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)

1、成 績(jī) 評(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?2013 年7月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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) 采用實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)、連接、串行序列發(fā)生器。3) 采用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(xiě)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)

2、計(jì)題目及任務(wù)。2.查找文獻(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

3、.1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)13III1 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） 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

4、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(mén)或與非門(mén)。（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（010100）。（2） 實(shí)驗(yàn)中選擇合適的芯片，可以選用與非門(mén)和與門(mén)。（3） 根據(jù)串行序列發(fā)生器

5、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＃?） 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

6、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(xiě)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(huà)出狀態(tài)圖。（3） 設(shè)計(jì)過(guò)程如下：時(shí)序邏 狀態(tài) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換 最簡(jiǎn)邏 邏輯圖輯問(wèn)題 賦值 圖（表） 輯表達(dá) 選定觸發(fā) 檢查能 器類型 否自啟圖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

7、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(mén)上在接到置零端。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 001

8、011 100 101 110/1排列：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?。?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010、111 。對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)、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)于次態(tài)卡諾圖如下：0 00 01 11 10 001011100×××1101110×××000 圖3 次態(tài)的卡

9、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。 對(duì)應(yīng)的次態(tài)卡諾圖如下：00 00 01 11 10 00 01 11 10 1001×1 010×11×001×0 （a）卡諾圖 （b）卡諾圖0 00 01 11 10 1110×10×0 （c）卡諾圖圖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：C求驅(qū)動(dòng)方程： J、K觸發(fā)器的特性方程為：與上式中狀態(tài)方程相比較可以得到驅(qū)動(dòng)方程如下

10、： （3） 畫(huà)邏輯電路圖： 根據(jù)所選用的觸發(fā)器和時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程畫(huà)出實(shí)驗(yàn)接線圖如下：圖5 六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器（無(wú)效態(tài)：010，111）邏輯電路圖（4）檢查電路能不能自啟動(dòng)： 將無(wú)效狀態(tài)010、111代入狀態(tài)方程可以得到： 010 100 （有效狀態(tài)）111 000 （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（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（無(wú)效狀態(tài)是：000、100）

11、的基礎(chǔ)上加一個(gè)輸出狀態(tài)。（2）狀態(tài)表如下：表1 編碼后的狀態(tài)表Y001001010110101111001110 （2） 狀態(tài)圖如下：/0 /1 /0 /1001 010 011 101 110111/0 /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Y的輸出狀態(tài)卡諾圖如下: 00 01 11 10 10×001×100 圖7 Y的卡諾圖（4）根據(jù)以上卡諾圖化簡(jiǎn)可以得到Y(jié)的表達(dá)式： （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)、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)

12、列出關(guān)于次態(tài)卡諾圖如下： 00 01 11 10 00101010111110001111 圖8次態(tài)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。 對(duì)應(yīng)的次態(tài)卡諾圖如下：00 00 01 11 10 00 01 11 10 10111 101011101 （a）卡諾圖 （b）卡諾圖0 00 01 11 10 1010101 （c）卡諾圖圖9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： C求驅(qū)動(dòng)方程： J、K觸發(fā)器的特性方程為： 與上式中

13、狀態(tài)方程相比較可以得到驅(qū)動(dòng)方程如下： (6)實(shí)驗(yàn)接線圖如下：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(kāi)關(guān)S1a開(kāi)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：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CO清零置數(shù)0 x x x x x x x x1 0 x x 1 1

14、1 1 x x x x1 1 0 x x x x x x1 1 x 0 x x x x x0 0 0 0計(jì)數(shù)保持保持00異步清零功能當(dāng)=0時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。從表中可以看出，在=0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，=0正是通過(guò)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)=1、=0時(shí)，在上升沿操作下，并行輸入數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)數(shù)器，使=。二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)功能當(dāng)=1時(shí)，若，則計(jì)數(shù)器對(duì)信號(hào)按照8421編碼進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。保持功能當(dāng)=1時(shí)，若，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=0，那么=0；若是=1，則。（3）實(shí)驗(yàn)中選異步清零端清零。由

15、于是26進(jìn)制計(jì)數(shù)器，。那么置零信號(hào)表達(dá)式=。計(jì)數(shù)時(shí)=1、。（4）設(shè)計(jì)電路圖如下：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、74LS08、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

16、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 蔡惟錚.集成電