數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)(六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器(無效態(tài)：001,101) )

1、成 績 評 定 表學(xué)生姓名*班級學(xué)號*專 業(yè)*課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)評語組長簽字：成績?nèi)掌?2014年 月 日課程設(shè)計(jì)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(jì)題目1、六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101） 2、基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(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)試串行序列檢測器。3) 采用multisim 仿真軟件建立復(fù)雜的計(jì)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(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

2、: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(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. 針對課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯。3. 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。指導(dǎo)教師：袁鳳蓮2014年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2014年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長：2014 年 月 日目 錄1.課程設(shè)計(jì)的

3、目的與作用42.設(shè)計(jì)任務(wù)42.1.六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101）52.2、串行序列檢測器的設(shè)計(jì)（檢測序列101011）52.3.基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程53 multisim軟件環(huán)境介紹54數(shù)據(jù)處理54.1六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101）的數(shù)據(jù)處理54.1.1狀態(tài)圖64.1.2 求輸出方程74.1.3卡諾圖74.1.4狀態(tài)方程和驅(qū)動方程84.1.5時(shí)鐘方程84.1.6電路圖84.1.7檢查自啟動94.2串行序列檢測器的設(shè)計(jì)（發(fā)生序列101011）94.2.1基本原理94.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖94.2.3理論分析及計(jì)算104.2.4運(yùn)

4、行結(jié)果分析104.2.5電路圖114.3基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程114.3.1利用同步置數(shù)端獲得24進(jìn)制計(jì)數(shù)器124.3.2求歸零邏輯-同步置數(shù)端控制信號的邏輯表達(dá)式134.3.3電路圖135 仿真結(jié)果分析135.1六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101）135.1.1結(jié)果分析135.1.2仿真結(jié)果145.2串行序列檢測器的設(shè)計(jì)（檢測序列101011）155.2.1結(jié)果分析155.2.2仿真結(jié)果155.3.基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程175.3.1結(jié)果分析175.3.2仿真結(jié)果176 設(shè)計(jì)總結(jié)187 參考文獻(xiàn)181.課程設(shè)計(jì)

5、的目的與作用（1） 鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識；（2） 實(shí)踐所掌握的電子制作技能；（3） 會運(yùn)用Multisim工具對所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測試,進(jìn)一步完善理論設(shè)計(jì)；（4） 通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料,熟悉常用電子器件的類型和特性,并掌握合理選用元器件的原則；（5） 掌握模擬電路的安裝測量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法,能力分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的正?；虿徽，F(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題；（6） 學(xué)會撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；（7） 培養(yǎng)實(shí)事求是,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴(yán)肅的工作作風(fēng)；（8）完成一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品，提高分析問題、解決問題的能力。2 設(shè)計(jì)任務(wù)一、計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)在數(shù)字電路中，把記憶

6、輸入CP脈沖個(gè)數(shù)的操作叫做計(jì)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的電子電路稱為計(jì)數(shù)器。它主要的特點(diǎn)是：（1）一般地說，這種計(jì)數(shù)器除了計(jì)數(shù)脈沖CP信號之外，很少有另外的輸入信號，其輸出通常也是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，是一種Moore型的時(shí)序電路，而輸入計(jì)數(shù)脈沖CP是當(dāng)作觸發(fā)器的時(shí)鐘信號對待的。（2）從電路組成來看，其主要組成單元是時(shí)鐘觸發(fā)器。計(jì)數(shù)器應(yīng)用十分廣泛，從各種各樣的小型數(shù)字儀表，到大型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，幾乎是無所不在的，是任何數(shù)字儀表到數(shù)字系統(tǒng)中不缺少的組成部分。2、 計(jì)數(shù)器的分類 按數(shù)的進(jìn)制分：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，N進(jìn)制計(jì)數(shù)器 按計(jì)數(shù)時(shí)是遞增還是遞減分：加法計(jì)數(shù)器，減法計(jì)數(shù)器，可逆計(jì)數(shù)器 按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)

7、是否同步分：同步計(jì)數(shù)器，異步計(jì)數(shù)器 按計(jì)數(shù)器中使用的開關(guān)元件分：TTL計(jì)數(shù)器，CMO計(jì)數(shù)器2.1.六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101）2.2、串行序列檢測器的設(shè)計(jì)（檢測序列101011）2.3.基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程3 multisim軟件環(huán)境介紹Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應(yīng)不同的應(yīng)用

8、場合， 了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。 Multisim推出軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度自如使用。界面由多個(gè)區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對電路進(jìn)行相應(yīng)的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。4數(shù)據(jù)處理4.1六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101）的數(shù)據(jù)處理此題給定的是時(shí)序邏輯電路，待求的是狀態(tài)表，狀態(tài)圖或時(shí)序圖1、 分析的一般步驟：（1） 寫方程式。其中包括有時(shí)鐘方

9、程，輸出方程，驅(qū)動方程（2） 求狀態(tài)方程。把驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，就可求出時(shí)序電路的狀態(tài)方程，也就是各個(gè)觸發(fā)器次態(tài)輸出的邏輯表達(dá)式，因?yàn)槿魏坞娐窌r(shí)序電路的狀態(tài)，都是由組成該時(shí)序電路的各個(gè)觸發(fā)器來記憶和表示的。（3） 進(jìn)行計(jì)算。把電路輸入和現(xiàn)態(tài)的各種可能值，代入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行計(jì)算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出。注意： A、狀態(tài)方程有效的時(shí)鐘條件，凡不具備時(shí)鐘條件者，方程式無效，起保持作用。 B、電路的現(xiàn)態(tài)，就是組成電路的各個(gè)觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)的組合。 C、不能漏掉任何可能出現(xiàn)的現(xiàn)態(tài)和輸入的取值。 D、現(xiàn)態(tài)的起始值如果定了，則可以從給定值開始依次進(jìn)行計(jì)算，倘若未給定，那么就可以從自己設(shè)定的起

10、始值開始依次計(jì)算。（4） 畫狀態(tài)圖或列狀態(tài)表，畫時(shí)序圖。注意： A、狀態(tài)轉(zhuǎn)換是將現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)，不是將現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到現(xiàn)態(tài)，更不是將次態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)。 B、輸出是現(xiàn)態(tài)和輸入的函數(shù)，不是次態(tài)和輸入的函數(shù)。 C、畫時(shí)序圖是要明確，只有當(dāng)cp觸發(fā)沿到來時(shí)才會更新狀態(tài)，否則只會保持原狀態(tài)不變。（5） 電路功能說明。一般情況下，用狀態(tài)圖或狀態(tài)表就可以反映電路的工作特性。 4.1.1狀態(tài)圖狀態(tài)圖當(dāng)中又分為有效狀態(tài)和無效狀態(tài)，有效循環(huán)和無效循環(huán)：A、有效狀態(tài)：在時(shí)序電路中，凡是被利用了的狀態(tài)，都叫做有效狀態(tài)B、有效循環(huán)：在時(shí)序電路中，凡是有效狀態(tài)形成的循環(huán)，都稱為有效循環(huán)C、無效狀態(tài)：在時(shí)序電路中，凡是沒有被利用的

11、循環(huán)，都稱為無效狀態(tài)D、無效循環(huán)：如果無效狀態(tài)形成了循環(huán)，那么稱這種循環(huán)為無效循環(huán) 因?yàn)榇祟}有兩個(gè)無效狀態(tài)，則將三位二進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器去除兩個(gè)無效狀態(tài)就可以了，狀態(tài)圖如下:圖4.1 六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖4.1.2 求輸出方程 可以從狀態(tài)圖中規(guī)定的輸出與現(xiàn)態(tài)和輸入的邏輯關(guān)系寫出輸出信號的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式，用公式法求其最簡表達(dá)式，如果狀態(tài)圖畫出的輸出信號的卡諾圖，再用圖形法求最簡表達(dá)式當(dāng)然也行，注意，無效狀態(tài)對應(yīng)的最小項(xiàng)應(yīng)該當(dāng)成約束項(xiàng)處理，因?yàn)樵陔娐氛９ぷ鲿r(shí)，這些狀態(tài)是不會出現(xiàn)的。 此題中的無效狀態(tài)為001，101，便可將它們當(dāng)成約束項(xiàng)處理: 4.1.3卡諾圖 采用同步方案時(shí)，可畫出卡諾圖，再用

12、圖形法求出次態(tài)的最簡與或表達(dá)式。不管使用哪種方法，都要盡量利用約束項(xiàng)-無效狀態(tài)所對應(yīng)的最小項(xiàng)進(jìn)行化簡。約束項(xiàng)的確認(rèn)：電路無效狀態(tài)對應(yīng)的最小項(xiàng)可以當(dāng)成約束項(xiàng)處理，這和同步方案中的情況沒有區(qū)別，而且對于各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)函數(shù)都適用。約束項(xiàng)的應(yīng)用：在求狀態(tài)方程時(shí)，要充分地利用約束項(xiàng)進(jìn)行化簡，特別是在求某些刻不具備時(shí)鐘條件的觸發(fā)器的次態(tài)方程時(shí)。圖4.2 六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器卡諾圖4.1.4狀態(tài)方程和驅(qū)動方程求驅(qū)動方程時(shí)要注意；1.變換狀態(tài)方程時(shí)，使之具有和觸發(fā)器特性方程相一致的表達(dá)式形式2.與特性方程進(jìn)行比較，按照變量相同，系數(shù)相等，兩個(gè)方程必等的原則，求出驅(qū)動方程。 4.1.5時(shí)鐘方程 下降沿有效4.1.

13、6電路圖圖4.3 六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器邏輯電路圖4.1.7檢查自啟動能自啟動與不能自啟動：A、能自啟動：在時(shí)序電路中，雖然存在無效狀態(tài)，但它們沒有形成無效循環(huán)，這樣的時(shí)序電路就是能自啟動。B、不能自啟動：在時(shí)序電路中，有無效狀態(tài)存在，它們又形成了循環(huán)，這樣的時(shí)序電路便是不能夠自啟動的。 因?yàn)?01與101這兩個(gè)無效狀態(tài)，在代入方程式中能夠分別得到111和011，這就說明它們進(jìn)入了有效循環(huán)中，所以能夠自啟動。4.2串行序列檢測器的設(shè)計(jì)（發(fā)生序列101011）4.2.1基本原理在數(shù)字信號的傳輸和數(shù)字系統(tǒng)的測試中，有時(shí)需要用到一組特定的串行數(shù)字信號。通常把這種串行數(shù)字信號叫做序列信號。產(chǎn)生序列信號的電路

14、成為序列信號發(fā)生器。4.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖序列信號發(fā)生器 CPF 輸入脈沖檢測序列輸出4.2.3理論分析及計(jì)算F的卡諾圖： Qn+1=J+QnF=+Q0n 4.2.4運(yùn)行結(jié)果分析燈的亮滅情況：0001(滅滅滅亮)->1110（亮亮亮滅）->1101（亮亮滅亮）->1000（亮滅滅滅）->0111（滅亮亮亮）->0101（滅亮滅亮）->0001（滅滅滅亮）4.2.5電路圖從得到的驅(qū)動方程選用74LS112觸發(fā)器芯片和相應(yīng)的門電路芯片進(jìn)行電路的連接。圖4.6 檢測序列101011的邏輯電路圖4.3基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程 一、

15、集成計(jì)數(shù)器一般都是設(shè)置有清零輸入端和置數(shù)輸入端，而且無論是清零還是置數(shù)都有同步和異步之分，有是集成計(jì)數(shù)器采用同步方式-當(dāng)CP觸發(fā)沿到來時(shí)才能完成清零或置數(shù)任務(wù)，有的則采用異步方式-通過時(shí)鐘觸發(fā)器異步輸入端實(shí)現(xiàn)清零或置數(shù)，與CP信號無關(guān)。 二、74163具有以下功能：（1） 同步清零功能。 當(dāng)時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。（2） 同步并行置數(shù)功能。 當(dāng)時(shí)，在CP時(shí)，并行輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)器，使（3） 二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)功能。 當(dāng)時(shí)，在,則同步計(jì)數(shù)器對CP的信號按照8421編碼進(jìn)行加法計(jì)數(shù)（4） 保持功能。 當(dāng)時(shí)，若，則計(jì)數(shù)器將保持原來狀態(tài)不變。 輸入 輸出 注CR LD CTP CTT CP D0 D1 D2

16、D3 D4 Q0n+1 Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1 CO0 × × × × × × ×1 0 × × d0 d1 d2 d31 1 1 1 × × × ×1 1 0 × × × × × ×1 1 × 0 × × × × × 0 0 0 0 d0 d1 d2 d3計(jì)數(shù)保持保持 0 0置數(shù)CO=CTT·Q3nQ2nQ1nQ0n CO=

17、Q3nQ2nQ1nQ0n CO=CTT·Q3nQ2nQ1nQ0n（5）74163狀態(tài)表圖4.7 74163狀態(tài)表4.3.1利用同步置數(shù)端獲得24進(jìn)制計(jì)數(shù)器 4.3.2求歸零邏輯-同步置數(shù)端控制信號的邏輯表達(dá)式 4.3.3電路圖圖4.8 設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖5 仿真結(jié)果分析 5.1六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101）5.1.1結(jié)果分析 六進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，101）所做的結(jié)果就是三位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器中抽掉兩個(gè)無效狀態(tài)，又由于用的是數(shù)碼管，所以結(jié)果就可以清晰的展示出來:000;111;110;100;011;010.5.1.2仿真結(jié)果 圖5.1 六

18、進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的初狀態(tài)000圖5.2六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的下一狀態(tài)111圖5.3六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的下一狀態(tài)110圖5.4六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的下一狀態(tài)100圖5.5六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的下一狀態(tài)011圖5.6六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的下一狀態(tài)0115.2串行序列檢測器的設(shè)計(jì)（檢測序列101011）5.2.1結(jié)果分析 這是一個(gè)檢測序列發(fā)生器，檢測的是序列101011，從低位到高位開始檢測，結(jié)果將按照前面撰寫的狀態(tài)圖進(jìn)行變換。5.2.2仿真結(jié)果圖5.7檢測序列101011的原始狀態(tài)0/000圖5.8檢測序列101011的初狀態(tài)1/001圖5.9檢測序列101011的下一狀態(tài)1/010圖5.10檢測序列101011的下一狀態(tài)0/011圖5.11檢測序列101011的下一狀態(tài)1/100圖5.12檢測序列101011的下一狀態(tài)0/101圖5.13檢測序列101011的下一狀態(tài)1/1105.3.基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器并顯示計(jì)數(shù)過程5.3.1結(jié)果分析 運(yùn)用的是兩片74163芯片進(jìn)行級聯(lián)，組成2