两位计数器电路设计

课题二：两位计数器电路设计（选做）

一．设计目的

本文通过对两位计数器电路的分析、仿真，阐述了计数器电路的一些设计方法，并论证了计数器电路的实现原理及过程。文中还使用了Hspice电路设计仿真软件，这样能让读者更直观的了解计数器电路的工作原理及组成结构。对数字电子技术课程中计数器有新的认识。对Hspice软件使用进一步的掌握。

二．设计原理

计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。

计数器的种类很多，按时钟脉冲输入方式的不同，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器和非二进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加计数器、减计数器和可逆计数器。

M10 7 8 0 0 NCH L=1U W=80U

M2 1 1 4 4 NCH L=1U W=20U

M3 1 1 5 5 NCH L=1U W=20U

M4 3 2 0 0 NCH L=1U W=80U

M5 4 3 6 6 NCH L=1U W=80U

V2 2 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N

V3 8 0 5Vdc

M6 6 8 0 0 NCH L=1U W=80U

M7 4 5 0 0 NCH L=1U W=80U

M8 5 4 0 0 NCH L=1U W=80U

C1 4 0 .75P

C2 5 0 .75P

.MODEL NCH NMOS LEVEL=1

.END

原理图如下所示：

仿真波形如下图：

异或门：

网表文件：

XOR Circuit

.OPTIONS LIST NODE POST

.TRAN 200P 20N

M1 1 1 4 4 NCH L=1U W=20U

V2 2 0 PULSE .2 4.8 0N 1N 1N 5N 20N

M2 1 1 5 5 NCH L=1U W=20U

V3 3 0 PULSE .2 4.8 0N 1N 1N 5N 20N

M3 1 1 6 6 NCH L=1U W=20U

M4 4 2 0 0 NCH L=1U W=20U

M5 5 3 0 0 NCH L=1U W=20U

M6 8 2 0 0 NCH L=1U W=20U

M7 6 3 8 8 NCH L=1U W=20U

M8 7 4 0 0 NCH L=1U W=20U

M9 6 5 7 7 NCH L=1U W=20U

V1 1 0 5Vdc

.MODEL NCH NMOS LEVEL=1

.END

原理图如下所示：

仿真波形如下图：

非门：

网表文件：

NOT Circuit

.OPTIONS LIST NODE POST

.TRAN 200P 20N

M1 3 2 1 1 PCH L=1U W=20U

M2 3 2 0 0 NCH L=1U W=20U

V1 1 0 5

V2 2 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N

.MODEL PCH PMOS LEVEL=1

.MODEL NCH NMOS LEVEL=1

.END

原理图如下所示：

仿真波形如下所示：

与非门：

网表文件：

mosnand

.OPTIONS LIST NODE POST

.TRAN 200P 200N

M1 4 2 5 5 NCH L=1U W=40U

M2 5 3 0 0 NCH L=1U W=40U

M3 4 2 1 1 PCH L=1U W=40U

V2 2 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 20N 50N

M4 4 3 1 1 PCH L=1U W=40U

V3 3 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 20N 50N

V1 1 0 5Vdc

.MODEL PCH PMOS LEVEL=1

.MODEL NCH NMOS LEVEL=1

.END

原理图如下所示：

仿真波形如下所示：

2、写两位计数器网表文件

运用Hspice软件子程序调用语句来实现两位二进制计数器。

网表文件如下：

CN2B

.OPTIONS LIST NODE POST

.TRAN 200P 200N

.global V1

.SUBCKT KXOR 2 3 5

V1 1 0 5VDC

M1 1 1 4 4 NCH L=1U W=20U

M2 1 1 5 5 NCH L=1U W=20U

M3 1 1 6 6 NCH L=1U W=20U

M4 4 2 0 0 NCH L=1U W=20U

M5 5 3 0 0 NCH L=1U W=20U

M6 8 2 0 0 NCH L=1U W=20U

M7 6 3 8 8 NCH L=1U W=20U

M8 7 4 0 0 NCH L=1U W=20U