基于计数器74LS290的Multisim仿真出现的问题及处理

　　摘 要 Multisim仿真软件是电路分析和设计中常用的一种辅助手段，但若时序逻辑电路设计不当，因时延造成信号畸变，引发电路输出状态偏离原有的“轨道”，将使得电路功能无法实现。因此，竞争冒险是时序电路设计中必须考虑的重要方面，加入复位电路设计，是解决时序逻辑电路测试生成问题的有效方法。
　　关键词 计数器；Multisim仿真；竞争冒险；复位电路
　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2016）24-0023-03
　　A Problem-solving of Counter 74LS290 Multisim Simulation Cir-
　　cuit//HU Jiewei， ZHOU Huanyin， XU Feiyan， LI Lirong， SHAN Kun
　　Abstract Circuit simulation is a common auxiliary analysis and de-sign means by Multisim software， but if the sequential logic circuit design is not correct， the signal distortion may be caused by time delay，
　　and then the output state will deviate from its original orbit， what makes
　　the circuit functions cannot be achieved. So the race and hazard is quite essential and must be considered when designing logic circuit. Sometimes adding reset circuit design is an important method of sol-ving the sequential logic circuit test generation problem.
　　Key words counter； Multisim simulation； race and hazard； reset circuit
　　1 前言
　　在数字电路中使用最多的时序电路就是计数器电路，计数器不仅可以用于计数，而且可以用于定时、分频、产生脉冲以及进行数字运算等。计数器的种类及分类方式很多，例如：按照计数器中的触发器是否同时翻转分类，可分为同步计数器和异步计数器；从进制来分，有二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器多种；根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。而目前无论是TTL还是CMOS集成电路，都有品种齐全的中规模集成计数电路，使用者只需借助于器件手册提供的功能表、工作波形图以及引出端的管脚排列，就能正确地运用这些器件。
　　Multisim软件是美国NI（National Instruments）公司开发的最新一款基于Windows平台的直观、精确、高效的电路教学与设计仿真软件，可用于电子电路设计、开发、测试、分析及优化，运用计算机仿真与虚拟仪器极大地提高了电路设计效率。
　　本文以74LS290型异步二—五—十进制计数器为计数元件，设计一个理论分析上功能完全可实现的七进制计数器。利用Multisim 10仿真软件得到的电路测试结果为错误，深入分析问题的原因，提出加入复位电路来避免出现竞争冒险现象的办法，电路改进后可实现预期测试效果。
　　2 电路设计
　　目前比较常用的计数器主要是二进制和十进制，当需要任意一种进制的计数器时，可将现有的计数器改接而得，采用的方法主要为清零法和置数法。
　　74LS290型异步二—五—十进制计数器 74LS290型异步二—五—十进制计数器内部由4个JK触发器FF0～FF3和一些门电路构成，共14个管脚，其功能表如表1所示。其中，12脚和13脚是R01和R02，为清零输入端，由功能表可见，当两端全为1时，将计数器内部的4个触发器清
　　零。1脚和3脚是R91和R92，为置“9”输入端，由功能表可
　　见，当两端全为1时，由8脚、4脚、5脚和9脚构成的4输出端QDQCQBQA=1001，即表示十进制数9；清零时，R91和R92中至少有一端为0，不使置1，以保证清零可靠进行。10脚和11脚是1NA和1NB，为两个时钟脉冲输入端；2脚和6脚为闲置管脚；7脚为地，14脚为电源[1]。
　　既然是二—五—十进制计数器，下面按二、五、十进制三種情况来分析。
　　1）只输入计数脉冲1NA，由QA输出，FF1～FF3三个触发器不用，为二进制计数器；
　　2）只输入计数脉冲1NB，由QD、QC、QB输出，为五进制计数器；
　　3）将QA端与FF1的1NB端连接，输入计数脉冲1NA，由QD、QC、QB、QA输出，即为十进制。
　　基于74LS290的任意进制计数器 将计数器适当改接，利用其清零端进行反馈置0，可得出小于十进制的多种进制计数器。异步清0，指的是计数器在S0～SM-1共M个状态中工作，当计数器进入SM状态时，利用SM状态产生清0信号并反馈到异步清零端，使计数器立即返回S0状态。由于是异步清零，所以SM状态仅瞬间出现，便立即被置成S0状态，在时序图仿真中该状态并不出现，因此通常称其为“过渡态”[2]。在计数器的稳定状态循环中是不包含SM状态的，若习惯在状态循环图中画出该状态，也将其独立置于虚线框内，表明其为无效状态，有效状态仍为M个状态。
　　以七进制状态循环图为例，如图1所示，（a）图不含过渡态，（b）图含有过渡态。

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