数电加法计数器仿真课程设计.docx
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数电加法计数器仿真课程设计.docx
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数电加法计数器仿真课程设计
1.课程设计的目的和作用1
1.1课程设计的目的和作用1
2.设计任务1
2.1三位二进制加法器(无效态000,010)1
2.2串行序列信号检测器(检测序列0010)1
2.3基于74161芯片仿真设计140进制计数器并显示计数过程2
3.基本原理2
3.1三位二进制加法器(无效态000,010)和基于74161芯片仿真设计140进制计数器并显示过程2
3.2串行序列信号检测器2
4.实验步骤:
3
4.1同步计数器:
3
4.2串行序列信号检测器6
4.3基于74161芯片仿真设计140进制计数器并显示计数过程8
5仿真效果图10
5.1.1三位二进制加法器(无效态000,010)仿真效果图10
5.1.2仿真结果分析13
5.2.1串行序列检测器(检测序列0010)仿真效果图13
5.2.2仿真结果分析14
5.3.1基于74161芯片仿真设计140进制计数器仿真效果图14
5.3.2仿真结果分析15
6设计总结和体会16
7参考文献16
1.课程设计的目的和作用
1.1课程设计的目的和作用
1.学会使用数字电子实验平台
2.熟悉各个芯片和电路的接法
3.熟练掌握设计触发器的算
4.懂得基本数字电子电路的功能,会分析,会设计
2.设计任务
2.1三位二进制加法器(无效态000,010)
1.使用设计一个循环型3位2进制同步加法计数器,其中无效状态为(000,010),组合电路选用与门和与非门等。
2.根据同步计数器原理设计加法器的电路图。
3.根据电路原理图使用进行仿真。
4.将电路图进行实际接线操作。
5.检查无误后,测试其功能。
2.2串行序列信号检测器(检测序列0010)
1.使用设计一个序列信号检测器,其中序列为(0010),组合电路选用与门和与非门等。
2.根据序列发生检测器原理设计检测器的原理图。
3.根据电路原理图使用进行仿真
4.将电路检查无误后,测试其功能。
5.图进行实际接线操作。
2.3基于74161芯片仿真设计140进制计数器并显示计数过程
1.根据集成计数器原理设计140进制计数器
2.根据原理图用74161连好电路图
3.根据电路原理图使用进行仿真
4.查看仿真结果,是否正确。
3.基本原理
3.1三位二进制加法器(无效态000,010)和基于74161芯片仿真设计140进制计数器并显示过程
(1)计数器是用来统计输入脉冲个数电路,是组成数字电路和计算机电路的基本时序逻辑部件。
计数器按长度可分为:
二进制,十进制和任意进制计数器。
计数器不仅有加法计数器,也有减法计数器。
如果一个计数器既能完成累加技术功能,也能完成递减功能,则称其为可逆计数器。
在同步计数器中,个触发器共用同一个时钟信号。
时钟信号是计数脉冲信号的输入端、
(2)时序电路的分析过程:
根据给定的时序电路,写出各触发器的驱动方程,输出方程,根据驱动方程带入触发器特征方程,得到每个触发器的词态方程;再根据给定初太,一次迭代得到特征转换表,分析特征转换表画出状态图。
(3)设计过程:
设计流程如图1.3.1所示。
(4)集成140进制计数器的做法原理和同步加法计数器原理一样,使用清零端或者置数端实现N进制计数功能。
3.2串行序列信号检测器
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码相同,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与正确序列,直到在连续的检测中所收到的每一位码都与预置数的对应码相同。
在检测过程中,任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测。
4.实验步骤:
4.1同步计数器:
(1)根据要求有状态图如下:
/0/0/0/0/0
001011100101110111
/1
排列:
Q210n
(2)选择触发器,求时钟方程、输出方程、状态方程:
A:
选择触发器:
由于触发器功能齐全、使用灵活,在这里选用3个下降沿触发的边沿触发器(74112芯片两个)。
B:
求时钟方程:
采用同步方案,故012
是整个要设计的时序电路的输入时钟脉冲
C:
求输出方程:
a.确定约束项:
由所给题目有无效状态为000、010,其对应的最小项
和
是约束项。
Q210n由图所示状态图所规定的输出与现态之间的逻辑关系,可以直接画出Y的卡诺图,如图所示
Q10n
Q2n00011110
X
0
0
X
0
0
1
0
0
1
b:
求状态方程:
如下图,再分解开便可得到所示各触发器的卡诺图
Q10n
Q2n00011110
011
100
011
110
000
101
0
1
各次态卡诺图如下:
Q10n
Q2n00011110
X
0
1
X
1
1
0
1
0
1
Q21的卡诺图
Q10n
Q2n00011110
X
1
0
X
0
1
0
1
0
1
Q11的卡诺图
Q10n
Q2n00011110
X
1
0
X
1
0
1
1
0
1
Q01的卡诺图
由图可得状态方程为:
Q21
=
Q11=
=
(3)求驱动方程:
触发器的特性方程为:
变换状态方程,并比较特性方程求驱动方程:
,
(4)画逻辑电路图:
根据所选用的触发器和时钟方程、输出方程、驱动方程,便可画出如图所示的逻辑电路图:
三位二进制加法计数器(无效态000,010)
(5)检查电路能否自启动:
将无效状态000,010代入驱动方程中计算:
000/0111(有效状态)
111/0011(有效状态)可见,所设计的时序电路能够自启动。
实验仪器:
a.数字原理实验系统一台;
b.集成电路芯片:
74112二片7408一片7486一片。
(6)实验结论
经过实验可知,满足时序图的变化,且可以进行自启动。
现态Qn为0,次态Q1与j有关与k无关,即当Q1由0变0时,0;Q1由0变1时,1。
现态Qn为1,次态Q1与k有关与j无关,即当Q1由1变0时,1;Q1由1变1时,0。
4.2串行序列信号检测器
(1)状态图
0/1
1/000011110
1/00/0
1/0
(2)触发器的特征方程:
(3)选择的触发器名称:
选用三个下降沿触发的边沿触发器
(4)状态方程
三位二进制同次态卡诺图:
输出Y的卡诺图:
Q10n00011110
0
0
1
0
0
0
0
0
X
0
1
Q11的卡诺图:
Q10n00011110
0
1
0
1
0
0
0
1
X
0
1
Q01的卡诺图:
Q10n00011110
1
0
0
0
0
1
1
1
X
0
1
由卡诺图得出输出方程为:
状态方程为:
(5)驱动方程
(6)时钟方程:
(7)画逻辑电路图:
根据所选用的触发器和时钟方程、输出方程、驱动方程,便可画出如图所示的逻辑电路图。
4.3基于74161芯片仿真设计140进制计数器并显示计数过程
(1)使用同步清零时,写出
的二进制代码1
(10001011)2
(2)归零逻辑表达式:
(3)画逻辑电路图
5仿真效果图
5.1.1三位二进制加法器(无效态000,010)仿真效果图
5.1.2仿真结果分析
通过仿真结果分析,通过仿真软件仿真结果,如上述仿真图可知,000和010是约束项,通过将输出Y接到显示器的引脚来显示六进制的数值,在脉冲下将会依次显示134567共六个数,然后继续返回到这个循环中。
或者通过小灯泡的亮灭来显示二进制数值,会依次显示001011100101110111然后又会回到这个循环中。
从而实现含有约束项000和010的六进制计数器。
5.2.1串行序列检测器(检测序列0010)仿真效果图
5.2.2仿真结果分析
通过仿真结果分析,通过仿真软件仿真结果,如上述仿真图可知发生器是发生011000序列,将输出C接到显示器,就会看到依次串行输出序列0010,由于这样输出序列中重复的二进制数,就不能直观的看出具体输出,所以将输出C和脉冲共同连到示波器上,就会看到在脉冲的下降沿下,串行输出的序列。
如图5.3.2在脉冲的下降沿,下面的脉冲由0变为1然后保持接着再变为0然后保持三个脉冲下降沿,最后再回到0.就这样循环下去,就完成了串行序列0010发生器。
5.3.1基于74161芯片仿真设计140进制计数器仿真效果图
5.3.2仿真结果分析
此电路是实现140进制的集成电路,通过使用74161的同步置数,来实现140进制的计数器,将归零逻辑通过与非门连接到置零端,分别将级联的芯片的输出端连接到显示器,通过上述仿真图可看到,在脉冲下显示器从00到139,其中第一个显示器从0-到F共十六个数,然后从F又会归零。
此时并将进位信号传到第二片芯片的使能端,使之开始工作,从零到八。
这时显示器一从零变为F的过程,显示器二就加一直到八,这样共140个数,然后显示器一再变为零。
就这样在脉冲下,两块显示器就会实现140进制计数器的功能。
6设计总结和体会
通过本次设计,我系统的学习了软件。
系统的掌握了我们所学的知识,以前似懂非懂的和不懂的都在试验的过程中进一步的巩固和提高,实践果然是是检验真理的唯一标准。
从开始熟悉这些知识到对整体设计的了解,再从概要设计、详细设计到开始使用软件,以与最后的调试,整个过程感觉很充实。
虽然遇到了不少困难,但当我通过自己查资料,向指导老师请教以与与同学互讨论,而设计出解决方案并成功实现时,顿时觉得所有的辛苦都值得了。
这次课设让我获益匪浅,学习不仅仅要动脑子,更要动手。
理论和实践相结合才能取得更大的成功。
我会以更热忱的态度去学习并研究这门重要的实践性课程。
7参考文献
【1】《数字电子技术基础简明教程》作者:
余孟尝高等教育出版社
【2】《电子技术课程设计》作者:
杨志忠机械工业出版社
【3】《10原理图仿真与设计》作者:
吴翔,苏建峰电子工业出版社
成绩评定表
学生姓名
张晓亚
班级学号
1203010302
专业
自动化
课程设计题目
数字电子课程设计
评
语
组长签字:
成绩
日期
2014年月日
学院
信息科学与工程学院
专业
自动化
学生姓名
张晓亚
班级学号
1203010302
课程设计题目
1、三位二进制加法器(无效态:
000,010)
2、串行序列信号检测器(检测序列0010)
3、基于74161芯片仿真设计140进制计数器并显示计数过程
内容与要求:
(1)通过理论分析计算得出构建电路所需的未知量;
(2)在实验箱上根据计算结果连接并调试电路
(3)采用仿真软件建立电路模型,给出仿真结果并分析
第一周:
数字电子设计
第1天:
1.布置课程设计题目与任务。
2.查找文献、资料,确立设计方案。
第2~3天:
1.安装软件,熟悉软件仿真环境。
2.在环境下建立电路模型,学会建立元件库。
第4天:
1.对设计电路进行理论分析、计算。
2.在环境下仿真电路功能,修改相应参数,分析结果的变化情况。
第5天:
1.课程设计结果验收。
2.针对课程设计题目进行答辩。
3.完成课程设计报告。
指导教师:
隋涛刘砚菊
2014年7月11日
专业负责人:
2014年月日
学院教学副院长:
2014年月日
课程设计任务
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 加法 计数器 仿真 课程设计