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任意进制计数器的设计【摘要】计数器集成芯片一般有4位二进制、8位二进制或十进制计数器，而在实际应用中，往往需要设计一个任意n进制计数器，本文给出它的设计方法和案例。
【关键词】计数器；清零一、利用反馈清零法获得计数器1 集成计数器清零方式异步清零方式：与计数脉冲cp无关，只要异步清零端出现清零信号，计数器立即被清零。
此类计数器有同步十进制加法计数器ct74ls160、同步4位二进制加法计数器ct74ls161、同步十进制加/减计数器ct74ls192、同步4位二进制加/减计数器ct74ls193等。
同步清零方式：与计数脉冲cp有关，同步清零端获得清零信号后，计数器并不立刻被清零，只是为清零创造条件，还需要再输入一个计数脉冲cp，计数器才被清零。
属于此类计数器有同步十进制加法计数器ct74ls162、同步4位二进制加法计数器ct74ls163、同步十进制加/减计数器ct74ls190、同步4位二进制加/减计数器ct74ls191等。
2 反馈清零法对于异步清零方式：应在输入第n个计数脉冲cp后，利用计数器状态sn进行译码产生清零信号加到异步清零端上，立刻使计数器清零，即实现了n计数器。
在计数器的有效循环中不包括状态sn，所以状态sn只在极短的瞬间出现称为过渡状态。
对于同步清零方式：应在输入第n-1个计数脉冲cp后，利用计数器状态sn-1进行译码产生清零信号，在输入第n个计数脉冲cp 时，计数器才被清零，回到初始零状态，从而实现n计数器。
可见同步清零没有过渡状态。
利用计数器的清零功能构成n计数器时，并行数据输入端可接任意数据，其方法如下：①写出n计数器状态的二进制代码。
异步清零方式利用状态sn，同步清零方式利用状态sn-1。
②写出反馈清零函数。
③画逻辑图。
例1 试用ct74ls160的异步清零功能构成六进制计数器。
解：①写出sn的二进制代码。
sn=s6=0110②写出反馈清零函数。
③画逻辑图。
如图1所示。
1 数字电子设计部分1.1 课程设计的目的与作用数字逻辑电路是实践性很强的一门学科，通过实践可以大大提高学生的理论水平和实际动手能力。
通过本次课程设计，使学生能够巩固已学专业基础课的理论知识，锻炼学生的实践动手能力，培养学生对电子电路的设计能力，加强学生在分析问题、解决问题能力上的训练和培养，为启发学生的创新意识和培养创新能力起到重要的作用，为其专业学习研究打下良好的基础。
同时培养学生科学实验研究的认真精神，使之明白理论与实践的紧密联系，使其养成良好的作业习惯，为其以后的工作研究打下良好的基础。
时序电路，触发器，序列发生器，是数电技术的基础，熟练掌握其工作特性才能为其以后在数电上的发展打下基础。
1.2设计任务1.利用在理论课上所学到的知识，结合对数字电子器件的认识，利用JK触发器，各种逻辑门电路设计出以010、001为无效态的三位二进制同步减法计数器。
并检查能否自启动，检查完毕，搭接电路，进行验证。
2. 利用JK触发器，各种逻辑门电路设计出串行序列发生电路，使其发生100111序列，并检查能否自启动，检查完毕，搭接电路，进行验证。
1.3 三位同步二进制减法计数器电路设计1.3.1抽象状态图获得驱动方程1.已知三位同步二进制减法计数器的无效状态为010、001，则抽象出状态图为1.3.1三位二进制减法计数器状态图2.根据三位同步二进制减法计数器状态图可得输出状Y的次态卡诺图。
1.3.2输出状态Y的卡诺图3.将输出状Y的次态卡诺图分解可得Q2n+1Q1n+1Qn+1的次态卡诺图。
1.3.3输出状态Q2n+1次态图1.3.4输出状态Q1n+1次态图1.3.5输出状态Q0n+1次态图4.根据图1.3.2、1.3.3、1.3.4、1.3.5中的输出状态Y及Q2n+1Q1n+1 Qn+1的次态卡诺图，可分别得到三位同步二进制减法计数器的输出状态Y的状态方程和三个JK触发器的驱动驱动方程。
状态方程 Q2n+1=nQnQ2+nQ2Q 1n+1=nQnQ1+nQ1Qn+1=则驱动方程为J 2 =nQJ1=nQJ=K 2=nQnQ1K1=K=11.3.2根据驱动方程画出电路图由于我们做的是三位同步二进制减法计数器，所以设计的电路所需的脉冲CP1=CP2=CP3=CP,所以选用一个就可以了。
题目60计数器60进制计数器主要内容：利用QuartusII设计一个六十进制计数器。
该电路是采用整体置数法接成的六十进制计数器。
首先需要两片74160接成一百进制的计数器，然后将电路的60状态译码产生LD′=0信号，同时加到两片74160上，在下一个计数脉冲（第60个计数脉冲）到达时，从而得到六十进制计数器。
主要要求如下：（1）每隔1个周期脉冲，计数器增1；（2）当计数器递增到60时，进位端波形发生跳变，说明计数器产生进位信号，之后计数器会自动返回到00并重新计数；（3）本设计主要设备是两片74160同步十进制计数器，时钟信号通过建立波形文件得以提供。
1方案选择与电路原理图的设计使用具有一定频率的时钟信号作为计数器的时钟脉冲作为同步控制信号，整体电路通过两片74160与其他门电路辅助等单元电路构成以实现置数进位功能。
图2.1为六十进制计数器的总体电路原理框图。
图1.1 电路原理框图1.1单元电路一：十进制计数器电路（个位）本电路采用74160作为十进制计数器，它是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器。
每输入10个计数脉冲，计数器便工作一个循环，并且在进位端RCO产生一个进位输出信号。
其功能表如表2-1所示，连接方式如图2.2所示。
此片工作时进位端RCO在没有进位时RCO=0，因此第二片ENP·ENT＝0，第二片不工作。
表2-1 同步十进制计数器功能表在新建好的block文件的图形编辑窗口中双击鼠标，或点击图中“符号工具”按钮，或者选择菜单Edit下的Insert Symbol命令，即可对元件进行选择。
选择元件库中的ot hers—maxplus2—74160。
点击工具栏中Orthogonal Node Tool按钮便可以对端子间进行连线，其中值得注意的是，点击工具栏中Orthogonal Bus Tool按钮可以通过总线进行连接。
1.2 单元电路二：十进制计数器（十位）本电路同样采用74160作为十进制计数器，如图2.3所示。
在数字电路中，将能够实现计数逻辑功能的器件称为计数器，计数器计数的脉冲信号是触发器输入的CP信号。
数字电路所接触到的计数器种类繁多，对计数器按进制来分有二进制，十进制和任意进制的计数器；按触发方式来分有同步和异步计数器；按计数的规则来分有加法和减法计数器等。
描述计数器的一个重要参数称为计数器的计数容量。
计数器计数器容量的定义是：计数器所能够记忆的输入脉冲个数。
因例4-1所分析的时序逻辑电路能够记忆的输入脉冲个数是5，所以，例4-1所示电路的计数容量为5，又称为5进制加法同步计数器。
因例4-2所示的电路能够记忆的输入脉冲个数是4，所以，例4-2所示电路的计数容量是4。
又因为该电路计数的规则是加法或减法可逆的，所以，例4-2所示的电路为同步4进制加/减计数器。
因例4-3所示的电路能够记忆的输入脉冲个数是10，所以，该电路的计数容量是10。
又因为该电路的触发信号是异步的，所以，例4-3所示的电路又称为十进制加法异步计数器。
计数器的容量又称为计数器的长度或模，简称计数容量。
由上面的分析可见，计数容量描述了计数器电路所能够输出的有效状态数。
若用n表示计数器输出的二进制数的位数，则该计数器的最大计数容量M为2n。
例4-1，例4-2和例4-3详细的介绍了时序逻辑电路的分析方法，研究时序逻辑电路的问题也是分析和设计，下面以计数器为例子来介绍时序逻辑电路的设计方法。
设计时序逻辑电路的方法与设计组合逻辑电路的方法相似，第一步都是进行逻辑问题的抽象。
在组合逻辑电路的设计中，将具体的逻辑问题抽象成真值表，而在时序逻辑电路的设计中，应将具体的逻辑问题抽象成状态转换图。
第二步都是画出卡诺图，并利用卡诺图进行逻辑函数式的化简。
在组合逻辑电路的设计中，化简所得到的结果为最简与或式，而在时序逻辑电路的设计中，化简所得到的结果为时序逻辑电路中触发器的状态方程。
第三步都是选择器件搭电路，在组合逻辑电路的设计中，通常用得.摩根定理处理最简与或式，将最简与或式转化成与非-与非式来搭电路；在时序逻辑电路的设计中，应先选定所用的触发器器件，然后根据化简得到的触发器状态方程列出相应的驱动方程，根据驱动方程来搭建电路。
前言Multisim软件环境介绍Multisim是加拿大IIT公司（Interrative Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式的界面，比较直观、操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的引用。
针对不同的用户，提供了多种版本，例如学生版、教育版、个人版、专业版和超级专业版。
其中教育版适合高校的教学用。
Multisim 7主界面。
启动Multisim，就会看到其主界面，主要是由菜单栏、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪器工具栏使用中元件列表、仿真开关、状态栏以及电路图编辑窗口等组成。
如下图A所示。
Multisim 7提供了丰富的元器件。
这些元器件按照不同的类型和种类分别存放在若干个分类库中。
这些元件包括现实元件和虚拟元件。
所谓的现实元件给出了具体的型号，它们的模型数据根据该型号元件参数的典型值确定。
而所谓的虚拟元件没有型号，它的模型参数是根据这种元件各种元件各种型号参数的典型值，而不是某一种特定型号的参数典型值确定。
另外，Multisim 7元件库中还提供一种3D虚拟元件，这种元件以三维的方式显示，比较形象、直观.。
Multisim 7容许用户根据自己的需要创建新的元器件，存放在用户元器件库中。
路B图所示。
A图Multisim 7提供了品种繁多、方便实用的虚拟仪器。
比如数字万用表、信号发生器、示波器等17种虚拟仪器。
点击主界面中仪表栏的相应的按钮即可方便地取用所需的虚拟仪器如C图所示。
B图C图Multisim 7提供了各种不同功能的分析工具。
点击分析按钮，即可拉出分析菜单，其中列出了Multisim 7的各种分析工具，例如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析等。
课程设计任务书学院专业学生姓名学号设计题目数字电子设计题目：1、三位二进制加法计数器——无效项000 0102、串行序列信号检测器——检测序列0010模拟电子设计题目：1、电流串联负反馈电路仿真2、多级放大电路内容及要求：1．数字电子部分1)对题目要求进行分析，计算，设计；2)选择适当触发器，在数字电子实验平台上进行连接和测试结果。
数电模电课程设计--六进制同步加法计数器目录1 数字电子设计部分......................................... 错误!未定义书签。
1.1六进制同步加法计数器1.1.1课程设计的目的1.1.2设计的总体框图1.1.3设计过程1.1.4设计的逻辑电路图1.1.5设计的电路原理图1.1.6实验仪器1.1.7实验结论（分析实验中出现的故障及产生的原因1.1.6实验仪器1.1.7实验结论（分析实验中出现的故障及产生的原因1.2串型数据检测器1.2.1课程设计的目的1.2.2设计的总体框图1.2.3设计过程1.2.4设计的逻辑电路图1.2.5设计的电路原理图1.2.6实验仪器1.2.7实验结论（分析实验中出现的故障及产生的原因）1.3参考文献2 模拟电子设计部分......................................... 错误!未定义书签。
2.1 课程设计的目的与作用............................. 错误!未定义书签。
2.1.1课程设计 ................................ 错误!未定义书签。
2.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍............ 错误!未定义书签。
2.3 电路模型的建立................................... 错误!未定义书签。
2.4 理论分析及计算................................... 错误!未定义书签。
2.5 仿真结果分析..................................... 错误!未定义书签。
2.6 设计总结和体会................................... 错误!未定义书签。
2.7 参考文献......................................... 错误!未定义书签。
// // / 1 数字电子设计部分 1.1六进制同步加法计数器1.1.1课程设计的目的1、掌握同步加法计数器工作原理及逻辑功能2、掌握电路的分析，设计及运用3、学会正常使用JK 触发器1.1.2设计的总体框图设计过程（1）状态图 001 101111（2）时序图(3)触发器名称选用三个CP 下降沿触发的JK 触发器74LS112 （4）求时钟方程CP 0=CP 1=CP 2=CP CP 是整个要设计的时序电路的输入时钟脉冲 （5）求状态方程YQ2Q 1Q 0 C Pnn次态Q 2n+1Q 1n+1Q 0n+1的卡诺图Q 2n+1的卡诺图Q 1n+1的卡诺图Q0n+1的卡诺图由状态卡诺图图得到的状态方程Q2n+1=Q1n Q2n+Q1n Q2n+Qn Q2n=Q1n Q2n+Q1n Qn Q2Q1n+1=Qn Q1n+Q2n Qn Q1nQn+1=Q2n Qn+Q1n Qn（1.1.1）驱动方程：J=Q2n J1=Qn J2=Q1nK=Q1n K=Q2n Qn K2=Q1n Qn(6)检查能否自启动将无效态000，011代入式（1.1.1）进行计算，结果如下：101（有效态）1.1.4设计的逻辑电路图X1X2X32.5 V 1.1.5设计的电路原理图YX1X2X31.1.6实验仪器两个74LS112芯片，一个74LS00芯片，一个74LS08芯片1.1.7实验结论（分析实验中出现的故障及产生的原因）经过试验可知，满足时序图的变化，切不能自启动实验过程中没有错误，顺利完成实验1.2串型数据检测器1.2.1课程设计的目的（1）进一步了解和掌握同步时序电路的基本设计方法。
（2）了解序列检测器的工作原理及设计方法。
1.2.2设计的总体框图1.2.3设计过程（1）原始状态图（2）进行状态化简，画最简状态图○1确定等价状态仔细检查可以发现，S4和S3是等价的。
因为无论是在状态S2还是状态S3，当输入为1时输出均为1，且都转换到次态S0；当输入为0时输出均为0，且都转换到次态S1。
○2合并等价状态把S3和S4合并起来，且用S3表示。
下图是经化简后得到的最简状态图。
（3）进行状态分配，画出用二进制数编码后得状态图（4）选择触发器，求时钟方程，输出方程和状态方程。
○1选用两个CP 下降沿触发的边沿JK 触发器。
○2时钟方程 CP 0=CP 1=CP ○3求输出方程Y 的卡诺图 由此知： Y=XQ 1n Q 0n ○4Q 1n+1Q 0n+1的次态卡诺图X X Q 1n Q 0nQ 1n Q 0nQ 1n+1的次态卡诺图Q 0n+1的次态卡诺图有卡诺图得状态方程为： Q 1n+1=X Q 0n Q 1n + Q 1n Q 0nQ 0n+1=X Q 0n +XQ 0n驱动方程为：J 0=X J 1=XQ 0nK 0=X K 1=Q 0n1.2.4设计的逻辑电路图00 01 11 100 0 1 1 0 1 0 0 1 000 01 11 10 0 1 1 1 11 0 0 0 01.2.5设计的电路原理图1.2.6实验仪器一个74LS112芯片，一个74LS04芯片，一个74LS08芯片，一个74LS11芯片1.2.7实验结论（分析实验中出现的故障及产生的原因）实验过程中没有出现什么问题，能实现对0011序列的检测。
1.3参考文献余孟尝.数字电子技术基础简明教程.三版.北京：高等教育出版社，2006张丽萍，王向磊.数字逻辑实验指导书.信息学院数字逻辑实验室.余孟尝.数字电子技术基础简明教程同步辅导及习题全解.三版.中国矿业大学出版社.2 模拟电子设计部分2.1 课程设计的目的与作用（1）熟悉电子元器件和multisim仿真软件的运用；（2）掌握单管共射放大电路的工作原理，静态分析和电压放大倍数，输入输出电阻的测量及理论计算；（3）掌握分压式工作点稳定电路的工作原理，静态分析和电压放大倍数，输入输出电阻的测量及理论计算；2.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍2.2.1设计任务（1）单管共射放大电路的multisim的仿真，测量静态工作点、观察输入输出波形、测量电压放大倍数、输入输出电阻；（2）分压式工作点稳定电路multisim仿真，测量静态工作点、动态分析2.2.2所用multisim软件环境介绍Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT 公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim 和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。
借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。
与NI LabVIEW 和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。
2.3 单管共射放大电路Multisim2.3.1电路模型的建立(a)仿真电路(b)用虚拟仪表测量Q点的电路2.3.2理论分析及计算（1）静态分析IBQ =（VCC-UBE）/Rb=(12V-0.7V)/280KΩ=40.36μAICQ =ΒIBQ=50X40.36μA=2.018mAUCEQ =VCC-ICQXRC=12V-2.018mAX3KΩ=5.946V(2)动态分析a)电压放大倍数rbe =rbb’+(1+β)26/IEQ=300+(1+50)26/2.018=0.957KΩAU =-β(RC//RL)/rbe=-50X1.5/0.957=-78.4b)输入电阻Ri =Rbe//Rb=0.957X280/(0.957+280)=953.7Ωc)输出电阻RO =RC=3KΩ2.3.3仿真结果及分析（1）测量静态工作点电路仿真后，可测得I=40.54754μA,BQ=2.32340mA;ICQ=5.02981VUCEQ（2）观察输入输出波形单管共射发表放大电路电路仿真后，可从虚拟示波器观察到U I、U O的波形如上图所示。
图中颜色较浅的是U O的波形，颜色较深的是U i的波形，由图可见，U O的波形没有线性失真，而且U O和U i相位相反。
（3）测量电压放大倍数，输入输出电阻电压放大倍数A U=U O/U i=-855.888/9.998=-85.606输入电阻Ri =Ui/Ii=9.998/10.214KΩ=978.853Ω输出电阻RO =（UO，/ U O-1）RL=(1.374/0.855888-1)X3KΩ=1.82K（4）动态分析波特图a)输入的波特图B）输出波特图2.4 分压式工作点稳定电路Multisim的仿真 2.4.1电路模型的建立2.4.2理论分析及计算(1)静态分析UBQ =Rb1/(Rb1+Rb2)VCC=2.5/(2.5+7.5)X12V=3VIEQ =(UBQ-UBEQ)/Re=(3-0.7)/1Ma=2.3mA=ICQUCEQ =VCC-ICQ(RC+Re)=[12-2.3X(2+1)]V=5.1VIBQ =ICQ/β=2.3/30mA=77μA(2)动态分析rbe = rbb’+(1+β)26/IEQ=300+(1+50)26/2.3Ω=650ΩAU =-βRL,=-30X1/0.65=-46.2RI = rbe// Rb1// Rb2=483ΩRO =RC=2KΩ2.4.3仿真结果及分析（1）静态仿真由仿真电路可得：UBQ=2.89191VUCQ =7.65475V; UEQ=2.23027VIBQ =58.57326μA;ICQ=2.20964mA(2)动态分析A=-226.605/4.999=-45.33 U=4.999/9.296KΩRI(3)输入输出波形图分压式放大电路电路仿真后，可从虚拟示波器观察到U I、U O的波形如上图所示。
图中颜色较浅的是U O的波形，颜色较深的是U i的波形，由图可见，U O的波形没有线性失真，而且U O和U i相位相反。
