沈理數(shù)電課設(shè)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名張永班級(jí)學(xué)號(hào)專 業(yè)自動(dòng)化課程設(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 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名張永班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子設(shè)計(jì)題目： (1)構(gòu)建3位同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器（無(wú)效態(tài)：001,110）； (2)串行序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)，序列（）。 (3)基于74163芯片仿真設(shè)計(jì)180進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器并顯示技術(shù)過(guò)程實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分(1).通過(guò)理論分析計(jì)算得出構(gòu)建電路所需的未知量；(2).在實(shí)驗(yàn)箱上根據(jù)計(jì)算結(jié)果連接并調(diào)試電路；（3）采用multism仿真軟件建立電

2、路模型，給出仿真結(jié)果并分析。進(jìn)度安排：第一周：數(shù)字電子設(shè)計(jì)第1天：1. 布置課程設(shè)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23天：1. 安裝multisim軟件，熟悉multisim軟件仿真環(huán)境。2. 在multisim環(huán)境下建立電路模型，學(xué)會(huì)建立元件庫(kù)。第4天：1. 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算。2. 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 日專心-專注-專業(yè)目錄1課

3、程設(shè)計(jì)的目的與作用1. 學(xué)會(huì)用常見(jiàn)觸發(fā)器、邏輯門電路設(shè)計(jì)電路模型的方法。2. 運(yùn)用multism軟件，結(jié)合理論計(jì)算的結(jié)果，創(chuàng)建三位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器的電路模型。3. 在正確構(gòu)建三位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器電路模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)理論計(jì)算得出序列發(fā)生器的輸出方方程，正確創(chuàng)建序列發(fā)生器的電路模型。4. 學(xué)會(huì)對(duì)電路的調(diào)試，能處理一些調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，總結(jié)一些經(jīng)驗(yàn)。三位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器與序列發(fā)生器2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)選擇合適的觸發(fā)器、門電路構(gòu)建三位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器(無(wú)效態(tài)：001 ，110)，以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建序列信號(hào)發(fā)生器（序列：）。2.2 multisim軟件環(huán)

4、境介紹第一節(jié) Multisim概貌軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度自如使用。一、Multisim的主窗口界面。啟動(dòng)Multisim 12.0后，將出現(xiàn)如圖1所示的界面。 圖1 multism 啟動(dòng)后所示界面界面由多個(gè)區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過(guò)對(duì)各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)的觀測(cè)和分析。用戶可以通過(guò)菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。二、菜單欄菜單欄位于界面的上方，通過(guò)菜單可以對(duì)Multisim的所有功能進(jìn)行操作。不難看出菜單

5、中有一些與大多數(shù)Windows平臺(tái)上的應(yīng)用軟件一致的功能選項(xiàng)，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些EDA軟件專用的選項(xiàng)，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。1. File File菜單中包含了對(duì)文件和項(xiàng)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(duì)電路圖進(jìn)行編輯。3View 通過(guò)View菜單可以決定使用軟件時(shí)的視圖，對(duì)一些工具欄和窗口進(jìn)行控制。4Place 通過(guò)Place命令輸入電路圖。5Simulate 通過(guò)Simulate菜單執(zhí)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(duì)其它EDA軟件需要的文件格式的輸出。7Tools Tools菜單主要針對(duì)元器件的編輯與管理的命令。8Options 通過(guò)Option菜單可以對(duì)軟件的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行定制和設(shè)置。9Help Help菜單提供了對(duì)Multisim的在線幫助和輔助說(shuō)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(guò)View菜單中的選項(xiàng)方便地將頂層的工具欄打開(kāi)或關(guān)閉，再通過(guò)頂層工具欄中的按鈕來(lái)管理和控制下層的工具欄。通過(guò)工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項(xiàng)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(jiàn)的文件操作和編輯操作，如下圖所示：2Design工具欄作為設(shè)計(jì)工具欄是Multisim的核心工具欄，通過(guò)對(duì)該工作欄按鈕的操作可以完成對(duì)電路從設(shè)計(jì)到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開(kāi)關(guān)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(xiàng)，可以在Design工具欄中通過(guò)按鈕來(lái)開(kāi)關(guān)Multisim Master工具欄。該工具欄有14個(gè)按鈕，每個(gè)每一個(gè)按鈕都對(duì)應(yīng)一類元器件，其分類方式和Multisim元器件數(shù)據(jù)庫(kù)中的分類相對(duì)應(yīng)

8、，通過(guò)按鈕上圖標(biāo)就可大致清楚該類元器件的類型。具體的內(nèi)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(guò)按鈕選擇自己需要的儀器對(duì)電路進(jìn)行觀測(cè)。3用戶可以通過(guò)Zoom工具欄方便地調(diào)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(kāi)始、結(jié)束和暫停。第二節(jié) Multisim對(duì)元器件的管理圖2 元件庫(kù)界面Multisim以庫(kù)的形式管理元器件，通過(guò)菜單Tools/ Database Management打開(kāi)Database Management（數(shù)據(jù)庫(kù)管理）窗口（如下圖所示），對(duì)元器件庫(kù)進(jìn)行管

9、理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：Multisim Master和User。其中Multisim Master庫(kù)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(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶對(duì)Multisim Master數(shù)據(jù)庫(kù)中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。第三節(jié) 輸入并編輯電路輸入電路圖是分析和設(shè)計(jì)工作的第一步，用戶從元器件庫(kù)中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來(lái),為分析和仿真做準(zhǔn)備。一、設(shè)置Multisim的通用環(huán)境變量為了適應(yīng)不同的需求和用戶習(xí)慣，用戶可以用菜單Option/Preferences打開(kāi)Preferences對(duì)話

10、窗口，如下圖所示。通過(guò)該窗口的6個(gè)標(biāo)簽選項(xiàng)，用戶可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動(dòng)存儲(chǔ)時(shí)間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)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(shuō)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(kāi)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(shù)據(jù)庫(kù)），Component Family（元器件類型列表），Component

11、Name List（元器件名細(xì)表），Manufacture Names（生產(chǎn)廠家），Model Level-ID（模型層次）等內(nèi)容。2從菜單取用：通過(guò)Place/ Place Component命令打開(kāi)Component Browser窗口。3選中相應(yīng)的元器件器件在電路圖中顯示的圖形符號(hào)，用戶可以在上面的Component Browser中的Symbol選項(xiàng)框中預(yù)覽到。當(dāng)器件放置到電路編輯窗口中后，用戶就可以進(jìn)行移動(dòng)、復(fù)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(biāo)就可以方便地將器件連接起來(lái)。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動(dòng)鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在M

12、ultisim中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能懸空。第四節(jié) 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(guò)與電路相連，可以用虛擬示波器同時(shí)觀測(cè)電路中兩點(diǎn)的波形。雙擊虛擬儀器就會(huì)出現(xiàn)儀器面板，面板為用戶提供觀測(cè)窗口和參數(shù)設(shè)定按鈕。雙擊圖中的示波器，就會(huì)出現(xiàn)示波器的面板。通過(guò)Simulation工具欄啟動(dòng)電路仿真，示波器面板的窗口中就會(huì)出現(xiàn)被觀測(cè)點(diǎn)的波形。3電路模型的建立 經(jīng)操作，電路模型

13、建立如下：圖1.3.1 三位同步計(jì)數(shù)器，無(wú)效態(tài)（001）、（110）從右到左依次為圖1.3.2 序列信號(hào)發(fā)生器，序列（） 4 理論分析及計(jì)算 4.1 數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)器在數(shù)字電路中，把記憶輸入CP脈沖個(gè)數(shù)的操作叫做計(jì)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的電子電路稱為計(jì)數(shù)器。它的主要特點(diǎn)是：(1)這種計(jì)數(shù)器除了輸入計(jì)數(shù)脈沖CP信號(hào)之外，很少有另外的輸入信號(hào)，其輸出通常也都是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，是一種Moore型的時(shí)序電路，而輸入計(jì)數(shù)脈沖CP是觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)。(2)從電路組成看，其主要組成單元是時(shí)鐘觸發(fā)器。當(dāng)輸入計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)，要更新?tīng)顟B(tài)的觸發(fā)器都是同時(shí)翻轉(zhuǎn)并按遞減計(jì)數(shù)的電路叫做同步減法計(jì)數(shù)電路。三位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器

14、圖1.4.1所示時(shí)三位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)示意圖。CP時(shí)輸入計(jì)數(shù)脈沖，每輸入一個(gè)CP脈沖，計(jì)數(shù)器就減一個(gè)1，當(dāng)不夠減時(shí)就向高位借位，顯然向高位借來(lái)的1應(yīng)當(dāng)8,81=7。因此在狀態(tài)圖中，當(dāng)狀態(tài)為000時(shí)，輸入一個(gè)CP脈沖，不夠減，向高位借1當(dāng)8，減去1后剩7，所以計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)該有000轉(zhuǎn)換到111，且同時(shí)應(yīng)向高位送出借位信號(hào)，圖中的輸出信號(hào)B就是要送給高位的借位信號(hào)。圖2.4.2所示為設(shè)計(jì)任務(wù)的卡諾圖。CP3位二進(jìn)制同步B輸入減法計(jì)數(shù)脈沖減法計(jì)數(shù)器送給高位的借位信號(hào) 圖1.4.1 3位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器示意框圖 4.2 時(shí)序邏輯電路的基本設(shè)計(jì)方法通過(guò)給定的設(shè)計(jì)要求，或者是一段文字描述，

15、或者是狀態(tài)圖，求出滿足要求的時(shí)序電路，成為時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)。本次課設(shè)中的3位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器和時(shí)序邏輯電路就是通過(guò)時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)構(gòu)建的。設(shè)計(jì)流程如圖1.4.2所示：時(shí)序邏輯最簡(jiǎn)邏輯問(wèn)題狀態(tài)賦值 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表達(dá)式邏輯圖選定檢查觸發(fā)器類型能否自啟動(dòng) 圖1.4.2 同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)圖4.3 時(shí)序邏輯電路的理論計(jì)算按照時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路1.狀態(tài)圖：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，得出1.4.3示3位同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)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(jì)數(shù)器的狀態(tài)

16、圖1.選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程，選擇3個(gè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。1 求時(shí)鐘方程：采取同步方程，有 CP0=CP1=CP2=CP，CP是整個(gè)要設(shè)計(jì)的時(shí)序電路的輸入時(shí)鐘脈沖。2 求輸出方程：由圖1.4.3的狀態(tài)圖，可得輸出方程3 求狀態(tài)方程：由圖1.4.3所示狀態(tài)圖可直接畫(huà)出如圖1.4.4所示電路次態(tài)Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡諾圖，再分解開(kāi)便可得到如圖1.4.4所示觸發(fā)器的卡諾圖。 圖1.4.4 電路及各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖.由上面的卡諾圖可得，各觸發(fā)器的次態(tài)方程： 2.求驅(qū)動(dòng)方程，對(duì)照J(rèn)K觸發(fā)器的特性方程可得：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、輸出方程、驅(qū)

17、動(dòng)方程，便可以畫(huà)出圖1.3.1所示的邏輯電路圖。為了便于才查錯(cuò)，在連線的過(guò)程中，可選用不同顏色易于區(qū)分的幾種線條連線。4.檢查能否自啟動(dòng)：將（001），（110）兩個(gè)無(wú)效態(tài)帶入觸發(fā)器的次態(tài)方程，輸出方程中得：001 (無(wú)效態(tài)) 101（有效態(tài)），輸出為0110（無(wú)效態(tài)） 000（有效態(tài)），輸出為0可見(jiàn)所設(shè)計(jì)的電路能夠自啟動(dòng)。4.4 序列信號(hào)發(fā)生器序列信號(hào)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(jìn)制信號(hào)，能產(chǎn)生這種邏輯信號(hào)的邏輯器件就成為序列信號(hào)發(fā)生器。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，它可以分為反饋移位型和計(jì)數(shù)型兩種。因課設(shè)任務(wù)中的序列發(fā)生器，序列為，故在3位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上得出器輸出結(jié)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(hào)發(fā)生器的輸出方程根據(jù)其表達(dá)式，在3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上，構(gòu)建序列信號(hào)發(fā)生器如圖1.3.2所示。5 74163芯片仿真設(shè)計(jì)180進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 5.1 設(shè)計(jì)原理 用74ls163構(gòu)成180進(jìn)制計(jì)數(shù)器需要兩片芯片級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再用同步歸零法即可得到180進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。 5.2 設(shè)計(jì)圖6 仿真結(jié)果分析 1.5.1 3位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器仿真結(jié)果如表1.5.1所示：計(jì)數(shù)脈沖CP000011112101310040115010表1.5.1 計(jì)數(shù)器邏輯功能測(cè)試1.5.2 串行序列發(fā)生器仿真結(jié)果如表1.5.2所示計(jì)數(shù)脈沖CP000011111021011310014011050100表1.5.2 串行序列發(fā)生器邏輯功能測(cè)試1.5.3 結(jié)果分析：經(jīng)過(guò)仿真，測(cè)試3位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器與串行序列發(fā)生器的邏輯功能滿足課設(shè)要求。如果測(cè)試結(jié)果不對(duì)，可能是以下原因造成的。（1）芯片選擇錯(cuò)誤；（2）芯片未接電源和地；（3）導(dǎo)線內(nèi)部出現(xiàn)斷裂（實(shí)驗(yàn)室中）；(4) 電子實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部有問(wèn)題；導(dǎo)線插錯(cuò)位置；糾錯(cuò)原則：7設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) 在設(shè)計(jì)3位同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器和序列發(fā)生器的過(guò)程中，我有三點(diǎn)體會(huì)：利用卡諾圖得出