1、精選優質文檔-傾情為你奉上 成 績 評 定 表學生姓名張永班級學號專 業自動化課程設計題目數字電子課程設計評語組長簽字：成績日期 2013 年 月 日課程設計任務書學 院信息科學與工程專 業自動化學生姓名張永班級學號課程設計題目數字電子設計題目： (1)構建3位同步二進制減法計數器（無效態：001,110）； (2)串行序列發生器的設計，序列（）。 (3)基于74163芯片仿真設計180進制加法計數器并顯示技術過程實踐教學要求與任務:內容及要求：1 數字電子部分(1).通過理論分析計算得出構建電路所需的未知量；(2).在實驗箱上根據計算結果連接并調試電路；（3）采用multism仿真軟件建立電

2、路模型，給出仿真結果并分析。進度安排：第一周：數字電子設計第1天：1. 布置課程設計題目及任務。2. 查找文獻、資料，確立設計方案。第23天：1. 安裝multisim軟件，熟悉multisim軟件仿真環境。2. 在multisim環境下建立電路模型，學會建立元件庫。第4天：1. 對設計電路進行理論分析、計算。2. 在multisim環境下仿真電路功能，修改相應參數，分析結果的變化情況。第5天：1. 課程設計結果驗收。2. 針對課程設計題目進行答辯。3. 完成課程設計報告。指導教師： 2013年6月 日專業負責人：2013 年 月 日學院教學副院長：2013 年 月 日專心-專注-專業目錄1課

3、程設計的目的與作用1. 學會用常見觸發器、邏輯門電路設計電路模型的方法。2. 運用multism軟件，結合理論計算的結果，創建三位二進制同步計數器的電路模型。3. 在正確構建三位二進制同步計數器電路模型的基礎上，根據理論計算得出序列發生器的輸出方方程，正確創建序列發生器的電路模型。4. 學會對電路的調試，能處理一些調試中出現的問題，總結一些經驗。三位二進制同步減法計數器與序列發生器2 設計任務、及所用multisim軟件環境介紹2.1 設計任務選擇合適的觸發器、門電路構建三位二進制同步減法計數器(無效態：001 ，110)，以此為基礎創建序列信號發生器（序列：）。2.2 multisim軟件環

4、境介紹第一節 Multisim概貌軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結合的方式，具有一般Windows應用軟件的界面風格，用戶可以根據自己的習慣和熟悉程度自如使用。一、Multisim的主窗口界面。啟動Multisim 12.0后，將出現如圖1所示的界面。 圖1 multism 啟動后所示界面界面由多個區域構成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態條，列表框等。通過對各部分的操作可以實現電路圖的輸入、編輯，并根據需要對電路進行相應的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內容。二、菜單欄菜單欄位于界面的上方，通過菜單可以對Multisim的所有功能進行操作。不難看出菜單

5、中有一些與大多數Windows平臺上的應用軟件一致的功能選項，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些EDA軟件專用的選項，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。1. File File菜單中包含了對文件和項目的基本操作以及打印等命令。2. Edit Edit命令提供了類似于圖形編輯軟件的基本編輯功能，用于對電路圖進行編輯。3View 通過View菜單可以決定使用軟件時的視圖，對一些工具欄和窗口進行控制。4Place 通過Place命令輸入電路圖。5Simulate 通過Simulate菜單執行仿真分析命令。6Transfer菜單

6、Transfer菜單提供的命令可以完成Multisim對其它EDA軟件需要的文件格式的輸出。7Tools Tools菜單主要針對元器件的編輯與管理的命令。8Options 通過Option菜單可以對軟件的運行環境進行定制和設置。9Help Help菜單提供了對Multisim的在線幫助和輔助說明。三、工具欄Multisim 提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過View菜單中的選項方便地將頂層的工具欄打開或關閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項功能。頂層的工具欄有：Standard工具欄、Design工具欄、Zoo

7、m工具欄，Simulation工具欄。1Standard工具欄包含了常見的文件操作和編輯操作，如下圖所示：2Design工具欄作為設計工具欄是Multisim的核心工具欄，通過對該工作欄按鈕的操作可以完成對電路從設計到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開關下層的工具欄：Component中的Multisim Master工具欄，Instrument工具欄。 （1）作為元器件（Component）工具欄中的一項，可以在Design工具欄中通過按鈕來開關Multisim Master工具欄。該工具欄有14個按鈕，每個每一個按鈕都對應一類元器件，其分類方式和Multisim元器件數據庫中的分類相對應

8、，通過按鈕上圖標就可大致清楚該類元器件的類型。具體的內容可以從Multisim的在線文檔中獲取。（2）Instruments工具欄集中了Multisim為用戶提供的所有虛擬儀器儀表，用戶可以通過按鈕選擇自己需要的儀器對電路進行觀測。3用戶可以通過Zoom工具欄方便地調整所編輯電路的視圖大小。4Simulation工具欄可以控制電路仿真的開始、結束和暫停。第二節 Multisim對元器件的管理圖2 元件庫界面Multisim以庫的形式管理元器件，通過菜單Tools/ Database Management打開Database Management（數據庫管理）窗口（如下圖所示），對元器件庫進行管

9、理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個數據庫：Multisim Master和User。其中Multisim Master庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User是為用戶自建元器件準備的數據庫。用戶對Multisim Master數據庫中的元器件和表示方式沒有編輯權。第三節 輸入并編輯電路輸入電路圖是分析和設計工作的第一步，用戶從元器件庫中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來,為分析和仿真做準備。一、設置Multisim的通用環境變量為了適應不同的需求和用戶習慣，用戶可以用菜單Option/Preferences打開Preferences對話

10、窗口，如下圖所示。通過該窗口的6個標簽選項，用戶可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動存儲時間等內容作相應的設置。二、取用元器件取用元器件的方法有兩種：從工具欄取用或從菜單取用。下面將以74LS00為例說明兩種方法。1從工具欄取用：Design工具欄®Multisim Master工具欄®TTL工具欄®74LS按鈕從TTL工具欄中選擇74LS按鈕打開這類器件的Component Browser窗口，如下圖所示。其中包含的字段有Database name（元器件數據庫），Component Family（元器件類型列表），Component

11、Name List（元器件名細表），Manufacture Names（生產廠家），Model Level-ID（模型層次）等內容。2從菜單取用：通過Place/ Place Component命令打開Component Browser窗口。3選中相應的元器件器件在電路圖中顯示的圖形符號，用戶可以在上面的Component Browser中的Symbol選項框中預覽到。當器件放置到電路編輯窗口中后，用戶就可以進行移動、復制、粘貼等編輯工作了。三、將元器件連接成電路在將電路需要的元器件放置在電路編輯窗口后，用鼠標就可以方便地將器件連接起來。方法是：用鼠標單擊連線的起點并拖動鼠標至連線的終點。在M

12、ultisim中連線的起點和終點不能懸空。第四節 虛擬儀器及其使用Multisim為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，可以從Design工具欄®Instruments工具欄，或用菜單命令（Simulation/ instrument）選用這11種儀表。在選用后，各種虛擬儀表都以面板的方式顯示在電路中。通過與電路相連，可以用虛擬示波器同時觀測電路中兩點的波形。雙擊虛擬儀器就會出現儀器面板，面板為用戶提供觀測窗口和參數設定按鈕。雙擊圖中的示波器，就會出現示波器的面板。通過Simulation工具欄啟動電路仿真，示波器面板的窗口中就會出現被觀測點的波形。3電路模型的建立 經操作，電路模型

13、建立如下：圖1.3.1 三位同步計數器，無效態（001）、（110）從右到左依次為圖1.3.2 序列信號發生器，序列（） 4 理論分析及計算 4.1 數字電路中的計數器在數字電路中，把記憶輸入CP脈沖個數的操作叫做計數，能實現計數操作的電子電路稱為計數器。它的主要特點是：(1)這種計數器除了輸入計數脈沖CP信號之外，很少有另外的輸入信號，其輸出通常也都是現態的函數，是一種Moore型的時序電路，而輸入計數脈沖CP是觸發器的時鐘信號。(2)從電路組成看，其主要組成單元是時鐘觸發器。當輸入計數脈沖到來時，要更新狀態的觸發器都是同時翻轉并按遞減計數的電路叫做同步減法計數電路。三位二進制同步減法計數器

14、圖1.4.1所示時三位二進制同步減法計數器的結構示意圖。CP時輸入計數脈沖，每輸入一個CP脈沖，計數器就減一個1，當不夠減時就向高位借位，顯然向高位借來的1應當8,81=7。因此在狀態圖中，當狀態為000時，輸入一個CP脈沖，不夠減，向高位借1當8，減去1后剩7，所以計數器的狀態應該有000轉換到111，且同時應向高位送出借位信號，圖中的輸出信號B就是要送給高位的借位信號。圖2.4.2所示為設計任務的卡諾圖。CP3位二進制同步B輸入減法計數脈沖減法計數器送給高位的借位信號 圖1.4.1 3位二進制同步減法計數器示意框圖 4.2 時序邏輯電路的基本設計方法通過給定的設計要求，或者是一段文字描述，

15、或者是狀態圖，求出滿足要求的時序電路，成為時序邏輯電路的設計。本次課設中的3位二進制同步減法計數器和時序邏輯電路就是通過時序邏輯電路的設計構建的。設計流程如圖1.4.2所示：時序邏輯最簡邏輯問題狀態賦值 狀態轉換圖表達式邏輯圖選定檢查觸發器類型能否自啟動 圖1.4.2 同步時序邏輯電路設計圖4.3 時序邏輯電路的理論計算按照時序邏輯電路的設計流程，設計時序邏輯電路1.狀態圖：根據設計任務，得出1.4.3示3位同步二進制減法計數器的狀態卡諾圖。 /1 /0 /0 /0 /0 000 111 101 100 011 010 /0 排列：Q2nQ1nQ0n 圖1.4.3 3位同步二位減法計數器的狀態

16、圖1.選擇觸發器，求時鐘方程、輸出方程和狀態方程，選擇3個下降沿觸發的JK觸發器。1 求時鐘方程：采取同步方程，有 CP0=CP1=CP2=CP，CP是整個要設計的時序電路的輸入時鐘脈沖。2 求輸出方程：由圖1.4.3的狀態圖，可得輸出方程3 求狀態方程：由圖1.4.3所示狀態圖可直接畫出如圖1.4.4所示電路次態Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡諾圖，再分解開便可得到如圖1.4.4所示觸發器的卡諾圖。 圖1.4.4 電路及各個觸發器的次態卡諾圖.由上面的卡諾圖可得，各觸發器的次態方程： 2.求驅動方程，對照JK觸發器的特性方程可得：3. 畫邏輯電路圖根據所選用的觸發器和時鐘方程、輸出方程、驅

17、動方程，便可以畫出圖1.3.1所示的邏輯電路圖。為了便于才查錯，在連線的過程中，可選用不同顏色易于區分的幾種線條連線。4.檢查能否自啟動：將（001），（110）兩個無效態帶入觸發器的次態方程，輸出方程中得：001 (無效態) 101（有效態），輸出為0110（無效態） 000（有效態），輸出為0可見所設計的電路能夠自啟動。4.4 序列信號發生器序列信號是指在同步脈沖作用下循環地產生一串周期性的二進制信號，能產生這種邏輯信號的邏輯器件就成為序列信號發生器。根據結構不同，它可以分為反饋移位型和計數型兩種。因課設任務中的序列發生器，序列為，故在3位二進制同步計數器的基礎上得出器輸出結果F卡諾圖如圖

18、1.4.5所示。 圖1.4.5 F的卡諾圖由圖1.4.5知：序列信號發生器的輸出方程根據其表達式，在3位二進制計數器基礎上，構建序列信號發生器如圖1.3.2所示。5 74163芯片仿真設計180進制加法計數器 5.1 設計原理 用74ls163構成180進制計數器需要兩片芯片級聯起來構成256進制計數器，再用同步歸零法即可得到180進制同步加法計數器。 5.2 設計圖6 仿真結果分析 1.5.1 3位二進制同步減法計數器仿真結果如表1.5.1所示：計數脈沖CP000011112101310040115010表1.5.1 計數器邏輯功能測試1.5.2 串行序列發生器仿真結果如表1.5.2所示計數脈沖CP000011111021011310014011050100表1.5.2 串行序列發生器邏輯功能測試1.5.3 結果分析：經過仿真，測試3位二進制減法計數器與串行序列發生器的邏輯功能滿足課設要求。如果測試結果不對，可能是以下原因造成的。（1）芯片選擇錯誤；（2）芯片未接電源和地；（3）導線內部出現斷裂（實驗室中）；(4) 電子實驗箱內部有問題；導線插錯位置；糾錯原則：7設計總結和體會 在設計3位同步二進制減法計數器和序列發生器的過程中，我有三點體會：利用卡諾圖得出