數(shù)電課設減法計數(shù)器串行序列檢測器

1、1課程設計的目的與作用12課程設計的任務及軟件multisim環(huán)境的介紹1設計任務12.2 軟件multisim環(huán)境介紹13 三位同步二進制減法計數(shù)器43.1 三位同步二進制減法計數(shù)器電路的理論分析44 串行序列檢測電路設計 (檢測序列1100)75 兩種方法設計序列信號發(fā)生器的設計105.1 第一種方法:計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器設計105.2 第二種方法：用D觸發(fā)器設計116 設計總結(jié)和體會157 參考文獻151課程設計的目的與作用隨著科技的進步和社會的發(fā)展，數(shù)字電路在各種電器中的應用越來越廣泛。0、1代碼的簡易變換能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的邏輯功能使得數(shù)字電路的實現(xiàn)效率很高。課程設計的目的是通過實際設計并搭

2、建一些簡易但典型的數(shù)字電路來加深對各邏輯器件邏輯功能的理解。課程設計能夠使我們更進一步理解課堂上所學的理論知識，同時又能鍛煉我們的動手能力和分析問題解決問題的能力。2課程設計的任務及軟件multisim環(huán)境的介紹設計任務本次課程設計的任務是利用所學的數(shù)字電路的理論知識，用觸發(fā)器、74LS00、74LS08等邏輯門在數(shù)字電路系統(tǒng)上設計并搭建001、010為無效狀態(tài)的三位同步二進制加法器以及串行序列111111的檢測電路，注意檢查其中的無效狀態(tài)能否自行啟動，若不能自啟進行相應的邏輯修改，直至符合設計要求。觀察并分析實驗結(jié)果，進行課程設計答辯2.2 軟件multisim環(huán)境介紹Multisim時加拿

3、大IIT公司開發(fā)的能夠進行電路設計、仿真和PCB板生成以及繪制機械CAD的軟件，能夠仿真世界上很多種測量和控制類儀器和儀表。雙擊桌面上的快捷方式進入軟件界面，如圖2.2.1所示：圖1.1 Multisim軟件界面新建電路設計文件，并單擊放“放置”或快捷方式放置所需的元器件，如圖2.2.2所示：圖1.2 放置元器件界面把所用到的元器件一一放到電路繪制界面中，然后再按所設計的原理圖用導線將各元器件連結(jié)起來，并對各個元器件進行適當?shù)恼{(diào)整，最后的電路效果圖如下圖1.2.3所示：圖1.3 繪制完成的電路圖電路建立完成之后點擊仿真按鈕進行實時仿真，利用虛擬軟件觀察并分析電路的各種參數(shù)，并適當?shù)倪M行參數(shù)調(diào)整

4、。仿真效果如圖1.2.4所示：圖1.4Multisim 仿真界面3 三位同步二進制減法計數(shù)器3.1 三位同步二進制減法計數(shù)器電路的理論分析（1）原始狀態(tài)圖的建立：.1所示：CPY三位二進制同步減法計數(shù)器輸入減法計數(shù)脈沖 輸出借位信號 設計框圖 /0 /0 /0 /0 /0 111 110 100 011 010 001/1 /Y 排列：Q2nQ1nQ0n.1減法器的狀態(tài)圖 （2）時鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程：由于JK觸發(fā)器功能齊全、使用靈活，本設計選用3個CP下降沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。采用同步方案，故取CP0= CP1= CP2= CP (CP 是整個設計的時序電路的輸入時鐘脈沖)。題中所給無效

5、狀態(tài)是000、101，其所對應的最小項和.1所示狀態(tài)圖所規(guī)定的輸出與現(xiàn)態(tài)之間的邏輯關系，可以直接畫出輸出信號Y的卡諾圖，如圖3.所示： Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 0 0 0× 0 0 0 1圖3.1.2 輸出Y的卡諾圖由以上卡諾圖可得輸出狀態(tài)方程為：Y= .1可得到電路次態(tài)Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡諾圖如圖3.1.3所示。再分解開便可得到如圖3.1.4所示各觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖。Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10××× 111 010001 011××× 110 100 0 1圖

6、3.電路次態(tài)Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡諾圖 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 0 0 0 × 1 1 0 1 (a) Q2n+1的卡諾圖 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 1 0 1 × 1 0 0 1(b) Q2n+1的卡諾圖 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1 0 1 1 × 0 0 0 1 (c) Q2n+1的卡諾圖圖3.各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，由圖3.所示各卡諾圖便可很容易地得到各狀態(tài)方程為：由觸發(fā)器的特性方程：Qn+1，變換狀態(tài)方程，使之與特性方程的形式一致便可得由以上各狀態(tài)

7、方程變換式比較觸發(fā)器特性方程可得各個觸發(fā)器的驅(qū)動方程為： , ; ; 根據(jù)所選用的觸發(fā)器和時鐘方程、驅(qū)動方程，便可以畫出如圖3.所示的邏輯電路圖。無效狀態(tài)為000、101，帶入驅(qū)動方程進行計算，結(jié)果如下： /0 000 111（有效狀態(tài)） /0101 111（有效狀態(tài)）所以設計電路能夠跳出無效狀態(tài)自行啟動，符合設計要求。圖3. 三位二進制減同步法器電路的邏輯電路圖4 串行序列檢測電路設計 (檢測序列1100)（1）分析：輸入變量：X代表輸入信號序列輸出變量：Z代表檢測結(jié)果，檢測到“1100”序列，輸出為1 。設置狀態(tài)：S0 初始狀態(tài)，電路還未接收到一個有效的1；S1 收到一個1后的狀態(tài)；S2

8、連續(xù)收到11以后的狀態(tài)；S3連續(xù)收到110以后的狀態(tài)；S4 連續(xù)收到1100以后的狀態(tài)。（2）電路的初始狀態(tài)為S0。在此狀態(tài)下，電路輸出Z=0，這時可能的輸入有A=0和A=1兩種情況。當CP脈沖相應邊沿到來時，若A=0，則是收到0，應保持在狀態(tài)S0不變，電路輸出Z=0；若A=1，表示電路收到一個1，則轉(zhuǎn)向狀態(tài)S1電路輸出Z=0。當狀態(tài)S1時，若A=0，則表明連續(xù)輸入編碼為10，轉(zhuǎn)向狀態(tài)S0，電路輸出Z=0；若A=1, 轉(zhuǎn)向狀態(tài)S2，電路輸出Z=0。當狀態(tài)S2時，若A=0，則表明連續(xù)輸入編碼為110，轉(zhuǎn)向狀態(tài)S3；若A=1，則表明連續(xù)輸入編碼為111，轉(zhuǎn)向狀態(tài)S2，電路輸出Z=0。當狀態(tài)S3時，

9、若A=0，則表明連續(xù)輸入編碼為1100，轉(zhuǎn)向狀態(tài)S4，輸出Z=1。若A=1，則表明連續(xù)輸入編碼為1101，轉(zhuǎn)向狀態(tài)S1，輸出Z=0。當狀態(tài)S4時，若A=0，則表明連續(xù)輸入編碼為10，轉(zhuǎn)向狀態(tài)S0，若A=1，則表明輸入編碼為1，轉(zhuǎn)向狀態(tài)S1。(3)根據(jù)上述分析，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表S0X 01S0S00S10S1S00S20S2S30S20S3S41S10S4S00S10由轉(zhuǎn)換表可知，S0和S4是等效狀態(tài)，進行狀態(tài)化簡，(4)狀態(tài)分配：分別用觸發(fā)器狀態(tài)的Q2Q1的00、01、10、11來表示S0、S1、S2、S3,則從狀態(tài)轉(zhuǎn)換表畫出電路次態(tài)和輸出的卡諾圖XQ2Q1 01S0(00)000010S1(0

10、1)000100S3(11)000011S2(10)110100電路次態(tài)輸出的卡諾圖Q2(n+1)Q2Q1XS000S101S311S2100000111010的卡諾圖Q1(n+1)Q2Q1XS000S101S311S2100000110101的卡諾圖ZQ2Q1XS000S101S311S2100001010000的卡諾圖由觸發(fā)器的特性方程：Qn+1，變換狀態(tài)方程，使之與特性方程的形式一致便可得,由此，可以得出輸出方程為：由以上各狀態(tài)方程變換式比較觸發(fā)器特性方程可得各個觸發(fā)器的驅(qū)動方程為：輸出方程：由此可以設計電路的原理圖（如下圖）圖3.2.1 1100序列檢測邏輯電路圖5 兩種方法設計序列信

11、號發(fā)生器的設計5.1 第一種方法:計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器設計（1）分析發(fā)生序列為00101101，由八進制計數(shù)器和八選一數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)。八進制計數(shù)器取74LS162的低三位；八選一數(shù)據(jù)選擇器用74LS151，輸出邏輯為反相輸出，列出其真值表：000001010011100101110111將74LS161的,分別接74LS152的地址輸入端,要在輸出端得到00101101脈沖序列，故所以 (2)仿真圖：圖5.1.1 序列信號發(fā)生器5.2 第二種方法：用D觸發(fā)器設計(1) 分析若脈沖序列有m位，用n個觸發(fā)器實現(xiàn)時，要求n，對于8位的脈沖序列，可以取n=3.（2）設計 為了避免出現(xiàn)競爭冒險問題，用8個

12、3位循環(huán)碼代表觸發(fā)器的8個狀態(tài)，每個對應輸出脈沖序列中的一位，畫出狀態(tài)圖，,為3個觸發(fā)器狀態(tài)，Y為輸出脈沖序列。 /0 /0 /1 000 001 011010/1 /0 100 101 111110 /0 /1 /1根據(jù)狀態(tài)圖畫出 ，/Y 的卡諾圖， Q1nQ0nQ2n 00 01 11 1000 0 1 01 1 1 0 1的卡諾圖 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 1001 1 1 00 0 1 0 1的卡諾圖 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10110 0 00 1 1 0 1的卡諾圖 Q1nQ0nQ2n 00 01 11 1000 1 0 10 1 1 0 1 Y的卡諾圖由

13、可得到電路次態(tài),和Y的方程，合并最小項，化簡得狀態(tài)方程為：輸出方程： 由D觸發(fā)器的特性方程：，CP 由此可得驅(qū)動方程為： 將驅(qū)動方程和輸出方程化為與非-與非式：根據(jù)所選用的觸發(fā)器和時鐘方程、驅(qū)動方程，便可以畫出如圖所示的邏輯電路圖。結(jié)果如下：仿真邏輯電路圖圖.2 D觸發(fā)器序列信號發(fā)生器電路原理圖圖5.2.3 集成D觸發(fā)器序列信號發(fā)生器6 設計總結(jié)和體會在這次課程設計中，我查閱了資料，詢問過老師，找出了自己在理論知識及實踐能力方面的欠缺和知識盲點。這樣既鍛煉了我的分析問題、解決問題和實踐的能力，又加深了我對課上老師所講理論知識的理解程度，使我的理論知識與實踐能力很好的結(jié)合起來了，對我是一個很大的提高。另外，在課程設計中遇到了很多困難，多次想過放棄，但我最終還是堅持下來并完成了課程設計，這給了我一個啟示，也是一種激勵，以后做任何事