循環(huán)碼計數(shù)器

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書題目：循環(huán)碼計數(shù)器學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院年級專業(yè)：10 級電力系統(tǒng)及其自動化學(xué) 號：100103030157學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：呂宏詩 張強教師職稱：實驗師 實驗師1 / 16燕山大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：電子實驗中心學(xué)號100103030157 學(xué)生姓名鄭旭然 專業(yè)（班級） 電自力動系化統(tǒng)及3其班設(shè)計題目循環(huán)碼計數(shù)器設(shè) 計 技 術(shù) 參 數(shù)設(shè)計一個 4 位循環(huán)碼計數(shù)器 帶進(jìn)位，且進(jìn)位用指示燈表示轉(zhuǎn)換狀態(tài)： 0000-0001-0011-0010-0110-0111-0101-0100-1100-1101 -1111-1110-101

2、0-1011-1001-1000-0000 狀態(tài)是 1000 時，有進(jìn)位設(shè) 計 要 求用指示燈表示各位輸出用數(shù)碼管顯示相應(yīng) 16 種狀態(tài)碼 當(dāng)有進(jìn)位時，蜂鳴器蜂鳴 3 秒提示工 作 量學(xué)會使用 Max+PlusII 軟件和實驗箱；獨立完成電路設(shè)計，編程下載、連接電路和調(diào)試；參加答辯并書寫任務(wù)書。工 作 計 劃了解 EDA的基本知識，學(xué)習(xí)使用軟件 Max+PlusII ，下發(fā)任務(wù)書，開始電路 設(shè)計；學(xué)習(xí)使用實驗箱，繼續(xù)電路設(shè)計； 完成電路設(shè)計；編程下載、連接電路、調(diào)試和驗收； 答辯并書寫任務(wù)書。參 考 資 料數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) . 閻石主編 . 高等教育出版社 . EDA課程設(shè)計 B指導(dǎo)書 .指導(dǎo)

3、教師簽字 呂宏詩 張強基層教學(xué)單位主任簽字 金海龍說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。目錄第一章引言4第二章設(shè)計說明42.1 格雷碼介紹42.2 設(shè)計思路52.3 模塊介紹62.4 真值表 10第三章原理圖 11第四章波形仿真圖 12第五章管腳鎖定及硬件連線13第六章心得體會 14參考文獻(xiàn) 15第一章 引言EDA技術(shù)，就是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯 描述的主要表達(dá)方式，以計算機、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件以及實驗開發(fā)系統(tǒng) 為設(shè)計工具通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的 邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯

4、綜合以及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至 完成對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成電子系統(tǒng)或 專用集成芯片的一門新技術(shù)。MAX+plus開發(fā)系統(tǒng)是 EDA的開發(fā)軟件， ，該系統(tǒng)將數(shù)字電路設(shè)計成在一個環(huán)境內(nèi)， 允許多種輸入方式輸入設(shè)計邏輯文件，經(jīng)過系統(tǒng)編譯、綜合等操作，對于設(shè)計進(jìn)行功能 模擬，對數(shù)字電路的設(shè)計實現(xiàn)同步模擬分析，延時時間分析、編譯、最后將編譯好的電 路分配到一個或者多個器件中。設(shè)計過程包括：設(shè)計輸入，設(shè)計處理，設(shè)計校驗以及器 件編程。第二章 設(shè)計說明2 1 格雷碼211 格雷碼介紹 將一定位數(shù)的數(shù)碼按一定的規(guī)律排列起來表示特定對象，稱為代碼或編碼，將形成

5、 這種代碼所遵循的規(guī)則稱為碼制。格雷碼是一種較常用的碼制。格雷碼也成為循環(huán)碼，是一種無權(quán)碼，其特點是任意 兩組相鄰代碼之間只有一位不同，每一位代碼以固定的周期循環(huán)，循環(huán)碼計數(shù)時每次狀 態(tài)轉(zhuǎn)換只有一位發(fā)生變化，可靠性高。典型格雷碼與二進(jìn)制碼的對照表如圖所示：編碼順序自然二進(jìn)制碼格雷碼0000000001000100012001000113001100104010001105010101116011001017011101008100011009100111011010101111111011111012110010101311011011141110100115111110002-121.2 格

6、雷碼轉(zhuǎn)換二進(jìn)制碼格雷碼 （ 編碼 ） ：從右邊第一位起，依次將每一位與左邊一位異或（ XOR），作為對應(yīng)格雷碼該位的值，最左邊一位不變（相當(dāng)于左邊是0）；格雷碼二進(jìn)制碼 （ 解碼） ：從左邊第二位起 ，將每位與左邊一位解碼后的值異或，作為該位解碼后的值（最左邊一位依然不變） 。2 2 設(shè)計思路由設(shè)計技術(shù)參數(shù)可知，本設(shè)計需要完成對十六種狀態(tài)碼的計數(shù)，計數(shù)器的最大計數(shù)容量為 16，故可以以一個集成四位二進(jìn)制加法計數(shù)器74161 為基礎(chǔ)， 借助二進(jìn)制碼和格雷碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系，設(shè)計循環(huán)碼計數(shù)器。74161 為 16 進(jìn)制計數(shù)器， 上升沿觸發(fā)。 輸入時鐘脈沖 CLK，輸出端將實現(xiàn) 0000-1111 的循環(huán)

7、計數(shù)， 并在 1111時輸出進(jìn)位輸出。 將 74161四位輸出端通過門電路的鏈接， 幾個 實現(xiàn)普通二進(jìn)制到格雷碼的轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)換后的格雷碼作為循環(huán)計數(shù)模塊的輸出。循環(huán)計數(shù)模塊的輸出，用來控制數(shù)碼管和LED等的工作狀態(tài)。74160 為 10 進(jìn)制計數(shù)器， 上升沿觸發(fā)。 輸入時鐘脈沖 CLK，輸出端將實現(xiàn)計數(shù)功能， 通過其同步置數(shù)端實現(xiàn)進(jìn)制轉(zhuǎn)換，以控制蜂鳴器的蜂鳴時間。2 3 模塊介紹23.1 計數(shù)模塊2-274161。如圖所示，計數(shù)模塊的基本芯片為一個集成同步十六進(jìn)制加法計數(shù)器序號CLKRD'LD'EP ET工作狀態(tài)1×0×××復(fù)位210&#

8、215;×預(yù)置數(shù)3111 1正常計數(shù)4×11× 0保持，且 C=05×110 1保持2-3 74161 功能表說明：74161 的清零端是異步的，當(dāng)清零端有效（RD' =0）時，不論其他功能端為何種狀態(tài)，計數(shù)器都將復(fù)位，返回 QDQCQBQA=0000;當(dāng) RD' =1， LD'=0 時，計數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，之后的第一個CLK信號的上升沿，將預(yù)置輸入端加載的數(shù)據(jù)送入計數(shù)器，有 QDQCQBQA=DCBA;只有當(dāng)置數(shù)清零端無效（ RD' =LD'=1）且使能端有效（ EP=ET=1）時，計數(shù)器才能正常計數(shù)，在每個

9、CLK的上升沿，計數(shù)值加 1；當(dāng) RD' =LD' =1，并且 EP任意， ET=0 時，計數(shù)器處于保持狀態(tài)，但進(jìn)位信號C=0；當(dāng) RD' =LD' =1，并且 EP=0，ET=1時，計數(shù)器處于保持狀態(tài)，此時進(jìn)位信號C 取決于所保持的計數(shù)狀態(tài)值。23.2 數(shù)碼管顯示模塊 數(shù)碼管顯示模塊連接循環(huán)碼計數(shù)器的四個輸出端，指示輸出的十六種狀態(tài)碼（四 位二進(jìn)制狀態(tài)碼） 。2-4圖為四個十進(jìn)制靜態(tài)數(shù)碼管的位控端，將他們接入高電平選中；2-5此圖為四個靜態(tài)數(shù)碼管的段控信號，其中 D1C1B1A1分別接到計數(shù)器輸出端 QDQBQCQ上A，其他的輸出均接到低電平，以保證數(shù)碼管在任

10、意時刻只有1和 0 兩種數(shù)字出現(xiàn)。2 3.3 指示燈模塊2-6指示燈接入循環(huán)計數(shù)器的輸出端QDQCQBQ和A進(jìn)位輸出端 RCO，指示燈 DCBA分別用來表示四個輸出的點評信號，與數(shù)碼管匹配；指示燈R 用來顯示進(jìn)位情況，每當(dāng)有進(jìn)位 輸出時，燈亮。23.4 蜂鳴模塊2-7上圖為蜂鳴器觸發(fā)電路，其主電路為一塊集成同步十進(jìn)制加法計數(shù)器74160，他的功能表與 74161 完全相同， 如圖 3-3 所示， 唯一不同的是它的計數(shù)容量為十。 本模塊中， 此十進(jìn)制計數(shù)器改為了四進(jìn)制。計數(shù)器的使能端連接到循環(huán)碼計數(shù)器的進(jìn)位輸出端RCO，當(dāng)循環(huán)碼計數(shù)器有進(jìn)位輸出時，蜂鳴開始， 74160 的使能端有效 (ET=E

11、P=1)，清零端和置數(shù)端無效 (RD'=LD'=1)， 此時 74160 處于計數(shù)狀態(tài)。計數(shù)器的初始狀態(tài)為0000，之后當(dāng)時鐘輸入 CLK1 的第三個上升沿來臨時，計數(shù)輸出端狀態(tài)為 0011 時， 74160 的置數(shù)端有效。蜂鳴停止，使能端無 效，清零端有效，將計數(shù)器清零，等待下一次觸發(fā) 。2 4 真值表InputsOutputsCLKLDNCLRNENPENTQDQCQBQADCBARCO01111000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111100000000000100110010011001

12、110101010011001101111111101010101110011000000000000000000000010111112111131111411115111161111711118111191111101111111111121111131111141111151111161111第三章 原理圖3-1原理圖簡介：時鐘輸入端 CLK的頻率為 0.25HZ，時鐘輸入端 CLK1的頻率為 1HZ，當(dāng)試驗箱開關(guān)閉 合后，循環(huán)碼計數(shù)器開始計數(shù)，響應(yīng)位的LED和數(shù)碼管分別點亮和出現(xiàn)示數(shù)。當(dāng)計數(shù)達(dá)到 16 時，進(jìn)位輸出端輸出高電平，進(jìn)位信號燈點亮， 74160 開始工作，進(jìn)行計數(shù)，同時 輸

13、出高電平， 觸發(fā)蜂鳴器。 當(dāng) CLK1連續(xù)輸入三個脈沖信號后， 蜂鳴器停止蜂鳴。 這時蜂 鳴器剛剛蜂鳴了三秒。第三章 波形仿真圖4-1波形仿真圖簡介：如圖所示為循環(huán)碼計數(shù)器的波形仿真圖。圖上顯示出，當(dāng)兩個輸入脈沖信號符合頻率三倍的關(guān)系， 這就保證了蜂鳴器的蜂鳴時間固定這個要求。DCBA為循環(huán)碼計數(shù)器的四個輸出端，它們隨著脈沖信號的變化規(guī)律符合真值表所列的狀態(tài)，同時在計數(shù) 16 個時， 進(jìn)位輸出為高電平。因此設(shè)計符合課題要求。第五章 管腳鎖定及硬件連線鎖定部件管腳名稱鎖定部件管腳名稱CLK173CLK1174D1127A2144D2128A3147D3131A4148D4132A15C1133B

14、14C2134C13C3135D12C4136R16B1139ODS194B2140ODS295B3141ODS396B4142ODS497A1143DD38第六章 心得體會為期一個星期的 EDA課程設(shè)計即將結(jié)束，雖然時間并不很長，但是卻讓我學(xué)到了很 多東西。這周的課程設(shè)計一開始，由兩位實驗指導(dǎo)老師給我們講解了EDA技術(shù)的涵義、特點以及數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法和試驗箱的適用。然后我拿到了分配的設(shè)計題目循環(huán)碼計 數(shù)器。剛剛接到這個課題覺得一頭霧水，尤其是題目要求中的蜂鳴器、狀態(tài)碼等等很少 接觸的名詞更讓人不知從何下手了。于是第一天我并沒有開始實質(zhì)性的設(shè)計工作，而是 把手中的設(shè)計指導(dǎo)書和老師講的內(nèi)容學(xué)習(xí)

15、了一遍，大概對需要做的事情有了些了解，同 時熟悉了一下 MAX+plus的應(yīng)用。 我對 EDA課程設(shè)計的初步認(rèn)識就是通過對集成芯片的 編程，來實現(xiàn)一些電路功能，即完成軟件對硬件的控制。頭腦里對要做的事情有了些概念之后，便和所學(xué)的知識聯(lián)系起來。數(shù)電中學(xué)習(xí)過有 關(guān)計數(shù)器的知識，循環(huán)碼計數(shù)器是將通常用的十六進(jìn)制計數(shù)器進(jìn)行一些改變使其輸出以 格雷碼的形式體現(xiàn)出來的計數(shù)器。根據(jù)題目的要求，我使用了一片 74161 實現(xiàn)循環(huán)計數(shù) 功能，一片 74160 實現(xiàn)了電路進(jìn)位輸出控制蜂鳴器蜂鳴的功能。同時利用試驗箱的靜態(tài) 數(shù)碼管和 LED等將計數(shù)器的輸出狀態(tài)表示出來。雖然我設(shè)計的電路與其實現(xiàn)的功能都相對簡單， 不

16、過這個電路從接到題目、 構(gòu)思框 架、進(jìn)行設(shè)計、仿真波形、調(diào)試電路到最后全部功能的實現(xiàn)，也是經(jīng)過了非常認(rèn)真的思 考和多次的實踐的。通過這次課程設(shè)計，我初步掌握了MAX+plus的使用方法，成功使用它進(jìn)行了一次可編程邏輯器件的設(shè)計；加強了對數(shù)字邏輯電路知識的掌握；提高了動 手實踐能力和獨自解決問題的能力；并且體會到了掌握知識技能要從理論和實踐兩方面 入手，雙管齊下，兩邊都不能放松。我以后也會珍惜這次難得經(jīng)驗，不斷學(xué)習(xí)，爭取熟 練掌握該軟件平臺的使用，從而更好地利用該軟件完成自己的各種設(shè)計，爭取成為一個 技術(shù)過硬的人才。最后還要謝謝指導(dǎo)老師的耐心教導(dǎo)，在原則性問題上面他們很嚴(yán)格，對每個人都很 公平，當(dāng)我遇到困難的時候他們很耐心的幫助我解決，給我們營造了一個良好的學(xué)習(xí)環(huán) 境。參考文獻(xiàn)1 常丹華 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) . 電子工業(yè)出版社 . ( P202-P214)2 周蓮蓮 鄭兆兆 陳白 EDA課程設(shè)計 B指導(dǎo)書 .(P1)3 閻石主編 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)