六进制同步加法计数器

1.数字电子设计提要 ..................................................................................................................... 3

1.1课程设计的目的与作用 .................................................................................................. 3 1.2设计任务 .......................................................................................................................... 3 1.3multisim软件环境介绍 ..................................................................................................... 3 1.4 Multisim软件界面介绍 ................................................................................................... 4 2.六进制同步加法计数器 .............................................................................................................. 6

2.1设计任务 ........................................................................................................................... 6 2.2设计原理 ........................................................................................................................... 6 2.3设计过程 ........................................................................................................................... 6

2.3.1设计的总框图 ...................................................................................................... 6 2.3.2设计流程 .............................................................................................................. 6 2.4实验仪器 ........................................................................................................................... 9 2.5 实验结论 .......................................................................................................................... 9 3. 串行序列发生器的设计 .......................................................................................................... 10

3.1设计任务 ......................................................................................................................... 10 3.2设计原理 ......................................................................................................................... 10 3.3设计过程 ......................................................................................................................... 10

3.3.1设计总框图 .......................................................................................................... 10 3.3.2设计流程 .............................................................................................................. 10 3.4实验仪器 ......................................................................................................................... 13 3.5 实验结论 ........................................................................................................................ 13 4基于74161芯片仿真设计63进制加法计数器并显示计数过程 .......................................... 13

4.1设计任务 ......................................................................................................................... 13 4.2设计原理 ......................................................................................................................... 13 4.3设计过程 ......................................................................................................................... 14 4.4实验仪器 ......................................................................................................................... 15 4.5实验结论 ......................................................................................................................... 15 5设计总结和体会 ........................................................................................................................ 16

I

6参考文献 .................................................................................................................................... 17

II

1.数字电子设计提要

1.1课程设计的目的与作用

1.了解同步计数器及序列信号检测器工作原理； 2.掌握计数器电路的分析，设计方法及应用； 3.掌握序列信号检测器的分析，设计方法及应用； 4.学会正确使用JK触发器。

1.2设计任务

1.六进制同步加法计数器（无效态：000，011）； 2.串行序列检测器的设计（检测序列0011）；

3.基于74161芯片仿真设计63进制加法计数器并显示计数过程。

1.3multisim软件环境介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从

3

而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

Multisim 10 启动画面图 突出优点：

（1）通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路 （2）通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为 （3）借助高级电路分析, 理解基本设计特征 （4）通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试

（5）通过改进、整合设计流程, 减少建模错误缩

短上市时间

1.4 Multisim软件界面介绍

Multisim 10主界面。启动Multisim，就会看到其主界面，主要是由菜单栏、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪器工具栏使用中元件列表、仿真开关、状态栏以及电路图编辑窗口等组成。如图1.4.1所示。

图1.4.1 Multisim软件编辑窗口

Multisim 10提供了丰富的元器件。这些元器件按照不同的类型和种类分别存放在若干个分类库中。这些元件包括现实元件和虚拟元件。所谓的现实元件给出了具体的型号，它们的模型数据根据该型号元件参数的典型值确定。而所谓的虚

4

拟元件没有型号，它的模型参数是根据这种元件各种元件各种型号参数的典型值，而不是某一种特定型号的参数典型值确定。另外，Multisim 10元件库中还提供一种3D虚拟元件，这种元件以三维的方式显示，比较形象、直观.。Multisim 10容许用户根据自己的需要创建新的元器件，存放在用户元器件库中。如图1.4.2所示。

Multisim 10提供了品种繁多、方便实用的虚拟仪器。比如数字万用表、信号发生器、示波器等17种虚拟仪器。点击主界面中仪表栏的相应的按钮即可方便地取用所需的虚拟仪器如图1.4.3所示。

图1.4.2 用户元器件库图

图1.4.3 虚拟仪器图示

Multisim 10提供了各种不同功能的分析工具。点击分析按钮，即可拉出分析菜单，其中列出了Multisim 10的各种分析工具，例如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析等。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件，如图1.4.4所示的界面。

图1.44 元器件库图示

5

2.六进制同步加法计数器

2.1设计任务

六进制同步加法计数器（无效态：000，011）

2.2设计原理

在数字电路中，把记忆输入CP脉冲个数的操作叫做计数，能实现计数操作的电子电路成为计数器。计数器是组成数字电路和计算机电路的基本时序逻辑部件。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。

2.3设计过程

2.3.1设计的总框图

三位二进制同

CP

输入计数脉冲

步加法计数器 送给高位的进位信2.3.2设计流程

(1)状态图：

/0 100 101 /0 001 010 /0 /0 110 /0 111 /1 (2)选择的触发器名称:

6

选用三个CP下降沿触发的边沿JK触发器

（3）输出方程:

nn YQ1Q0

00 01 11 10 1

nQ2QQ n1n0 2.3.2.1 XXX 010 XXX 100 0 六进制同步加法计数器的次 Q2n+1图:

nnQ 1Q01 101 110 001 111 态卡诺图 的卡诺 Qn200 X 0 01 X 11 1 10

0 1 0 1 1 1 图2.3.2.2 诺图

Q1n+1的卡诺图:

Qn2Q2n+1的卡

nnQ0Q100 X 1 01 X 11 0 1 10

0

1 0 1 0 7

图2.3.2.3 Q1n+1的卡诺图

Q0n+1的卡诺图:

2.3.2.4 Q0n+1

诺图 由卡诺图状态方程

(5)驱动方程：

X 1 0 X 图

0 1 的卡

0 n12n1n2n11 n0n2得出 为：

QQQQQQnnQ1n1Q0nQ1nQ2Q0nQ2Q0nQ1nnQ0n1Q2Q0nQ1nQ0n

n

n

n J2=Q0 J1 = Q0 J0=Q2

nnK2= Q1nQ0Q0n K0=Q1n K1=Q2

(6)检查能否自启动：

/0 000 100 (有效状态) /0

011 001 (有效状态)

(7)逻辑电路图分析:

8

图2.3.2.5三位二进制同步加法计数器逻辑电路图

如逻辑电路图所示：三盏红色指示灯从左至右分别代表输出信号Q2、Q1、Q0,对应的红色显示器显示对应的十进制数，经验证可得，而这一一对应，符合设计

2.4实验仪器

1.数字原理实验系统一台；

2.集成电路芯片：74LS112二片 74LS08一片 74LS00一片； 3.导线若干、万用表一个。

2.5 实验结论

经过实验可知，所设计的同步减法计数器满足课程设计要求，且能够进行自启动，产生了001、010、100、101、110、111六种状态，无效态为000、011，红色指示灯显示7、6、5、4、3、2，证明设计同步加法计数器正确。通过分析计数器设计结果的状态图和可以得出,此电路有加法计数器功能,设计计数6次清零循环,为6进制同步加法计数器。

9

3.串行序列发生器的设计

3.1设计任务

串行序列检测器的设计（检测序列0011）

3.2设计原理

在数字信号的传输和数字系统的测试中，有时需要用到一组特定的串行数字信号。通常把这种串行数字信号叫做序列信号。产生序列信号的电路成为序列信号发生器。

3.3设计过程

3.3.1设计总框图

CP Y

串行序列信号发生器 输入脉冲 串行序列输出

3.3.2设计流程

0/0

图3.3.2.1设计流程图

1/0 00

01

0/0

1/1

0/0 11 0/0

10

1/0

0 0 10 0 0 Y的卡诺图

X Q1nQ0n 0 00 0 01 0 11 1 10

0

1

图3.3.2.2Y的卡诺图 次态卡诺图

图3.3.2.3次态卡诺图

Q1n的卡诺图

Q1nQ0n 00 01 11 00 11 10 11 01 00 10 X 0 01 1 00

Q1nQ0n X 0 1 0 0 00 0 01 1 1 1 11 0 0 10 图3.3.2.4Q1n的卡诺图

11

n的卡诺图 Q0

X Q1nQ0n 00 01 1 1 1 1 11 1 1 10 0 1 1 1 n 图3.3.2.5Q0的卡诺图

状态方程：

输出方程：

(2)驱动方程：

nnQ1n1XQ0Q1nQ0n1Q0XnnYXQQ10 J1XQ1n J0X

n K1Q0 K0X

（3）逻辑电路图分析：

图3.3.2.2 串行序列检测器逻辑电路图

(4)实验结果分析

12

实验现象正常，仿真结果正确。

3.4实验仪器

1.数字原理实验系统一台

2.集成电路芯片：74LS112二片 74LS08一片 74LS00一片 74LS10一片 3.导线若干、万用表一台

3.5 实验结论

经过实验可知，满足时序图的变化，可知状态对应关系为：000对应输入0，010对应输入0,101对应输入1,110对应输入1,实验结果满足设计要求，没有出现问题，课程设计符合要求。

4基于74161芯片仿真设计63进制加法计数器并显示计数过程

4.1设计任务

基于74161芯片仿真设计63进制加法计数器并显示计数过程

4.2设计原理

获得N进制计数器的常用方法有两种：一是用时钟触发器和门电路进行设计；二是用集成计数器构成。本次设计就是利用集成计数器来实现。

集成计数器一般都设置有清零输入端和置数输入端，而且无论是清零还是置数都有同步和异步之分，有的集成计数器采用同步方式——当CP触发沿到来时才能完成清零或置数任务，有的则采用异步方式——通过时钟触发器异步输入端实现清零或置数，与CP信号无关。在做过具体介绍的集成计数器中，通过状态表可以很容易的就能鉴别其清零和置数方式。

13

4.3设计过程

(1)写出

SN1的二进制代码

LDQ5Q4Q3Q2Q1

(2)状态表

输入 CR LD CTP输出 D1 注 CTT CP D0 D2 D3 Qn10n1 COn1n1QQ2Q13 0 x x x x x x x x 0 0 0 0 1 0 x x d d10 d2 0 0 清零 nnnnQ3Q2Q1Q0 d3 d0 d1 d2 d3 CT CO置数 T 1 1 1 1 x x x x 1 1 0 x x x x x x 1 1 x 0 x x x x x 计数 保持 保持 nnnnCOQ3Q2Q1Q0 nnnnCOCTTQ3Q2Q1Q0 表4.3.1 74161的状态表

(3)逻辑电路图分析

14

第一个显示器代表低位，第二的显示器代表高位，从零开始一直显示到六十三位，可以构成六十三位加法器。

4.4实验仪器

1.数字原理实验系统一台； 2.集成电路芯片：74161二片 ； 3.导线若干。

4.5实验结论

经实验可知用74161可以构成N进制加法计数器，同时74161还具有同步置数、异步清零和保持的功能，74163除了采用同步清零方式外，其逻辑功能、技术工作原理和外引线排列于74161没有区别，同时也可以用其他芯片构成N进制加法计数器且还可以构成减法计数器，有的也可以构成可逆计数器。

15

5设计总结和体会

通过这次对三位二进制同步加法计数器和串行序列检测器的设计，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于电路设计的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。 经过了进一个星期的努力我终于完成了这一系列的工作，从芯片的选择，到电路设计与实现，功能调试，最后到完成报告。在这一系列的工作中我学到很多，不仅加深了对数字电子书本上知识的理解，同样锻炼了自己独立完成一项工作的能力。这个过程中我遇到很多问题，不仅有实验过程中的，还有完成报告时的一些问题，比如，芯片的引脚，芯片的功能，连线要求等，这都需要我们去查找资料的。完成报告时，卡诺图的画法，如何截取清晰的图片，如何书写公式也给我制造了障碍，经过努力算是克服了这些困难。而这些遇到问题也将是我们以后参加工作后可能遇见的一些问题，所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻的理解。

通过努力克服之后对我来说是个很好的锻炼，让我熟悉了独立完成一个项目的基本流程，解决问题的方法等，这对我以后的学习和工作的帮助时不言而喻的。 这次的课程设计中我最大的收获是，懂得了完成项目的基本流程，认识到遇到问题需要冷静分析，查找资料，请教他人，逐步克服困难。最重要的，以为得学习课本知识是不够的，需要动手做一些实验来加强理论的理解和实际的运用，这样才能真正的学到有用的电子技术，将来才能更好的适应自己的岗位。 课程设计虽然结束了，但是我要做的事情并未结束，我应当将此次课设中的体会运用到以后的学习和生活中，理论与实践结合，认真分析问题，不断地充实自己，提高自己,让自己有更大的进步。

16

6参考文献

[1] 作者：余孟尝

书名：《数字电子技术基础简明教程》 出版社：高等教育出版社 出版年：2007年12月 [2] 作者：吴翔，苏建峰

书名：《Multisim10&Ultiboard原理图仿真与PCB设计》 出版社：电子工业出版社 出版年：2008年1月 [3] 作者：张利萍，张群芳

书名：《数字逻辑实验指导书》 出版社：信息学院数字逻辑实验室

17