數(shù)電課設(shè)01011010脈沖序列發(fā)生器和十進制加法計數(shù)器

1、目錄緒論4一.計數(shù)器4二.串行序列信號的檢測5課 題 一61 脈沖序列發(fā)生器（脈沖為01011010）61.1 課程設(shè)計的目的：61.2 設(shè)計過程：6課 題 二102 十進制加法計數(shù)器102.1 課程設(shè)計的目的：102.2 設(shè)計過程10總結(jié)15參考文獻15緒論一.計數(shù)器 計數(shù)器是用來累計時鐘脈沖（CP脈沖）個數(shù)的時序邏輯部件。它是數(shù)字系統(tǒng)中用途最廣泛的基本部件之一，幾乎在各種數(shù)字系統(tǒng)中都有計數(shù)器。它不僅可以計數(shù)，還可以對CP脈沖分頻，以及構(gòu)成時間分配器或時序發(fā)生器，對數(shù)字系統(tǒng)進行定時、程序控制操作。此外，還能用它執(zhí)行數(shù)字運算。1、計數(shù)器的特點： 在數(shù)字電路中，把記憶輸入CP脈沖個數(shù)的操作叫做計

2、數(shù)，能實現(xiàn)計數(shù)狀態(tài)的電子電路稱為計數(shù)器。特點為:（1）該電路一般為Moore型電路，輸入端只有CP信號。（2）從電路組成看，其主要組成單元是時鐘觸發(fā)器。 2、 計數(shù)器分類 1) 按CP脈沖輸入方式，計數(shù)器分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩種。 同步計數(shù)器：計數(shù)脈沖引到所有觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端，使應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器在外接的CP脈沖作用下同時翻轉(zhuǎn)。 異步計數(shù)器: 計數(shù)脈沖并不引到所有觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端，有的觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端是其它觸發(fā)器的輸出，因此，觸發(fā)器不是同時動作。 2) 按計數(shù)增減趨勢，計數(shù)器分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器三種。加法計數(shù)器：計數(shù)器在CP脈沖作用下進行累加計數(shù)（每來一個

3、CP脈沖，計數(shù)器加1）。3) 按數(shù)制分為二進制計數(shù)器和非二進制計數(shù)器兩類。二進制計數(shù)器：按二進制規(guī)律計數(shù)。最常用的有四位二進制計數(shù)器，計數(shù)范圍從0000到1111。異步加法的缺點是運算速度慢，但是其電路比較簡單，因此對運算速度要求不高的設(shè)備中，仍不失為一種可取的全加器。同步加法優(yōu)點是速度快，雖然只比異步加法快千分之一甚至幾千分之一秒，但對于計數(shù)器來講，卻是十分重要的。所以，在這個高科技現(xiàn)代社會中，同步二進制計數(shù)器應(yīng)用十分廣泛。二.串行序列信號的檢測序列信號是指在同步脈沖作用下循環(huán)地產(chǎn)生一串周期性的二進制信號. 序列檢測器可用于檢測一組或多組由二進制碼組成的脈沖序列信號，當(dāng)序列檢測器連續(xù)收到一組

4、串行二進制碼后，如果這組碼與檢測器中預(yù)先設(shè)置的相同，則輸出 1，否則輸出 0。由于這種檢測的關(guān)鍵在于正確碼的收到必須是連續(xù)的，這就要求檢測器必須記住前一次的正確碼及正確序列，直到在連續(xù)的檢測中所收到的每一位碼與預(yù)置數(shù)的對應(yīng)碼相同。設(shè)計中一般采用狀態(tài)機來實現(xiàn)。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，它是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。常見的有函數(shù)信號發(fā)生器。 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同,它可分為反饋移位型和計數(shù)型兩種. 1、移位型序列信號發(fā)生器信號發(fā)生器又稱信號

5、源或振蕩器，它是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。常見的有函數(shù)信號發(fā)生器。 移位型序列信號發(fā)生器是由移位寄存器和組合電路兩部分構(gòu)成，組合電路的輸出，作為移位寄存器的串行輸入。由n位移位寄存器構(gòu)成的序列信號發(fā)生器所產(chǎn)生的序列信號的最大長度為：P=2n2、計數(shù)型序列信號發(fā)生器計數(shù)型序列信號發(fā)生器能產(chǎn)生多組序列信號,這是移位型發(fā)生器所沒有的功能.計數(shù)型序列信號發(fā)生器是由計數(shù)器組成.課題一 設(shè)計一周期性輸出01011010的脈沖序列1.1 課程設(shè)

6、計的目的：1、了解同步計數(shù)器的工作原理和邏輯功能。2、掌握計數(shù)器電路的分析、設(shè)計方法及應(yīng)用。3、熟悉設(shè)計過程和邊沿JK觸發(fā)器原理。1.2 設(shè)計過程（1） 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 /0 /1 /0000 001 010 011 /0 /1111 110 101 100/1 /0 /1 圖1.1.1 01011010脈沖序列的狀態(tài)圖 排列： （2） 選擇觸發(fā)器，求時鐘方程，輸出方程和狀態(tài)方程l 選擇觸發(fā)器選用3個時鐘下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器l 求時鐘方程 (1.2.1) l 求輸出方程由圖1.1.2所示即可求出輸出方程 (1.2.2) 00 011110 0 0110 11001 圖1.1.2脈沖序列輸出的

7、卡諾圖l 求狀態(tài)方程根據(jù)圖1.1.1所示狀態(tài)圖的規(guī)定，可畫出如圖1.1.3所示的計數(shù)器次態(tài)卡諾圖。 00 01 11 100 0010101000111101110000111圖1.1.3 脈沖序列次態(tài)卡諾圖把圖1.1.3所示卡諾圖分解開，便可得到如圖1.1.4所示各個觸發(fā)器次態(tài)卡諾圖 00 01 11 100 001011101(a) 的卡諾圖 00 01 11 100 010110101(b) 的卡諾圖 00 01 11 100 100111001(c) 的卡諾圖圖1.1.4各個觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖 (1.2.3) （3） 求驅(qū)動方程 JK觸發(fā)器的特性方程為 （1.2.4）比較式（1.2.3

8、）、（1.2.4），即可得下列驅(qū)動方程： （1.2.5） （4） 畫邏輯電路圖根據(jù)選用的觸發(fā)器和時鐘方程式（1.2.1）、輸出方程式（1.2.2）及驅(qū)動方程（1.2.5），即可畫出如圖1.1.5所示的邏輯電路圖 圖1.1.5 輸出脈沖序列邏輯電路圖課題二 設(shè)計十進制同步加法計數(shù)器2.1 課程設(shè)計的目的：1、了解同步計數(shù)器的工作原理和邏輯功能。2、掌握計數(shù)器電路的分析、設(shè)計方法及應(yīng)用。3、熟悉設(shè)計過程和邊沿JK觸發(fā)器原理。2.2 設(shè)計過程（1） 結(jié)構(gòu)示意框圖和狀態(tài)圖l 結(jié)構(gòu)示意框圖圖2.2.1（a）所示是十進制同步加法計數(shù)器的結(jié)構(gòu)示意框圖，CP是輸入加法計數(shù)脈沖，C是送給高位的輸出進位信號，當(dāng)C

9、P到來時要求電路進行加法計數(shù)。十進制同步加法計數(shù)器 CPC輸入加法計數(shù)脈沖輸出進位信號 （a） /0 /0 /0 /00000 0001 0010 0011 0100 /1/0 1001 1000 0111 0110 0101 /0 /0 /0 /0排列： 圖2.1.1 十進制同步加法計數(shù)器 （a）結(jié)構(gòu)示意框圖 (b) 狀態(tài)圖l 狀態(tài)圖根據(jù)題意可以列出如圖2.1.1（b）所示的狀態(tài)圖。它準確地表達了當(dāng)CP不斷到來時，進行遞增計數(shù)。（2） 選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程l 選擇觸發(fā)器選用4個時鐘脈沖下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，并用、表示。l 求時鐘方程因要用同步電路，故時鐘方程應(yīng)為 (2

10、.2.1)l 求輸出方程根據(jù)圖2.2.1（b）所示狀態(tài)圖的規(guī)定，可畫出如圖2.2.2所示的C的卡諾圖。注意，無效狀態(tài)對應(yīng)的最小項可當(dāng)成約束項，即1010 1111可作為約束項對待。由圖2.2.2所示卡諾圖可直接得到 （2.2.2）00 01 11 1000000000××××01×× 00 01 11 10 圖2.1.2 輸出進位信號C的卡諾圖l 求狀態(tài)方程先根據(jù)圖2.1.3所示狀態(tài)圖的規(guī)定，畫出計數(shù)器次態(tài)的卡諾圖，如圖2.1.2所示。在分解開畫出每一個觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖，如圖2.1.3所示。00 01 11 100001001001

11、0000110101011010000111××××××××××××××××10010000×××××××× 00 01 11 10 圖2.1.3 十進制同步加法計數(shù)器次態(tài)的卡諾圖00 01 11 1000000010××××10×× 00 01 11 10 (a)00 01 11 10001011

12、01××××00×× 00 01 11 10 (b)00 01 11 1001010101××××00×× 00 01 11 10 (c)00 01 11 1010011001××××10×× 00 01 11 10 (d)圖2.1.4 十進制同步加法計數(shù)器各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖(a)的卡諾圖 (b)的卡諾圖 (c)的卡諾圖 (d)的卡諾圖 由圖2.1.4所示各卡諾圖，可得下列狀態(tài)方程： （2.2.3） （3） 求驅(qū)動

13、方程JK觸發(fā)器的特性方程為 （2.2.4）寫驅(qū)動方程比較（2.2.3）、（2.2.4），由圖2.1.4所示的卡諾圖即可寫出驅(qū)動方程 （2.2.5） （4） 畫邏輯電路圖圖2.1.4所示就是根據(jù)選擇的觸發(fā)器和時鐘方程式（2.2.1）、輸出方程式（2.2.2）及驅(qū)動方程式（2.2.5）畫出的十進制同步加法計數(shù)器的邏輯電路圖。圖2.1.5 十進制同步加法計數(shù)器的邏輯電路圖（5） 檢查電路能否自啟動將無效狀態(tài)1010 - 1111分別代入式（2.2.2）、（2.2.3）進行計算，結(jié)果如下： /0 /0 /0 /0111111100101 110111000011/0 /0101110100101可見，在CP操作下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動?？偨Y(jié) 通過本次數(shù)字電路課程設(shè)計，我受益匪淺。不僅鞏固我們已學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，提高我們電子電路的設(shè)計水品，而且加強我們綜合分析問題和解決問題的能力，進一步培養(yǎng)我們的實驗技能和動手能力，啟發(fā)我們創(chuàng)新意識及創(chuàng)新思維。經(jīng)過了一段時間的努力我終于完成了，從芯片的選擇，再到設(shè)計與實現(xiàn)。在這個過程中我學(xué)習(xí)到了很多在課本上不能學(xué)習(xí)到的知識，對一個產(chǎn)品也有了一個