数字电子技术课程设计-计数器电路的分析.docx

安徽农业大学经济技术学院数字电子技术课程设计报告书课题名称 计数器电路的分析 姓 名学 号 院、系、部 信息与计算机系专 业 电子信息工程指导教师 2016年 12 月 20 日1 Multisim软件环境介绍：Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。一、 Multisim的主窗口界面。 启动Multisim 10后，将出现如图所示的界面。二、 菜单栏 菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。三、 工具栏 Multisim 2010提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。 顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。2 课程设计的目的与作用一课程设计的目的1） 掌握数字电子技术在实际生活中的应用；2） 更加深刻了解数字电子知识体系；3） 通过本次设计熟悉软件平台、图形和文本输入、编辑、及仿真4） 掌握计数器电路的分析，设计方法及应用； 5）学会正确使用JK触发器；二 课程设计的作用 1） 学会了分析仿真结果的正确性，与理论计算值进行比较； 2）通过课程设计，加强了动手，动脑的能力；3 课程设计的任务 1） 三位二进制减法计数器（无效态：000,101） 2) 串行序列检测器（检测序列：1100） 3） 基于74191芯片仿真设计163进制减法计数器4 三位二进制减法计数器的设计（无效态：000，101）4.1 三位二进制减法计数器的设计原理计数器是利用统计脉冲个数的电路，是组成数字电路和计算机电路的基本时序部件，计数器按长短可分为：二进制，十进制和N进制计数器。计数器不仅有加法计数器，也有减法计数器。如果一个计数器既能完成累加计数的功能，又能完成递减的功能，则称其为可逆计数器。同步计数器：当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器都是同时翻转的计数器，叫做同步计数器。4.2 三位二进制减法计数器的设计过程1） 总体设计过程时序逻辑问题状态赋值状态转换图（表）检查能否自启动逻辑图最简逻辑表达式选定触发器类型图4.2（a）设计流程图2）减法器的状态图如下4.2（b）（无效态：000,101）/0/0/0/0/0/1111110100011010001 排列顺序： /Y 图4.2(b)3) 选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程及驱动方程 a 选择触发器： 由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用3个下降沿JK触发器，本实验中选用74LS112D芯片。 b 求时钟方程： 本实验中采用同步计数故 CP0=CP1=CP2=CPc 求输出方程： 本实验给的无效态为000、101 对应最小项为和Q0nQ1nQ2n 由图4.2（b）所示状态图所规定的输出与现态之间的逻辑关系，可以直接画出输出信号Y的方程 d 求状态方程： 根据输出信号的卡诺图可得到上述三触发器的卡诺图 由图4.2（b）状态图可直接写出的卡诺图如图4.2（c）Q1nQ0nQ2n000111100XXX1110100011011XXX110100图4.2（c）次态Q2n+1Q1n+1Q0n+1卡诺图Q1nQ0nQ2n000111100x10010x11图4.2（d）次态的卡诺图Q1nQ0nQ2n000111100x11011x10图4.2（e）次态的卡诺图Q1nQ0nQ2n000111100x10111x00图4.2（f）次态的卡诺图根据三个次态的卡诺图可得触发器的状态方程：Q0n+1=Q1n+Q2n Q0nQ1n+1=Q1n+Q0n Q1nQ2n+1=Q1n Q0n+Q2n Q1ne 求驱动方程： 变换状态方程，并比较特性方程求驱动方程：J0=Q1nQ2n K0=Q1nJ1=1 K1=Q0nj2=Q1n Q0n K2=Q1nQ1nQ0n4)画逻辑电路图：图4.2（g）逻辑连线图5）仿真结果图4.2（h）仿真111图4.2（i）仿真1106） 检查能否自启动：000101 111 无效态没有形成循环，所以能自启动。7）实验结论： 经过实验可知，满足时序图的变化，且可以进行自启动。5 串行序列检测器设计过程（检测序列：1100） 5.1 检测器的原理：序列检测器可用于检测一组或多组由二进制码组成的脉冲序列信号，当序列检测器连续收到一组串行二进制码后，如果这组码与检测器中预先设置的码相同，则输出1，否则输出0。由于这种检测的关键在于正确码的收到必须是连续的，这就要求检测器必须记住前一次的正确码及正确序列，直到在连续的检测中所收到的每一位码都与预置数的对应码相同。在检测过程中，任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测。5.2 检测器的设计过程：串行序列信号发生器的总体框图:串行序列信号发生器CP Y输入脉冲 串行序列输出图5.2(a)串行序列信号发生器的总体框图1） 进行逻辑抽象建立原始状态图2） 进行状态分配，画出用二进制数编码后的状态表3） 画出串行数据检测的状态图： 0/10/01/01/00/0000111 100/01/01/0图5.2（b）串行检测器状态图4） 选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和驱动方程 a 选用两个CP下降沿触发的边沿JK触发器； b 采用同步故 =CPc 求输出方程： 由状态图可见Y=XQ0nQ1nb 求状态方程： 按图5.2（b）所示状态图得规定，可画出如图5.2(c)所示的电路次态的卡诺图Q0nQ1nX000111100000110000触发器的次态卡诺图可根据上图分解得Q0nQ1n010011110010Q0nQ1n01001101图5.2（d）图5.2（e）Q0nQ1n01011100图5.2（f）e 求状态方程 由图5.2（d）、5.2（e）、5.2（f）得状态方程为Q1n+1=Q0nQ0n+1=Q1nf 求驱动方程： 变换状态方程，并比较特性方程求驱动方程：J0=Q1n K0=Q1nJ1=Q0n K1=Q0n5） 画逻辑电路图如下图5.2（g）图5.2（g）6) 仿真结果：图5.2（h) (输入1)图5.2（i） （输入1）图5.2（j） (输入0)图5.2（k） (输入0)7）所设计的检测器均为有效态。有上图可见，设计的电路能够良好的运行。6 基于74191芯片仿真设计163进制减法计数器并显示计数过程6.1 设计原理：1）74191功能表2） 获得N进制计数器常用的方法有两种：一是用时钟触发器和门电路进行设计；二是用集成计数器构成。计数器一般都设置有清零输入端和置数输入端，而且无论是清零还是置数都有同异步之分6.2 设计过程：1）求及（采用同步置数）SN-1=S12-1=S11=10100010LD=Q1+Q5+Q72）画连线图如下图6.2（a）图6.2（a）（所记数 162）3) 仿真结果：图6.3（a) (所记数位161)图6.3（b） （所记数 121）7 设计总结和体会 通过数字电子技术课程设计的学习与实践我们能更好的了解相关数字元件的功能，并会设计相关电路。在设计过程中要有探索精神，遇到问题要勤于尝试敢于发现错误并改正错误。同时要注重和同学的交流合作达到相互进步，共同成长的目的。我还学会了把平时学习的理论知识和实际操作很好的联系起来，增强了自己的电路设计能力，初步形成了软件工程理念，对自己所学的知识有了更清晰的认识。同时意识到了自己今后学习的大方向。我意识到在以后的学习中，自己必须加强对新生事物的探索能力，要尝试独立完成一些基本学习内容。要注重细节,在不断的学习中培养严谨的求学态度,严格要求自己,认真对待学习中遇到的问题。同时通过本课程设计，使更深更精地了解数字电子技术的基础知识，电路分析与计算的基本方法，通过利用Mul