數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(1六進(jìn)制同步加法計數(shù)器(無效態(tài)：010,111)3用集成芯片設(shè)計26進(jìn)制加法器并顯示)

1、成 績 評 定 表學(xué)生姓名*班級學(xué)號*專 業(yè)*課程設(shè)計題目數(shù)字電子課程設(shè)計評語組長簽字：成績?nèi)掌?2013 年7月 日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 院*專 業(yè)*學(xué)生姓名*班級學(xué)號*課程設(shè)計題目1.六進(jìn)制同步加法計數(shù)器（無效態(tài)：010，111）3.用集成芯片設(shè)計26進(jìn)制加法器并顯示實踐教學(xué)要求與任務(wù):1) 采用實驗箱設(shè)計、連接、調(diào)試六進(jìn)制同步加法計數(shù)器。2) 采用實驗箱設(shè)計、連接、串行序列發(fā)生器。3) 采用multisim 仿真軟件建立復(fù)雜的計數(shù)器電路模型；4) 對電路進(jìn)行理論分析；5) 在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，給出仿真時序圖；6) 撰寫課程設(shè)計報告。工作計劃與進(jìn)度安排:第1天：1.布置課程設(shè)

2、計題目及任務(wù)。2.查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計方案。第2-3天： 在實驗室中設(shè)計、連接、調(diào)試三位二進(jìn)制計數(shù)器及串行序列檢測器電路。第4天：1. 安裝multisim軟件，熟悉multisim軟件仿真環(huán)境。在multisim環(huán)境下建立電路模型，學(xué)會建立元件庫。2. 對設(shè)計電路進(jìn)行理論分析、計算。3. 在multisim環(huán)境下仿真電路功能，修改相應(yīng)參數(shù)，分析結(jié)果的變化情況。第5天：1. 課程設(shè)計結(jié)果驗收。2. 針對課程設(shè)計題目進(jìn)行答辯。3. 完成課程設(shè)計報告。指導(dǎo)教師： 2013年6月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2013 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長：2013 年 月 日目錄1 課程設(shè)計的目的與作用12 設(shè)計任務(wù)12

3、.1同步計數(shù)器12.2串行序列信號發(fā)生器12.3設(shè)計集成芯片計數(shù)器23設(shè)計原理23.1同步計數(shù)器23.2串行序列信號發(fā)生器33.3集成芯片計數(shù)器34實驗步驟34.1同步計數(shù)器的設(shè)計34.2串行序列發(fā)生器74.3用集成芯片設(shè)計計數(shù)器115設(shè)計總結(jié)136參考文獻(xiàn)13III1 課程設(shè)計的目的與作用（1） 了解同步計數(shù)器及序列信號發(fā)生器工作原理，會用分立的或集成的芯片設(shè)計并調(diào)試相應(yīng)的電路。（2） 掌握計數(shù)器電路的分析，設(shè)計及應(yīng)用，可以用相應(yīng)的實物芯片及實驗箱設(shè)計出簡單地計數(shù)器。（3） 掌握序列信號發(fā)生器的分析，設(shè)計方法及應(yīng)用。（4） 掌握用集成芯片設(shè)計N位計數(shù)器的方法。（5） 鍛煉同學(xué)們的動手能力，通

4、過理論與實際的聯(lián)系增強(qiáng)同學(xué)們對理論知識的理解。2 設(shè)計任務(wù)2.1同步計數(shù)器（1） 設(shè)計一個六進(jìn)制同步加法計數(shù)器（無效態(tài)：010，111）。（2） 在實驗中選用合適的觸發(fā)器，組合電路可以選用與非門或與非門。（3） 根據(jù)同步計數(shù)器原理設(shè)計相應(yīng)的加法計數(shù)器電路圖。（4） 根據(jù)設(shè)計好的電路圖用Multisim進(jìn)行仿真，并且調(diào)試電路發(fā)現(xiàn)電路中的錯誤并加以改正。（5） 檢查無誤后用數(shù)字電子技術(shù)實驗箱及相應(yīng)的元件及導(dǎo)線連接實物電路，并測試電路功能。2.2串行序列信號發(fā)生器（1） 設(shè)計一個序列信號發(fā)生器，其中序列為（010100）。（2） 實驗中選擇合適的芯片，可以選用與非門和與門。（3） 根據(jù)串行序列發(fā)生器

5、原理設(shè)計串行序列發(fā)生器原理圖。（4） 根據(jù)電路原理圖使用Multisim進(jìn)行仿真。（5） 檢測電路功能，確保電路可以正常工作。2.3設(shè)計集成芯片計數(shù)器（1） 用集成芯片設(shè)計一個26進(jìn)制加法器并顯示。（2） 根據(jù)要求選用適當(dāng)?shù)男酒?。?） 在選好的芯片的基礎(chǔ)上設(shè)計電路。（4） 在Multisim軟件環(huán)境下進(jìn)行仿真，調(diào)試電路確保電路連接正確。（5） 檢測電路的功能。3設(shè)計原理3.1同步計數(shù)器（1） 廣義的講，一切可以完成計數(shù)工作的器物都是計數(shù)器。在數(shù)字電子技術(shù)中，計數(shù)器是用來統(tǒng)計輸入脈沖個數(shù)的電路，是組成數(shù)字電路和計算機(jī)電路的基本時序部件。計數(shù)器按長度可分為：二進(jìn)制，十進(jìn)制和任意進(jìn)制計數(shù)器。計數(shù)器

6、不僅有加法計數(shù)器，也有減法計數(shù)器。如果一個計數(shù)器既能完成累加技術(shù)功能，也能完成遞減功能，則稱其為可逆計數(shù)器。在同步計數(shù)器中，多個觸發(fā)器共用同一個時鐘信號。時鐘信號是計數(shù)脈沖信號的輸入端。（2） 時序電路的分析過程：根據(jù)給定的時序電路，寫出各觸發(fā)器的驅(qū)動方程，輸出方程，根據(jù)驅(qū)動方程帶入觸發(fā)器特征方程，得到每個觸發(fā)器的次態(tài)方程：再根據(jù)給定初態(tài)，一次迭代得到特征轉(zhuǎn)換表，分析特征轉(zhuǎn)換表畫出狀態(tài)圖。（3） 設(shè)計過程如下：時序邏 狀態(tài) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換 最簡邏 邏輯圖輯問題 賦值 圖（表） 輯表達(dá) 選定觸發(fā) 檢查能 器類型 否自啟圖1 同步時序邏輯電路設(shè)計流程3.2串行序列信號發(fā)生器（1） 串行序列發(fā)生器可以用于

7、產(chǎn)生一列按照高低電平的不同順序排列的脈沖信號的電路。（2） 在觸發(fā)器組成的計數(shù)器電路中，每一個狀態(tài)都可以對應(yīng)一個輸出值，可以將各個不同的輸出值作為脈沖信號的輸出。（3） 在觸發(fā)器的基礎(chǔ)上對每一個狀態(tài)設(shè)一個相應(yīng)的輸出值，并且求出相應(yīng)的輸出方程。當(dāng)計數(shù)器按照脈沖信號計數(shù)時，輸出值按照設(shè)計值輸出高低電平，便可以得到脈沖信號。3.3集成芯片計數(shù)器 （1） 選擇相應(yīng)的集成芯片。（2） 根據(jù)計數(shù)器位數(shù)設(shè)計相應(yīng)的連線，選擇相應(yīng)的置零端。把計數(shù)位數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)把為1的端口找出來連接到與非門上在接到置零端。4實驗步驟4.1同步計數(shù)器的設(shè)計（1） 根據(jù)要求狀態(tài)圖如下：/0 /0 /0 /0 /0000 001

8、011 100 101 110/1排列：圖2 加法器的狀態(tài)圖（2） 選擇觸發(fā)器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程：選擇觸發(fā)器： 在所有觸發(fā)器中J、K觸發(fā)器功能齊全、使用靈活。在此選用J、K觸發(fā)器（實驗連接實物時用兩個74LS112芯片）。求時鐘方程： 采用同步時鐘，所以?。?求輸出方程： A確定約束項：由所給計數(shù)要求可得，無效狀態(tài)為010、111 。對應(yīng)的最小項、為約束項。 B求狀態(tài)方程： 根據(jù)狀態(tài)圖，由現(xiàn)態(tài)及對應(yīng)的次態(tài)列出關(guān)于次態(tài)卡諾圖如下：0 00 01 11 10 001011100×××1101110×××000 圖3 次態(tài)的卡

9、諾圖 上圖為整體上列出的卡諾圖，要求狀態(tài)方程必須要分別列出對應(yīng)的次態(tài)的卡諾圖。根據(jù)卡諾圖進(jìn)行化簡求出相應(yīng)的次態(tài)表達(dá)式，并且還要化成和特性方程相關(guān)的形式以便求出驅(qū)動方程。 對應(yīng)的次態(tài)卡諾圖如下：00 00 01 11 10 00 01 11 10 1001×1 010×11×001×0 （a）卡諾圖 （b）卡諾圖0 00 01 11 10 1110×10×0 （c）卡諾圖圖4 各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，由圖4所示的各個觸發(fā)器的卡諾圖可以得到狀態(tài)方程如下：C求驅(qū)動方程： J、K觸發(fā)器的特性方程為：與上式中狀態(tài)方程相比較可以得到驅(qū)動方程如下

10、： （3） 畫邏輯電路圖： 根據(jù)所選用的觸發(fā)器和時鐘方程、驅(qū)動方程畫出實驗接線圖如下：圖5 六進(jìn)制同步加法計數(shù)器（無效態(tài)：010，111）邏輯電路圖（4）檢查電路能不能自啟動： 將無效狀態(tài)010、111代入狀態(tài)方程可以得到： 010 100 （有效狀態(tài)）111 000 （有效狀態(tài)）能夠自啟動。（5）實驗儀器 、數(shù)字電子技術(shù)試驗箱一個、萬用表一個 、集成芯片：74LS112兩片、74LS00一片 、導(dǎo)線若干（6）實驗結(jié)論: 經(jīng)過實驗可知，電路滿足時序圖變化，并且可以自啟動。4.2串行序列發(fā)生器（1） 根據(jù)串行序列發(fā)生器的要求，正好六個狀態(tài)?？梢栽诹M(jìn)制同步加法計數(shù)器（無效狀態(tài)是：000、100）

11、的基礎(chǔ)上加一個輸出狀態(tài)。（2）狀態(tài)表如下：表1 編碼后的狀態(tài)表Y001001010110101111001110 （2） 狀態(tài)圖如下：/0 /1 /0 /1001 010 011 101 110111/0 /0圖6 串行序列發(fā)生器的設(shè)計（檢測序列010100）狀態(tài)圖（3）根據(jù)上圖可以列出關(guān)于Y的輸出狀態(tài)卡諾圖如下: 00 01 11 10 10×001×100 圖7 Y的卡諾圖（4）根據(jù)以上卡諾圖化簡可以得到Y(jié)的表達(dá)式： （5）求輸出方程： A確定約束項：由所給計數(shù)要求可得，無效狀態(tài)為000、100 。對應(yīng)的最小項、為約束項。 B求狀態(tài)方程： 根據(jù)狀態(tài)圖，由現(xiàn)態(tài)及對應(yīng)的次態(tài)

12、列出關(guān)于次態(tài)卡諾圖如下： 00 01 11 10 00101010111110001111 圖8次態(tài)的卡諾圖 上圖為整體上列出的卡諾圖，要求狀態(tài)方程必須要分別列出對應(yīng)的次態(tài)的卡諾圖。根據(jù)卡諾圖進(jìn)行化簡求出相應(yīng)的次態(tài)表達(dá)式，并且還要化成和特性方程相關(guān)的形式以便求出驅(qū)動方程。 對應(yīng)的次態(tài)卡諾圖如下：00 00 01 11 10 00 01 11 10 10111 101011101 （a）卡諾圖 （b）卡諾圖0 00 01 11 10 1010101 （c）卡諾圖圖9各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，由圖4所示的各個觸發(fā)器的卡諾圖可以得到狀態(tài)方程如下： C求驅(qū)動方程： J、K觸發(fā)器的特性方程為： 與上式中

13、狀態(tài)方程相比較可以得到驅(qū)動方程如下： (6)實驗接線圖如下：圖10 串行序列發(fā)生器的設(shè)計（檢測序列010100）的邏輯電路圖 （1） （7）經(jīng)檢測，當(dāng)開關(guān)S1a開合產(chǎn)生脈沖時小燈泡會按照010100序列亮暗。即電路可以產(chǎn)生010100序列的脈沖序列。脈沖序列如下圖所示：圖11串行序列發(fā)生器的設(shè)計（檢測序列010100）的檢測波形圖4.3用集成芯片設(shè)計計數(shù)器（1）根據(jù)實驗要求，要設(shè)計26進(jìn)制計數(shù)器，在此選用74LS161芯片做26進(jìn)制計數(shù)器。（2）芯片功能介紹： 74LS161狀態(tài)表：表2 74LS161芯片的狀態(tài)表輸入輸出注CO清零置數(shù)0 x x x x x x x x1 0 x x 1 1

14、1 1 x x x x1 1 0 x x x x x x1 1 x 0 x x x x x0 0 0 0計數(shù)保持保持00異步清零功能當(dāng)=0時，計數(shù)器清零。從表中可以看出，在=0時，其他輸入信號都不起作用，由時鐘觸發(fā)器的邏輯特性知道，其異步輸入端信號是優(yōu)先的，=0正是通過復(fù)位計數(shù)器也即是異步清零的。同步并行置數(shù)功能當(dāng)=1、=0時，在上升沿操作下，并行輸入數(shù)據(jù)進(jìn)入計數(shù)器，使=。二進(jìn)制同步加法計數(shù)功能當(dāng)=1時，若，則計數(shù)器對信號按照8421編碼進(jìn)行加法計數(shù)。保持功能當(dāng)=1時，若，則計數(shù)器將保持原來狀態(tài)不變。對于進(jìn)位輸出信號有兩種情況，如果=0，那么=0；若是=1，則。（3）實驗中選異步清零端清零。由

15、于是26進(jìn)制計數(shù)器，。那么置零信號表達(dá)式=。計數(shù)時=1、。（4）設(shè)計電路圖如下：圖12 26進(jìn)制加法器的邏輯電路圖（5）經(jīng)過仿真，以上電路隨著脈沖信號的加入，計數(shù)器按照26個數(shù)進(jìn)行循環(huán)，符合26進(jìn)制計數(shù)器的要求。5設(shè)計總結(jié)經(jīng)過本次數(shù)電課程設(shè)計，我對常用邏輯元件（如74LS112、74LS161、74LS08、74LS00等）、數(shù)字電路的分析與設(shè)計有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和了解。同時，通過這次課程設(shè)計，我對所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識有了更進(jìn)一步的鞏固，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)知識打下跟堅實的基礎(chǔ)。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計是學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的一個重要環(huán)節(jié)，對鞏固理論知識、加深對數(shù)字電子技術(shù)課

16、程內(nèi)容的理解、培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力都有很大的幫助。在實驗過程中，通過對基本儀器的使用、元器件的檢測及使用、電路的連接、電路調(diào)試及故障的排除，還有數(shù)據(jù)的記錄、分析、總結(jié)等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了我們進(jìn)行科學(xué)實驗、解決實際問題的能力，而且還培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)研究作風(fēng)。為我們以后的學(xué)習(xí)乃至于就業(yè)等有很大的幫助。本次課程設(shè)計中，我遇到了不少問題，我了解到了光有理論知識不能很好的完成這個任務(wù)。通過查閱資料，與同學(xué)共同研究，不斷地摸索和實踐，最終把各個問題完全解決。在設(shè)計電路時，經(jīng)過多次的調(diào)試、運(yùn)行、修改，最終設(shè)計出了計數(shù)器和脈沖序列發(fā)生器。而且通過實驗中的仿真環(huán)節(jié)，我們對Multisim的使用有了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，對該軟件的使用更加熟練，可以獨(dú)立完成電路的構(gòu)建與仿真，并且學(xué)會了用Multisim解決一些實際問題，讓我了解到了實踐的重要性。6參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù).4版.北京：高等教育出版社,1998.2 康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分.4版.北京：高等教育出版社,2000年.3 蔡惟錚.集成電