數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)

1、 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名張彥河班級(jí)學(xué)號(hào)1103020215專 業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)評(píng)語組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?20 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)生姓名張彥河班級(jí)學(xué)號(hào) 1103020215課程設(shè)計(jì)題目1.六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：000，110）2、串行序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)（發(fā)生序列110101）3.基于74191芯片仿真設(shè)計(jì)54進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程。實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1) 采用實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)、連接、調(diào)試三位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2) 采用實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)、連接、調(diào)試串行序列發(fā)生器。3) 采用multisim 仿真軟件建立復(fù)雜的計(jì)數(shù)器電路模型

2、；4) 對(duì)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(shí)序圖；6) 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:第1天：1.布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。2.查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第2-3天： 在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)、連接、調(diào)試三位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器及串行序列發(fā)生器電路。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(huì)建立元件庫。2. 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)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(jì)結(jié)果驗(yàn)收。2. 針對(duì)課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯。3. 完成課程

3、設(shè)計(jì)報(bào)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(zhǎng)：2013 年 月 日目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用.11.1設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)思想.11.2設(shè)計(jì)的作用.11.3 設(shè)計(jì)的任務(wù).12 所用multisim軟件環(huán)境介紹.13 六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì).33.1 基本原理.33.2 設(shè)計(jì)過程.3 3.3六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器仿真結(jié)果分析.6 3.4試驗(yàn)儀器.10 3.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論.104 串行序列發(fā)生器電路設(shè)計(jì)(110101).104.1 基本原理.104.2 設(shè)計(jì)過程.104.3 110101串行序列發(fā)生器仿真結(jié)果分析114.4試驗(yàn)儀器.144.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論.145

4、 用74191芯片設(shè)計(jì)54進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器.145.1設(shè)計(jì)原理.145.2結(jié)果仿真.155.3試驗(yàn)儀器.165.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論.166 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì).177 參考文獻(xiàn).17161課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)思想 根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器和序列信號(hào)發(fā)生器，加強(qiáng)對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的理解,進(jìn)一步鞏固課堂上學(xué)到的理論知識(shí)。了解計(jì)數(shù)器和序列信號(hào)發(fā)生器的工作原理。 1.2設(shè)計(jì)作用通過multisim軟件仿真電路可以使我們對(duì)計(jì)數(shù)器和序列信號(hào)發(fā)生器有更深的理解。學(xué)會(huì)分析仿真結(jié)果的正確性，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。通過課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)動(dòng)手，動(dòng)腦的能力。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)1設(shè)計(jì)一個(gè)六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，要求無

5、效狀態(tài)為000,110。2設(shè)計(jì)一個(gè)序列信號(hào)發(fā)生器，要求發(fā)生序列110101。3 74191構(gòu)成54進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程2所用multisim軟件環(huán)境介紹Multisim是加拿大IIT公司（Interrative Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的電路仿真軟件，由于采用交互式的界面，比較直觀、操作方便，具有豐富的元器件庫和品種繁多的虛擬儀器，以及強(qiáng)大的分析功能等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的引用。針對(duì)不同的用戶，提供了多種版本，例如學(xué)生版、教育版、個(gè)人版、專業(yè)版和超級(jí)專業(yè)版。其中教育版適合高校的教學(xué)使用。Multisim 10主界面。啟動(dòng)Multisim，就

6、會(huì)看到其主界面，主要是由菜單欄、系統(tǒng)工具欄、設(shè)計(jì)工具欄、元件工具欄、儀器工具欄使用中元件列表、仿真開關(guān)、狀態(tài)欄以及電路圖編輯窗口等組成。如下圖2.1所示。Multisim 10提供了豐富的元器件。這些元器件按照不同的類型和種類分別存放在若干個(gè)分類庫中。這些元件包括現(xiàn)實(shí)元件和虛擬元件。所謂的現(xiàn)實(shí)元件給出了具體的型號(hào)，它們的模型數(shù)據(jù)根據(jù)該型號(hào)元件參數(shù)的典型值確定。而所謂的虛擬元件沒有型號(hào)，它的模型參數(shù)是根據(jù)這種元件各種元件各種型號(hào)參數(shù)的典型值，而不是某一種特定型號(hào)的參數(shù)典型值確定。另外，Multisim 10元件庫中還提供一種3D虛擬元件，這種元件以三維的方式顯示，比較形象、直觀.。Multisi

7、m 10容許用戶根據(jù)自己的需要?jiǎng)?chuàng)建新的元器件，存放在用戶元器件庫中。如圖2.2所示。圖2.1multisim電路編輯窗口Multisim 10提供了品種繁多、方便實(shí)用的虛擬儀器。比如數(shù)字萬用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器等17種虛擬儀器。點(diǎn)擊主界面中儀表欄的相應(yīng)的按鈕即可方便地取用所需的虛擬儀器如圖2.3所示。 圖2.2Multisim元件庫圖2.3虛擬儀器 圖2.4主數(shù)據(jù)庫3六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)電路3.1基本原理設(shè)計(jì)一個(gè)六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器，要求無效狀態(tài)為000,110。111 101 100 011 010 001圖3.1 狀態(tài)圖 排列3.2設(shè)計(jì)過程1 選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方

8、程。a選擇觸發(fā)器由于JK觸發(fā)器的功能齊全，使用靈活，在這里選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。b求時(shí)鐘方程采用同步方案，故取 CP是整個(gè)要設(shè)計(jì)的時(shí)序電路的輸入時(shí)鐘脈沖。 c求狀態(tài)方程由1-1所示狀態(tài)圖可直接畫出1-2所示電路次態(tài)卡諾圖。再分解開便可以得到如圖1-3所示各觸發(fā)器的卡諾圖。 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10XXX111010001011100101XXX 圖3.2次態(tài)卡諾圖 Q2n Q1nQ0n 00 01 11 10X100011X a的卡諾圖 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10X110100X b的卡諾圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10X1

9、01101X c的卡諾圖 圖3.3各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，由圖2-3所示各卡諾圖便可以很容易的得到 = Q1n Q2n + Q0n Q2n =（Q0n + Q2n）Q1n + Q2n Q0n Q1n = Q0n+（Q2n Q1n+ Q2n Q1n）Q0n 2 求驅(qū)動(dòng)方程JK觸發(fā)器的特性方程為 a 比較特性方程求驅(qū)動(dòng)方程J2= Q1n ,K2= Q0nJ1= Q0n Q2n, K1= Q0n Q2nJ0=1, K0 = Q2n Q1n Q1n Q2n3 畫邏輯電路圖根據(jù)所選用的觸發(fā)器和時(shí)鐘方程，輸出方程，驅(qū)動(dòng)方程，便可以畫出如圖2-4所示的邏輯電路圖。圖3.4六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器邏輯電路圖4

10、檢查電路能否自啟動(dòng)000 111，110 001可見在CP操作下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動(dòng)。3.3 六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器仿真結(jié)果分析在Multisim 10上開始對(duì)六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器仿真，結(jié)果如圖5.1所示 （1） 狀態(tài)111（2） 狀態(tài)101（3） 狀態(tài)100（4） 狀態(tài)011（5） 狀態(tài)010（6） 狀態(tài)001圖5.1六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器仿真3.4試驗(yàn)儀器（1） 數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)（2） 集成電路芯片：74LS00四片,74LS112N三片（3） 導(dǎo)線若干（4） LED燈3只3.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論當(dāng)輸入計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。4 串行序列發(fā)生器電路設(shè)計(jì)（序列110101）4.1基

11、本原理序列信號(hào)發(fā)生器是能夠依據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸出規(guī)定序列代碼的一種時(shí)序電路。序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法同序列檢測(cè)器，只是不存在輸入信號(hào)X。4.2設(shè)計(jì)過程序列發(fā)生器（發(fā)生序列110101）的特性表 圖4.1發(fā)生器特性表Y1111101 11000011101000011輸出方程 Y= Q0n設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)上題設(shè)計(jì)的六進(jìn)制減法器，用來設(shè)計(jì)這個(gè)序列中的六個(gè)不同的數(shù)值，這樣可以很容易的觀察這個(gè)序列的變化。 圖4.2序列信號(hào)發(fā)生器邏輯圖4.3 110101串行序列發(fā)生器仿真結(jié)果分析 （1）發(fā)生1 （2）發(fā)生1（3）發(fā)生0（4）發(fā)生1（5）發(fā)生0（6）發(fā)生1圖5.2序列信號(hào)發(fā)生器（發(fā)生序列110101）的仿真

12、4.4試驗(yàn)儀器（1） 數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)（2） 集成電路芯片：74LS00四片,74LS112N三片（3） 導(dǎo)線若干（4） LED燈3只，LED液晶顯示屏一片4.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論狀態(tài)111顯示序列為1，狀態(tài)101顯示序列為1，狀態(tài)100顯示序列為0，狀態(tài)011顯示序列為1，狀態(tài)010顯示序列為0，狀態(tài)001顯示序列為1.5用74191芯片設(shè)計(jì)54進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器5.1設(shè)計(jì)原理用74191同步可逆計(jì)數(shù)功能設(shè)計(jì)54進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器（1） 寫出狀態(tài)的二進(jìn)制代碼 SN = S54=00110110（2） 求并行異步置數(shù)74LS191N(1) D0D1D2D3=011074LS191N(2) D0D1D2D3=11

13、00 741LS91的狀態(tài)表輸 入 輸 出 0 X X X 1 0 0 X X X X 加法計(jì)數(shù) 1 0 1 X X X X 減法計(jì)數(shù) 1 1 X X X X X X 保持5.2結(jié)果仿真（1） 計(jì)數(shù)初值（00110110）（2） 計(jì)數(shù)終值（0000001）再經(jīng)歷一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖(00000000暫態(tài))后返回到計(jì)數(shù)初值（00110110）如下圖所示圖6.1 54同步計(jì)數(shù)器的仿真5.3試驗(yàn)儀器5V電源兩個(gè)，CP脈沖一個(gè)，2.5V燈八個(gè)，74LS191芯片兩片，74LS00芯片一個(gè)，74LS04芯片一個(gè)，接地兩個(gè)，導(dǎo)線若干。5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)，74191芯片具有同步可逆計(jì)數(shù)功能。6設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) 通過對(duì)數(shù)電課程的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和制作，讓我對(duì)數(shù)電這門課程的理論知識(shí)有了一個(gè)更加深刻的印象。在對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，鍛煉了我的動(dòng)手的能力，以及對(duì)自己的細(xì)心能力有了一個(gè)提高。當(dāng)面臨實(shí)驗(yàn)仿真不成功的情況之下，同時(shí)又鍛煉了我的排除線路故障的能力。在對(duì)門電路的設(shè)計(jì)之中，對(duì)各種片子的功能有了一個(gè)深刻地記憶，在對(duì)以后的類似課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中會(huì)有很好的幫助。數(shù)電課程設(shè)計(jì)使我對(duì)數(shù)電這門課程的興趣大增，同模電課程一樣，在我們的日常生活中，隨處可見到各種各樣的東西用到了我們所學(xué)的數(shù)電知識(shí)，計(jì)數(shù)器，加法器，燈泡亮滅控制，搶答器