数电课设01011010脉冲序列发生器和十进制加法计数器

1、目录绪论 4一 . 计数器 4二. 串行序列信号的检测 5课 题 一 61 脉冲序列发生器（脉冲为 01011010） . 61.1 课程设计的目的： 61.2 设计过程： 6课 题 二 102 十进制加法计数器 102.1 课程设计的目的： 102.2 设计过程 10总结 15参考文献 15绪论一. 计数器计数器是用来累计时钟脉冲（ CP 脉冲）个数的时序逻辑部件。它是数字系 统中用途最广泛的基本部件之一， 几乎在各种数字系统中都有计数器。 它不仅可 以计数，还可以对 CP脉冲分频，以及构成时间分配器或时序发生器，对数字系 统进行定时、程序控制操作。此外，还能用它执行数字运算。 1、计数器的

2、特点：在数字电路中，把记忆输入 CP脉冲个数的操作叫做计数，能实现计数状态 的电子电路称为计数器。特点为 : （1）该电路一般为 Moore 型电路，输入端只有 CP信号。（2）从电路组成看，其主要组成单元是时钟触发器。2、 计数器分类1）按 CP脉冲输入方式，计数器分为同步计数器和异步计数器两种。同步计数器： 计数脉冲引到所有触发器的时钟脉冲输入端， 使应翻转的触发 器在外接的 CP脉冲作用下同时翻转。异步计数器 : 计数脉冲并不引到所有触发器的时钟脉冲输入端， 有的触发器 的时钟脉冲输入端是其它触发器的输出，因此，触发器不是同时动作。2）按计数增减趋势，计数器分为加法计数器、减法计数器和可

3、逆计数器三种。加法计数器：计数器在 CP 脉冲作用下进行累加计数（每来一个 CP 脉冲， 计数器加 1）。3）按数制分为二进制计数器和非二进制计数器两类。 二进制计数器：按二进制规律计数。最常用的有四位二进制计数器，计数 范围从 0000到 1111。异步加法的缺点是运算速度慢，但是其电路比较简单，因此对运算速度要 求不高的设备中， 仍不失为一种可取的全加器。 同步加法优点是速度快， 虽然只 比异步加法快千分之一甚至几千分之一秒， 但对于计数器来讲， 却是十分重要的。所以，在这个高科技现代社会中，同步二进制计数器应用十分广泛二 . 串行序列信号的检测序列信号是指在同步脉冲作用下循环地产生一串周

4、期性的二进制信号 . 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 一位码与预置数的对应码相同。设计中一般采用状态机来实现。信号发生器又称信号源或振荡器，它是指产生所需参数的电测试信号的仪 器。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 按信号波形可分为正弦信号、 函 数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。各种波形曲线均可以用 三角

5、函数方程式来表示。常见的有函数信号发生器。根据结构不同 , 它可分为反馈移位型和计数型两种 .1、移位型序列信号发生器 信号发生器又称信号源或振荡器，它是指产生所需参数的电测试信号的仪 器。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 按信号波形可分为正弦信号、 函 数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。各种波形曲线均可以用 三角函数方程式来表示。常见的有函数信号发生器。移位型序列信号发生器是由移位寄存器和组合电路两部分构成， 组合电路的输 出，作为移位寄存器的串行输入。 由 n 位移位寄存器构成的序列信号发生器所产 生的序列信号的最大长度为： P=2n2、计数型序列信号发生器计数型序列

6、信号发生器能产生多组序列信号 , 这是移位型发生器所没有的功 能. 计数型序列信号发生器是由计数器组成 .课题一 设计一周期性输出 01011010 的脉冲序列1.1 课程设计的目的：1、了解同步计数器的工作原理和逻辑功能。2、掌握计数器电路的分析、设计方法及应用3、熟悉设计过程和边沿 JK 触发器原理。1.2 设计过程1）状态转换图/0 /1 /0000 001 010 011/0 /1111 110 101 100 /1 /0 /1 图 1.1.1 01011010 脉冲序列的状态图排列： Q n2Q n1Qn0（2）选择触发器，求时钟方程，输出方程和状态方程选择触发器选用 3 个时钟下降

7、沿触发的边沿 JK触发器(1.2.2)(1.2.1)求时钟方程CP 0 CP1 CP 2 CP 0 1 2求输出方程由图 1.1.2 所示即可求出输出方程Y Q n2Q 0n Q 2nQ n0 Q 2n Q n0100 01 11 1001101001图 1.1.2 脉冲序列输出的卡诺图求状态方程根据图 1.1.1 所示状态图的规定，可画出如图 1.1.3 所示的计数器次态卡诺图0001010100011101110000111000111101n0图 1.1.3 脉冲序列次态卡诺图把图 1.1.3 所示卡诺图分解开， 便可得到如图 1.1.4 所示各个触发器次态卡诺图(a) Q n21 的卡

8、诺图(c) Q n01 的卡诺图图 1.1.4 各个触发器次态的卡诺图Q n01 Q n0Q n11 Q 1nQ 0n Qn1Q 0n(1.2.3)Qn1 QnQ nQn QnQn QnQn2 2 1 0 2 1 2 0（3）求驱动方程 JK触发器的特性方程为1.2.4 )1.2.5 )Qn 1 JQn KQn 比较式（ 1.2.3 ）、（1.2.4 ），即可得下列驱动方程：J0 K 0 1J1 K 1 Qn0J2 K 2 Q1nQn04）画逻辑电路图根据选用的触发器和时钟方程式（ 1.2.1 ）、输出方程式（ 1.2.2 ）及驱动方程（ 1.2.5 ），即可画出如图 1.1.5 所示的逻辑电

9、路图图 1.1.5 输出脉冲序列逻辑电路图课题二 设计十进制同步加法计数器2.1 课程设计的目的：1、了解同步计数器的工作原理和逻辑功能。2、掌握计数器电路的分析、设计方法及应用。3、熟悉设计过程和边沿 JK 触发器原理。2.2 设计过程1）结构示意框图和状态图结构示意框图图 2.2.1 （ a）所示是十进制同步加法计数器的结构示意框图， CP是输入加法计 数脉冲， C是送给高位的输出进位信号，当 CP到来时要求电路进行加法计数。十进制同步加法计数器CP输入加法计数脉冲C 输出进位信号a）/0 /0 /0 /00000 0001 0010 0011 0100/11001 1000 0111 0

10、110/0 0101/0/0 /0 /0排列：Q3nQ 2nQ1nQn0图 2.1.1 十进制同步加法计数器 （a）结构示意框图 （b） 状态图 状态图 根据题意可以列出如图 2.1.1 （b）所示的状态图。它准确地表达了当 CP不断到来时，进行递增计数。（2）选择触发器，求时钟方程、输出方程和状态方程选择触发器选用 4个时钟脉冲下降沿触发的 JK触发器，并用 FF 0、FF 1、FF2、FF3表示。 求时钟方程因要用同步电路，故时钟方程应为CP0 CP 1 CP2 CP3 CP （2.2.1）求输出方程根据图 2.2.1 （b）所示状态图的规定，可画出如图 2.2.2 所示的 C的卡诺图。

11、注意，无效状态对应的最小项可当成约束项，即 1010 1111 可作为约束项对 待。由图 2.2.2 所示卡诺图可直接得到C Q 3nQ 0n（2.2.2 ）011110000000000100 01 11 10图 2.1.2 输出进位信号 C 的卡诺图00先根据图 2.1.3求状态方程所示状态图的规定， 画出计数器次态 Q3nQ2nQn1Qn0 的卡诺图，如图2.1.2 所示。在分解开画出每一个触发器次态的卡诺图，如图 2.1.3 所示。00011110000100100100001101010110100001111001000000011110图 2.1.3 十进制同步加法计数器次态 Q

12、n31Qn21Qn11Q n01的卡诺图00011110000000101000011110(a)10（d）图 2.1.4 十进制同步加法计数器各触发器次态的卡诺图（a） Qn31的卡诺图 （b） Q n21的卡诺图 （c） Qn11的卡诺图 （d） Q n01的卡诺图 由图 2.1.4 所示各卡诺图，可得下列状态方程：Q n01 Q n0Q n11 Q n3Q 1nQ n0 Q n1Qn0Q n21 Q n2Q 1nQ 0n Q 2nQn1 Q 2nQ 0n（2.2.3 ）Q n31 Q n2Q 1nQ n0 Q n3Qn0（3）求驱动方程JK触发器的特性方程为Qn 1 JQn KQn（2.

13、2.4 ）写驱动方程比较（ 2.2.3 ）、（2.2.4 ），由图 2.1.4 所示的卡诺图即可写出驱动方程J0 K 0 1J Q3nQ0nK 1 Qn0J2 K 2 Q1nQ0n（2.2.5 ）J3 Qn2Q1nQ0nK 3 Qn04）画逻辑电路图11图 2.1.4 所示就是根据选择的触发器和时钟方程式 （2.2.1 ）、输出方程式（ 2.2.2 ） 及驱动方程式（ 2.2.5 ）画出的十进制同步加法计数器的逻辑电路图。12图 2.1.5 十进制同步加法计数器的逻辑电路图（5）检查电路能否自启动将无效状态 1010 - 1111 分别代入式（ 2.2.2 ）、（ 2.2.3 ）进行计算，结果如 下：/0/0/0/011111110010111011100 0011/0/0101110100101可见，在 CP操作下都能回到有效状态，电路能够自启动总结通过本次数字电路课程设计，我受益匪浅。不仅巩固我们已学的数字电 子技术的理论知识， 提高我们电子电路的设计水品， 而且加强我们综合分析问题 和解决问题的能力， 进一步培养我们的实验技能和动手能力， 启发我们创新意识 及创新思维。经过了一段时间的努力我终于完成了，从芯片的选择，再到设计与 实现。在这个过程中我学习到了很多在课本上不能学习到的知识， 对一个产品也 有了一个新的认识， 以前我都很