反馈置数法与反馈清零法仿真分析

高金定　许慧燕　邬书跃

摘 要： 数字电子技术是电子信息类专业重要的专业基础课，EDA软件辅助数字电子技术课程教学是发展趋势。利用Quartus II软件，以74160十进制加法计数器芯片为例，采用原理图输入设计方法，分别用反馈置数法和反馈清零法设计了24进制计数器并进行了仿真分析。结果表明：将仿真软件应用到数字电子技术实验教学中，能直观演示出复杂抽象的设计思想，对提高学生学习效果、激发学生学习兴趣有重要的意义。

关键词： 数字电路； 反馈置数法； 反馈清零法； Quartus II； 计数器； 仿真分析

中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）02-26-03

Simulation analysis of feedback number setting method and feedback clearing method

Gao Jinding， Xu Huiyan， Wu Shuyue

（School of information science and engineering， Hunan International Economics University， Changsha， Hunan 410205， China）

Abstract： Digital electronic technology is an important professional basic course of electronic information specialties. Using EDA software of digital electronic technology course teaching is the trend of development. In this paper， by using Quartus II software， taking 74160 decimal addition counter chip as an example， using Quartus II schematic diagram design method， the 24 binary counter are designed and simulated using feedback number setting method and feedback clearing method respectively. The results showed that： the application of simulation software to the digital electronic technology teaching can intuitively demonstrate the design idea of complex abstract. It is significant to improve the learning effect of students and stimulate students' interest in learning.

Key words： digital circuit； feedback number setting method； feedback reset method； Quartus II； counter； simulation analysis

0 引言

数字电子技术是电子信息类专业最重要的专业基础课程之一，也是实践性很强的课程。如何提高数字电路课程理论教学与实验教学效果，尽可能激发学生学习兴趣是课程教学改革一直追求的目标[1-4]。湖南涉外经济学院数字电子技术课程是湖南省普通高等学校精品课程，多年来，通过统筹建设数字电子技术/EDA技术/SOPC技术课程群，将先进EDA技术应用到数字电子技术课程教学中来，注重仿真教学与实物设计相结合，取得了较好的效果[5]。本文以集成计数器设计为例，介绍Quartus II软件在数字电子技术教学中的应用，这对数字电子技术课程教学改革具有参考意义，相关成果荣获2014年度湖南省普通高等学校现代教育技术竞赛二等奖。

1 Quartus II软件概述

Quartus II是世界著名可编程逻辑器件供应商Altera公司开发的数字系统设计平台。该平台主要支持原理图输入和HDL硬件描述语言文本输入两大类设计方法，设计输入完成后该软件能自动将设计文件进行分析、逻辑综合、适配及时序网表提取等操作，设计者可以在此基础上进行时序仿真与分析，以此来验证设计思想[5-6]。

2 集成计数器设计方法

计数器是数字电路的基础部件，其基本功能是对时钟脉冲个数进行计数，在此基础上可以完成时钟信号分频等功能。在数字系统设计中计数器还广泛应用于具有多种状态的事件控制，此外与译码器相结合，还能完成一些较复杂数字系统的设计，比如动态扫描控制，矩阵键盘扫描控制，花样彩灯控制，乐曲演奏电路设计等等。反馈置数法和反馈清零法是集成计数器设计的两种基本方法，也是教学重点和难点[7-12]。

3 二十四进制计数器设计与仿真分析

反馈置数法和反馈清零法比较抽象，采用传统的教学与实验方式学生很难理解透彻。利用Quartus II软件仿真，则非常直观，而且便于修改与发挥。以74160集成计数器为例，利用两片74160芯片级联，采用同步的方式设计二十四进制计数器。74160是同步置数、异步清零十进制加法计数器芯片，其中CLK为时钟信号，CLRN为清理信号，异步清零，低电平有效。ENT和ENP为计数使能信号，高电平有效。LDN为预置数使能信号，同步置数，低电平有效，A、B、C、D为预置数输入端。QA、QB、QC、QD为计数器技术输出，QD是最高位，QA是最低位，RCO为进位信号。

采用反馈置数方法设计的二十四进制计数器如图1所示。从图1可以看出，采用反馈置数的方式当计数到23（s[1]=1& g[0]=1& g[1]=1）时，通过与非门产生有效的低电平给预置数使能端LDN，在时钟上升沿到来时立即置数，又从预置的0开始计数。把en使能信号考虑进来，主要是为了满足级联组成更大的计数器（比如电子钟）时使用，以避免最后一个状态23只保持1个时钟周期。时序仿真结果如图2所示，可以看出，采用反馈置数方法，临界状态23可以稳定输出。

采用反馈清零法设计的二十四进制计数器如图3所示。与反馈置数法不同，由于74160是异步清零，清零操作与时钟信号无关，只要清零信号能够被电路检测到，清零操作立即完成。所以临界状态不能取23，只能取24，即当g[2]=1并且s[1]=1时，通过二输入与非门NAND2产生低电平作为清零信号。co进位信号则任然只能从23这个状态来取，因为24保持的时间太短，只有几个ns。图4是时序仿真波形图，可以看出，采用反馈清零方法，24这个临近状态保持的时间极短，不能作为计数器稳定的输出状态来使用。

4 结束语

借助Quartus II软件仿真，可以将复杂的设计方法用直观的方式展现出来，能加深学生对课程理论内容的理解，激发学生的学习兴趣，从而提高学生分析和解决问题的能力，实现课堂教学与实验教学相结合。

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