數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)(1六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器(無(wú)效態(tài)：010,111)3用集成芯片設(shè)計(jì)26進(jìn)制加法器并顯示)綜述

1、成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名*班級(jí)學(xué)號(hào)*專業(yè)*課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?013年7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(jí)學(xué)號(hào)*課程設(shè)計(jì)題目1.六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器（無(wú)效態(tài)：010，111） 3.用集成芯片設(shè) 計(jì)26進(jìn)制加法器并顯示實(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)試六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。2）米用實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)、連接、串行序列發(fā)生器。3）米用multisim仿真軟件建立復(fù)雜的計(jì)數(shù)器電路模型；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

2、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(cè)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(kù)。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 . 12 設(shè)計(jì)任務(wù) . 12.1

3、 同步計(jì)數(shù)器 . 12.2 串行序列信號(hào)發(fā)生器 12.3 設(shè)計(jì)集成芯片計(jì)數(shù)器 . 23 設(shè)計(jì)原理 23.1 同步計(jì)數(shù)器 . 23.2 串行序列信號(hào)發(fā)生器 . 33.3 集成芯片計(jì)數(shù)器 . 34 實(shí)驗(yàn)步驟 34.1 同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) . 34.2 串行序列發(fā)生器 . 74.3 用集成芯片設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器 . 115 設(shè)計(jì)總結(jié) 136 參考文獻(xiàn) 13IV1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用1）了解同步計(jì)數(shù)器及序列信號(hào)發(fā)生器工作原理， 會(huì)用分立的或集成的芯片設(shè)計(jì)并調(diào)試 相應(yīng)的電路。2）掌握計(jì)數(shù)器電路的分析， 設(shè)計(jì)及應(yīng)用，可以用相應(yīng)的實(shí)物芯片及實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單 地計(jì)數(shù)器。3）掌握序列信號(hào)發(fā)生器的分析，設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。4

4、）掌握用集成芯片設(shè)計(jì) N 位計(jì)數(shù)器的方法。5）鍛煉同學(xué)們的動(dòng)手能力，通過(guò)理論與實(shí)際的聯(lián)系增強(qiáng)同學(xué)們對(duì)理論知識(shí)的理解。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 同步計(jì)數(shù)器（ 1） 設(shè)計(jì)一個(gè)六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器（無(wú)效態(tài)： 010，111）。（ 2） 在實(shí)驗(yàn)中選用合適的觸發(fā)器，組合電路可以選用與非門或與非門。（ 3） 根據(jù)同步計(jì)數(shù)器原理設(shè)計(jì)相應(yīng)的加法計(jì)數(shù)器電路圖。（ 4） 根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖用 Multisim 進(jìn)行仿真，并且調(diào)試電路發(fā)現(xiàn)電路中的錯(cuò)誤并加 以改正。（ 5） 檢查無(wú)誤后用數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱及相應(yīng)的元件及導(dǎo)線連接實(shí)物電路，并測(cè)試電路 功能。2.2 串行序列信號(hào)發(fā)生器1）設(shè)計(jì)一個(gè)序列信號(hào)發(fā)生器，其中序列為（ 0

5、10100）2）實(shí)驗(yàn)中選擇合適的芯片，可以選用與非門和與門。3）根據(jù)串行序列發(fā)生器原理設(shè)計(jì)串行序列發(fā)生器原理圖4）根據(jù)電路原理圖使用 Multisim 進(jìn)行仿真。5）檢測(cè)電路功能，確保電路可以正常工作。2.3設(shè)計(jì)集成芯片計(jì)數(shù)器(1) 用集成芯片設(shè)計(jì)一個(gè)26進(jìn)制加法器并顯示。(2) 根據(jù)要求選用適當(dāng)?shù)男酒?3) 在選好的芯片的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電路。(4) 在Multisim軟件環(huán)境下進(jìn)行仿真，調(diào)試電路確保電路連接正確(5) 檢測(cè)電路的功能。3設(shè)計(jì)原理3.1同步計(jì)數(shù)器(1) 廣義的講，一切可以完成計(jì)數(shù)工作的器物都是計(jì)數(shù)器。在數(shù)字電子技術(shù)中，計(jì)數(shù)器 是用來(lái)統(tǒng)計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路，是組成數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)電

6、路的基本時(shí)序部件。 計(jì)數(shù)器按長(zhǎng)度可分為：二進(jìn)制，十進(jìn)制和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器不僅有加法計(jì)數(shù) 器，也有減法計(jì)數(shù)器。如果一個(gè)計(jì)數(shù)器既能完成累加技術(shù)功能， 也能完成遞減功能， 則稱其為可逆計(jì)數(shù)器。在同步計(jì)數(shù)器中，多個(gè)觸發(fā)器共用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)是計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)的輸入端。(2) 時(shí)序電路的分析過(guò)程：根據(jù)給定的時(shí)序電路，寫出各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程，輸出方程, 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程帶入觸發(fā)器特征方程，得到每個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程：再根據(jù)給定初態(tài), 一次迭代得到特征轉(zhuǎn)換表，分析特征轉(zhuǎn)換表畫出狀態(tài)圖。(3) 設(shè)計(jì)過(guò)程如下：選定觸發(fā)器類型廠檢查能否自啟時(shí)序邏狀態(tài):、狀態(tài)轉(zhuǎn)換nJ最簡(jiǎn)邏邏輯圖”輯問(wèn)題，賦值.冬(表)JL輯表

7、達(dá)科表達(dá)I ”11圖1同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)流程3.2串行序列信號(hào)發(fā)生器(1) 串行序列發(fā)生器可以用于產(chǎn)生一列按照高低電平的不同順序排列的脈沖信號(hào)的電 路。(2) 在觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器電路中，每一個(gè)狀態(tài)都可以對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出值，可以將各個(gè)不 同的輸出值作為脈沖信號(hào)的輸出。(3) 在觸發(fā)器的基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)狀態(tài)設(shè)一個(gè)相應(yīng)的輸出值，并且求出相應(yīng)的輸出方程。 當(dāng)計(jì)數(shù)器按照脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)，輸出值按照設(shè)計(jì)值輸出高低電平，便可以得到脈沖 信號(hào)。3.3集成芯片計(jì)數(shù)器(1) 選擇相應(yīng)的集成芯片。(2) 根據(jù)計(jì)數(shù)器位數(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的連線，選擇相應(yīng)的置零端。把計(jì)數(shù)位數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 把為1的端口找出來(lái)連接到與非門上在接到置零

8、端。4實(shí)驗(yàn)步驟4.1同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)(1) 根據(jù)要求狀態(tài)圖如下：/0 /0 /0 /0 /0000 001011106-01 -110A/1排列：q；q；q0圖2加法器的狀態(tài)圖(2) 選擇觸發(fā)器、求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程： 選擇觸發(fā)器：在所有觸發(fā)器中J、K觸發(fā)器功能齊全、使用靈活。在此選用 J、K觸發(fā)器(實(shí)驗(yàn)連接 實(shí)物時(shí)用兩個(gè)74LS112芯片)。 求時(shí)鐘方程：采用同步時(shí)鐘，所以?。篊P = CR = CR = CF2 求輸出方程：A 確定約束項(xiàng)：由所給計(jì)數(shù)要求可得，無(wú)效狀態(tài)為oio、iii。對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)Q；Q；Q?、Q；QnQ；為 約束項(xiàng)。B .求狀態(tài)方程：根據(jù)狀態(tài)圖，由現(xiàn)態(tài)及對(duì)應(yīng)的次

9、態(tài)列出關(guān)于 Q；、Q；、Qo次態(tài)卡諾圖如下：01001011100XXX101110XXX0001110圖3次態(tài)q2+1 q；+1 qT的卡諾圖上圖為整體上列出的卡諾圖，要求狀態(tài)方程必須要分別列出Q；、Q；、Q對(duì)應(yīng)的次態(tài)的卡諾圖。根據(jù)卡諾圖進(jìn)行化簡(jiǎn)求出相應(yīng)的次態(tài)表達(dá)式，并且還要化成和特性 方程相關(guān)的形式以便求出驅(qū)動(dòng)方程。Q；、Q；、Qo 對(duì)應(yīng)的次態(tài)卡諾圖如下:(b)Qin+1卡諾圖QinQ0nr 1、1J0X11 J0X0(c) Q0n+1卡諾圖01 11 10圖4各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，由圖4所示的各個(gè)觸發(fā)器的卡諾圖可以得到狀態(tài)方程如下:(錯(cuò)誤!！未找到引用源7 錯(cuò)誤！未找到引用源。I錯(cuò)誤

10、！未找到引用源。C.求驅(qū)動(dòng)方程：J 、K觸發(fā)器的特性方程為：I錯(cuò)誤！未找到引用源7與上式中狀態(tài)方程相比較可以得到驅(qū)動(dòng)方程如下：,錯(cuò)誤！未我到引用源。，一錯(cuò)誤！未找到引用源。誤！未找到引用源。(有效狀態(tài))111000(有效狀態(tài))能夠自啟動(dòng)。(5) 實(shí)驗(yàn)儀器 、數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)箱一個(gè) 、萬(wàn)用表一個(gè) 、集成芯片：74LS112兩片、74LS00一片 、導(dǎo)線若干(6) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，電路滿足時(shí)序圖變化，并且可以自啟動(dòng)。4.2串行序列發(fā)生器（無(wú)（1）根據(jù)串行序列發(fā)生器的要求，正好六個(gè)狀態(tài)?？梢栽诹M(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 效狀態(tài)是：000、100）的基礎(chǔ)上加一個(gè)輸出狀態(tài)。（2）狀態(tài)表如下：表1編碼后

11、的狀態(tài)表Q；Q1nQo丫001001010110101111001110（2）狀態(tài)圖如下：/0 /1 /0 /1001010葉一 101110111/0 /0圖6串行序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)（檢測(cè)序列 010100）狀態(tài)圖（3）根據(jù)上圖可以列出關(guān)于丫的輸出狀態(tài)卡諾圖如下：Q；0111100X001X100圖7 Y的卡諾圖(4) 根據(jù)以上卡諾圖化簡(jiǎn)可以得到 Y的表達(dá)式：丫二 Q；Q q；q：二 Q；Q；q；Q；(5) 求輸出方程：A 確定約束項(xiàng)：由所給計(jì)數(shù)要求可得，無(wú)效狀態(tài)為000、100。對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng) QnQn、q；Q：Q；為 約束項(xiàng)。B .求狀態(tài)方程：根據(jù)狀態(tài)圖，由現(xiàn)態(tài)及對(duì)應(yīng)的次態(tài)列出關(guān)于 Q；、Q

12、：、Q0次態(tài)卡諾圖如下：01Q000011110XXX010101011110001111圖8次態(tài)Q；+1 Q1n+1 Q：+1的卡諾圖上圖為整體上列出的卡諾圖，要求狀態(tài)方程必須要分別列出Q；、Qn、Qo對(duì)應(yīng)的次態(tài)的卡諾圖。根據(jù)卡諾圖進(jìn)行化簡(jiǎn)求出相應(yīng)的次態(tài)表達(dá)式，并且還要化成和特性方程 相關(guān)的形式以便求出驅(qū)動(dòng)方程。Q；、Qn、&對(duì)應(yīng)的次態(tài)卡諾圖如下：n0 00 0111 10000 0111100廣11、X0JJ(a) Q0+卡諾圖r X1、01X101-(b) Qin+1卡諾圖n0(c) q2 1卡諾圖Q1nQoQinQ； 1Q1nQoQ2nQinQnQ；Q；Q圖9各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，

13、由圖4所示的各個(gè)觸發(fā)器的卡諾圖可以得到狀態(tài)方程如下:Qo Qg Qg15c .求驅(qū)動(dòng)方程:J 、K觸發(fā)器的特性方程為:Qn1JQn KQ與上式中狀態(tài)方程相比較可以得到驅(qū)動(dòng)方程如下:J。= Q：廣J = 1廠 彳YK。= Q：1K1七I1I2(6)實(shí)驗(yàn)接線圖如下:J2二 QonQ1n二 QonQin圖10串行序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)(檢測(cè)序列 010100)的邏輯電路圖(1) (7)經(jīng)檢測(cè)，當(dāng)開關(guān)S1a開合產(chǎn)生脈沖時(shí)小燈泡會(huì)按照 010100序列亮暗。即電路可以產(chǎn)生010100序列的脈沖序列。脈沖序列如下圖所示:示波器-X&C1-y圖11串行序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)(檢測(cè)序列 010100)的檢測(cè)波形圖4.3用

14、集成芯片設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器(1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，要設(shè)計(jì)26進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在此選用74LS161芯片做26進(jìn)制計(jì)數(shù)器(2) 芯片功能介紹：74LS161狀態(tài)表：表2 74LS161芯片的狀態(tài)表輸入輸出注41Q1n41Q；41COCRLDCTP CT T CPD 0 D 1 D 2 D 3QnqT清零置數(shù)0xxxx x x x x00 0 0010xxt d 0 d 1 d 2 d 3d0 d 1 d 2d 3CO = CTT QnQ；Q；Q31111x x x x計(jì)數(shù)110xx x x x x保持cq01q；q21q3111x0x x x x x保持0cqMQ21Q31異步清零功能當(dāng)CR=O時(shí)，計(jì)數(shù)器清零

15、。從表中可以看出，在 CR=O時(shí)，其他輸入信號(hào)都不起作用， 由時(shí)鐘觸發(fā)器的邏輯特性知道，其異步輸入端信號(hào)是優(yōu)先的，CR=O正是通過(guò)Rd復(fù)位計(jì)數(shù) 器也即是異步清零的。 同步并行置數(shù)功能當(dāng)CR=1、LD =0時(shí)，在CP上升沿操作下，并行輸入數(shù)據(jù) doddds進(jìn)入計(jì)數(shù)器，使 Q0lQ；Q；Qn=dod1d2d3。 二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)功能當(dāng)Cr = LD =1時(shí)，若CTt二CFP =1，則計(jì)數(shù)器對(duì)CP信號(hào)按照8421編碼進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。 保持功能當(dāng)CR = LD=1時(shí)，若錯(cuò)誤！未找到引用源。，則計(jì)數(shù)器將保持原來(lái)狀態(tài)不變。對(duì)于進(jìn)位輸出信號(hào)有兩種情況，如果 CTt =0，那么CO =0;若是CTt =1，則

16、CO二Qo Qi Q2Q3。（3）實(shí)驗(yàn)中選CR異步清零端清零。由于是26進(jìn)制計(jì)數(shù)器，錯(cuò)誤！未找到引用源。那么置零信號(hào)表達(dá)式CR=錯(cuò)誤！未找到引用源。計(jì)數(shù)時(shí)LD=i、CTT=CPp=i。（4）設(shè)計(jì)電路圖如下：U3AU5U4TLSION-CLR-LOADENT RCOENPcoIEuQCQU174LS161Dootf Hzu MTU!Ccu c0unU27LS161DVCC圖12 26進(jìn)制加法器的邏輯電路圖（5）經(jīng)過(guò)仿真，以上電路隨著脈沖信號(hào)的加入，計(jì)數(shù)器按照26個(gè)數(shù)進(jìn)行循環(huán)，符合26進(jìn)制計(jì)數(shù)器的要求。5 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)本次數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我對(duì)常用邏輯元件（如74LS112、74LS161、74LS0

17、8、74LS00等）、數(shù)字電路的分析與設(shè)計(jì)有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和了解。同時(shí)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我 對(duì)所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)有了更進(jìn)一步的鞏固，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及 其相關(guān)專業(yè)知識(shí)打下跟堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的一個(gè)重 要環(huán)節(jié)，對(duì)鞏固理論知識(shí)、加深對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程內(nèi)容的理解、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能 力都有很大的幫助。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)基本儀器的使用、元器件的檢測(cè)及使用、電路 的連接、電路調(diào)試及故障的排除，還有數(shù)據(jù)的記錄、分析、總結(jié)等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了我們進(jìn)行 科學(xué)實(shí)驗(yàn)、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而且還培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)研究作風(fēng)。為我們以 后的學(xué)習(xí)乃至于就業(yè)等有很

18、大的幫助。本次課程設(shè)計(jì)中，我遇到了不少問(wèn)題，我了解到了光有理論知識(shí)不能很好的完成這個(gè) 任務(wù)。通過(guò)查閱資料，與同學(xué)共同研究，不斷地摸索和實(shí)踐，最終把各個(gè)問(wèn)題完全解決。 在設(shè)計(jì)電路時(shí)，經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試、運(yùn)行、修改，最終設(shè)計(jì)出了計(jì)數(shù)器和脈沖序列發(fā)生器。 而且通過(guò)實(shí)驗(yàn)中的仿真環(huán)節(jié)，我們對(duì) Multisim 的使用有了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，對(duì)該軟件的使 用更加熟練，可以獨(dú)立完成電路的構(gòu)建與仿真，并且學(xué)會(huì)了用 Multisim 解決一些實(shí)際問(wèn) 題，讓我了解到了實(shí)踐的重要性。6 參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù) .4 版.北京：高等教育出版社 ,1998.2 康光華. 電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分 .4 版.北京：高等教育出版社 ,2000 年.3 蔡惟