制計數(shù)器的設計與仿真實現(xiàn)

龔猷龍

(重慶工商職業(yè)學院 重慶九龍坡 400052)

一、設計思路

計數(shù)器由計數(shù)器、譯碼器、顯示器三部分電路組成，再由555定時器組成的多諧振蕩器來產(chǎn)生方波，充當計數(shù)脈沖來作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)結(jié)果通過譯碼器顯示。

我們采用一個十位進制和六位進制來實現(xiàn)五十一進制。十位可以用74ls160芯片來實現(xiàn)六進制，個位可以使用74ls160芯片來實現(xiàn)十位制。實現(xiàn)五十一進制可以用一個十位進制和六位進制來實現(xiàn)。十位可以用74ls160芯片來實現(xiàn)六進制。個位可以使用74ls160芯片來實現(xiàn)十位制。

1.構(gòu)成六進制計數(shù)器可以利用74ls160置零法和置數(shù)法來實現(xiàn)。采用74ls160置零法的實現(xiàn)原理：計數(shù)器從全零狀態(tài)開始計數(shù)，當脈沖信號的上升沿或者下降沿到來，計入一個脈沖，直至計入6個脈沖后，譯碼產(chǎn)生低電平信號將74ls160清零，從而得到一個六進制計數(shù)器。

2.同理，各位十進制也可以利用74ls160來實現(xiàn)[1]。

二、計數(shù)器設計

(一)計數(shù)器的原理

計數(shù)器其實可以看成是一個加法器。如果把計數(shù)的步調(diào)設置均勻且間隔為1秒，那計數(shù)器又可以看成是一個秒表。因此，計數(shù)器產(chǎn)品有很多功能。如果要將計數(shù)器設置為任意進制的，那可以按照數(shù)字邏輯電路的知識，通過異步復位或者預置數(shù)的功能，完成計數(shù)狀態(tài)的重置，以達到實現(xiàn)任意進制計數(shù)器的效果。例如，計數(shù)器先從0開始計數(shù)，直到計數(shù)器到達50，計數(shù)器再計一次數(shù)，則重新回到0。這樣，計數(shù)器就有五十一個狀態(tài)，也即是五十一進制計數(shù)器[2]。

(二)設計論證

本次設計是五十一進制計數(shù)器，需先按照一個60進制計數(shù)器來設計，即個位是十進制加法器，十位是六進制，待計數(shù)到50，再來一個脈沖信號，則重新將計數(shù)結(jié)果置零，這樣就實現(xiàn)了五十一進制計數(shù)器的設計。計數(shù)器輸出的信號經(jīng)譯碼器/驅(qū)動器處理之后，再送到數(shù)字顯示器對應的筆劃段，最終顯示為五十一進制計數(shù)器。

1.555定時器電路：555定時器電路提供一個穩(wěn)定且準確的方波信號(頻率為32768赫茲)，確保計數(shù)器是均勻計數(shù)。

2.分頻器電路：分頻器電路將555定時器產(chǎn)生的高頻方波信號(頻率為32768赫茲)，經(jīng)32768次分頻后得到低頻方波信號(頻率為1赫茲)，用于計數(shù)器按照每1秒鐘完成一次計數(shù)。分頻器實現(xiàn)的功能就是計數(shù)器。

3.計數(shù)器電路：個位和十位計數(shù)器電路構(gòu)成，而根據(jù)設計要求，需選擇51個計數(shù)狀態(tài)，即個位和十位計數(shù)器為五十一進制計數(shù)器。

4.譯碼器驅(qū)動顯示電路：譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯取值，同時提供足夠的工作電流以保證數(shù)碼管正常工作。

三、仿真實現(xiàn)

(一)五十一進制計數(shù)器電路元件的選擇與計算

1.7400四通道兩輸入與非門集成電路。7400是廣泛應用的數(shù)字IC之一，它內(nèi)含4個獨立的2輸入端與非門，其邏輯功能是：輸入端全部為1時，輸出為0；輸入端只要有0，輸出就為1。

2.7447：數(shù)碼管譯碼器。7447數(shù)碼管譯碼器的主要功能：將二進制BCD碼轉(zhuǎn)換為7段LED數(shù)碼，并通過LED數(shù)碼譯碼驅(qū)動顯示。7447輸出的低電平可驅(qū)動7段共陽極LED數(shù)碼管，并顯示對應的數(shù)字[3]。

3.7段發(fā)光二極管顯示屏(7段數(shù)碼管)。

(二)仿真

圖1 五十一進制計數(shù)器仿真結(jié)果

采用multisim軟件進行仿真，仿真圖如圖1所示。我們可以看到計數(shù)器的變化：從0一直計數(shù)，直到50停止。這可以看出實現(xiàn)了五十一進制計數(shù)器的功能[4]。

(三)應用拓展

其實，在實際應用中，我們用到五十一進制計數(shù)器的場景不多。雖然上面設計的是五十一進制計數(shù)器，但如果要設計其他進制計數(shù)器，其原理是相通的，同樣通過555定時器電路，通過控制計數(shù)器的狀態(tài)取值及改進設計的方法，就可以實現(xiàn)任意進制計數(shù)器。

四、結(jié)束語

計數(shù)器是數(shù)字邏輯電路中經(jīng)常碰到的一種電路，由于其應用十分廣泛，在很多教材中會單獨提出這種電路，另外還有很多種優(yōu)化或者改進的電路。然而，對于計數(shù)器電路來說，我們需要認真分析設計，掌握計數(shù)器的原理及設計方法，并采用仿真軟件完成計數(shù)器電路的仿真及功能驗證。因此，掌握計數(shù)器的原理及設計方法是學習數(shù)字邏輯電路的基礎。