数字电子技术课程设计计数器电路的分析.doc

安徽农业大学经济技术学院
数字电子技术课程设计报告书

课题名称
计数器电路的分析
姓 名

学 号

院、系、部
信息与计算机系
专 业
电子信息工程
指导教师

2016年 12 月 20 日
1 Multisim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。
一、 Multisim的主窗口界面。
启动Multisim 10后，将出现如图所示的界面。

二、 菜单栏
菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。
三、 工具栏
　　Multisim 2010提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。
顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。
2 课程设计的目的与作用
一．课程设计的目的
1） 掌握数字电子技术在实际生活中的应用；
2） 更加深刻了解数字电子知识体系；
3） 通过本次设计熟悉软件平台、图形和文本输入、编辑、及仿真
4） 掌握计数器电路的分析，设计方法及应用；
5）学会正确使用JK触发器；

二． 课程设计的作用

1） 学会了分析仿真结果的正确性，与理论计算值进行比较；
2）通过课程设计，加强了动手，动脑的能力；
3 课程设计的任务
1） 三位二进制减法计数器（无效态：000,101）
2) 串行序列检测器（检测序列：1100）
3） 基于74191芯片仿真设计163进制减法计数器
4 三位二进制减法计数器的设计（无效态：000，101）
4.1 三位二进制减法计数器的设计原理
计数器是利用统计脉冲个数的电路，是组成数字电路和计算机电路的基本时序部件，计数器按长短可分为：二进制，十进制和N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计数的功能，又能完成递减的功能，则称其为可逆计数器。同步计数器：当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器都是同时翻转的计数器，叫做同步计数器。
4.2 三位二进制减法计数器的设计过程
1） 总体设计过程
时序逻辑问题
状态赋值
状态转换图（表）
检查能否自启动
逻辑图
最简逻辑表达式
选定触发器类型

图4.2（a）设计流程图

2）减法器的状态图如下4.2（b）（无效态：000,101）
/0
/0
/0
/0
/0

/1
111 110 100 011 010 001

排列顺序： /Y
图4.2(b)
3) 选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程及驱动方程
a 选择触发器：
由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用3个下降沿JK触发器，本实验中选用74LS112D芯片。
b 求时钟方程：
本实验中采用同步计数故
CP0=CP1=CP2=CP
c 求输出方程：
本实验给的无效态为000、101
对应最小项为和Q0nQ1nQ2n 由图4.2（b）所示状态图所规定的输出与现态之间的逻辑关系，可以直接画出输出信号Y的方程

d 求状态方程：
根据输出信号的卡诺图可得到上述三触发器的卡诺图
由图4.2（b）状态图可直接写出的卡诺图如图4.2（c）
Q1nQ0n

Q2n

00

01

11

10
0
XXX
111
010
001
1
011
XXX
110
100
图4.2（c）次态Q2n+1Q1n+1Q0n+1卡诺图

Q1nQ0n

Q2n

00

01

11

10
0
x
1
0
0
1
0
x
1
1
图4.2（d）次态的卡诺图
Q1nQ0n

Q2n

00

01

11

10
0
x
1
1
0
1
1
x
1
0
图4.2（e）次态的卡诺图
Q1nQ0n

Q2n

00

01

11

10
0
x
1
0
1
1
1
x
0
0
图4.2（f）次态的卡诺图
根据三个次态的卡诺图可得触发器的状态方程：
Q0n+1=Q1n+Q2n Q0n
Q1n+1=Q1n+Q0n Q1n
Q2n+1=Q1n Q0n+Q2n Q1n
e 求驱动方程：
变换状态方程，并比较特性方程求驱动方程：
J0=Q1n∙Q2n K0=Q1n
J1=1 K1=Q0n
j2=Q1n Q0n K2=Q1n∙Q1n∙Q0n

4)画逻辑电路图：

图4.2（g）逻辑连线图
5）仿真结果

图4.2（h）仿真111

图4.2（i）仿真110
6） 检查能否自启动：
000 101 111

无效态没有形成循环，所以能自启动。
7）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。

5 串行序列检测器设计过程（检测序列：1100）
5.1 检测器的原理：
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及正确序列，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。
5.2 检测器的设计过程：
串行序列信号发生器的总体框图:

串行序列信号发生器

CP Y
输入脉冲 串行序列输出
图5.2(a)串行序列信号发生器的总体框图

1） 进行逻辑抽象建立原始状态图
2） 进行状态分配，画出用二进制数编码后的状态表
3） 画出串行数据检测的状态图：
0/1
0/0
1/0 1/0 0/0
00 01 11 10

0/0 1/0
1/0

图5.2（b）串行检测器状态图
4） 选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和驱动方程
a 选用两个CP下降沿触发的边沿JK触发器；
b 采用同步故 ===CP
c 求输出方程：
由状态图可见Y=XQ0nQ1n
b 求状态方程：
按图5.2（b）所示状态图得规定，可画出如图5.2(c)所示的电路次态的卡诺图
Q0nQ1n

X

00

01

11

10
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
触发器的次态卡诺图可根据上图分解得
Q0n

Q1n
0
1
0
01
11
1
00
10
Q0n

Q1n
0
1
0
0
1
1
0
1
图5.2（d） 图5.2（e）

Q0n
Q1n
0
1
0
1
1
1
0
0
图5.2（f）
e 求状态方程
由图5.2（d）、5.2（e）、5.2（f）得状态方程为
Q1n+1=Q0n
Q0n+1=Q1n
f 求驱动方程：
变换状态方程，并比较特性方程求驱动方程：
J0=Q1n K0=Q1n
J1=Q0n K1=Q0n
5） 画逻辑电路图如下图5.2（g）

图5.2（g）
6) 仿真结果：

图5.2（h) (输入1)

图5.2（i） （输入1）

图5.2（j） (输入0)

图5.2（k） (输入0)
7）所设计的检测器均为有效态。有上图可见，设计的电路能够良好的运行。
6 基于74191芯片仿真设计163进制减法计数器并显示计数过程
6.1 设计原理：

1）74191功能表

2） 获得N进制计数器常用的方法有两种：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。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异步之分
6.2 设计过程：
1）求及（采用同步置数）
SN-1=S12-1=S11=10100010
LD=Q1+Q5+Q7

2）画连线图如下图6.2（a）

图6.2（a） （所记数 162）
3) 仿真结果：

图6.3（a) (所记数位161)

图6.3（b） （所记数 121）
7 设计总结和体会
通过数字电子技术课程设计的学习与实践我们能更好的了解相关数字元件的功能，并会设计相关电路。在设计过程中要有探索精神，遇到问题要勤于尝试敢于发现错误并改正错误。同时要注重和同学的交流合作达到相互进步，共同成长的目的。
我还学会了把平时学习的理论知识和实际操作很好的联系起来，增强了自己的电路设计能力，初步形成了软件工程理念，对自己所学的知识有了更清晰的认识。同时意识到了自己今后学习的大方向。
我意识到在以后的学习中，自己必须加强对新生事物的探索能力，要尝试独立完成一些基本学习内容。要注重细节,在不断的学习中培养严谨的求学态度,严格要求自己,认真对待学习中遇到的问题。同时通过本课程设计，使更深更精地了解数字电子技术的基础知识，电路分析与计算的基本方法，通过利用Multisim软件，对电路进行一系列分析，仿真，更将抽象的理论知识与实际电路设计结合在一起，加深了对数字电子中一些基本定理的理解与运用。也初步掌握了进行试验的基础技能，相信一定能为我们以后的学习打下一个坚实的基础，也使我们在综合性这一环节得到了很到的锻炼。
一、设计任务及要求：

指导教师签名：
20 年 月 日

二、指导教师评语：

指导教师签名：
20 年 月 日

三、成绩

指导教师签名：
20 年 月 日

目 录
第一章 总论 1
一、项目概况 1
二、项目提出的理由与过程 6
三、项目建设的必要性 8
四、项目的可行性 12
第二章 市场预测 15
一、市场分析 15
二、市场预测 16
三、产品市场竞争力分析 19
第三章 建设规模与产品方案 22
一、建设规模 22
二、产品方案 22
三、质量标准 22
第四章 项目建设地点 25
一、项目建设地点选择 25
二、项目建设地条件 25
第五章 技术方案、设备方案和工程方案 28
一、技术方案 28
二、产品特点 30
三、主要设备方案 32
四、工程方案 32
第六章 原材料与原料供应 35
一、原料来源及运输方式 35
二、燃料供应与运输方式 35
第七章 总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程 37
一、总图布置 37
二、 运输 38
三、总体布局 38
四、公用辅助工程 39
第八章 节能、节水与安全措施 44
一、主要依据及标准 44
二、节能 44
三、节水 45
四、消防与安全 45
第九章 环境影响与评价 47
一、法规依据 47
二、项目建设对环境影响 48
三、环境保护措施 48
四、环境影响评价 49
第十章 项目组织管理与运行 50
一、项目建设期管理 50
二、项目运行期组织管理 52
第十一章 项目实施进度 55
第十二章 投资估算和资金筹措 56
一、投资估算 56
二、资金筹措 58
第十三章 财务评价与效益分析 61
一、项目财务评价 61
二、财务评价结论 65
三、社会效益 68
四、生态效益 68
第十四章 风险分析 70
一、主要风险分析识别 70
二、风险程度分析及防范风险的措施 70
第十五章 招标方案 72
一、招标范围 72
二、招标组织形式 72
三、招标方式 72
第十六章 结论与建议 74
一、可行性研究结论 74
二、建议 75
附 件 77
一、附表 77
二、附件 77
三、附图 77

16