第一部分?jǐn)?shù)字電子課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名楊飛班級(jí)學(xué)號(hào)1003010524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)語組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?0年月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名楊飛班級(jí)學(xué)號(hào)1003010524課程設(shè)計(jì)題目三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)：001，110）序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)（發(fā)生序列100101）3.0110串行序列檢測(cè)器電路設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):數(shù)字電子部分采用multisim仿真軟件建立電路模型；對(duì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算；在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，給出仿真波形圖。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排: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2-3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。第4天：1.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：201年月日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201年月日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201年月日目錄1課程設(shè)計(jì)的目的與作用11.1設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)思想11.2設(shè)計(jì)的作用11.3設(shè)計(jì)的任務(wù)12所用multisim軟件環(huán)境介紹13三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)33.1基本原理33.2設(shè)計(jì)過程34序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)..64.1基本原理64.2設(shè)計(jì)過程65串行序列檢測(cè)器電路設(shè)計(jì)75.1基本原理75.2設(shè)計(jì)過程86仿真結(jié)果分析116.1三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真116.2序列信號(hào)發(fā)生器（發(fā)生序列100101）的仿真146.30110串行序列檢測(cè)器電路設(shè)計(jì)177設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)238參考文獻(xiàn)23

1課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)思想根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器和序列信號(hào)發(fā)生器，加強(qiáng)對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的理解,進(jìn)一步鞏固課堂上學(xué)到的理論知識(shí)。了解計(jì)數(shù)器和序列信號(hào)發(fā)生器的工作原理。1.2設(shè)計(jì)作用通過multisim軟件仿真電路可以使我們對(duì)計(jì)數(shù)器和序列信號(hào)發(fā)生器有更深的理解。學(xué)會(huì)分析仿真結(jié)果的正確性，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。通過課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)動(dòng)手，動(dòng)腦的能力。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，要求無效狀態(tài)為001,110。設(shè)計(jì)一個(gè)序列信號(hào)發(fā)生器，要求發(fā)生序列100101。2所用multisim軟件環(huán)境介紹multisim軟件環(huán)境介紹Multisim是加拿大IIT公司（InterrativeImageTechnologiesLtd）推出的基于Windows的電路仿真軟件，由于采用交互式的界面，比較直觀、操作方便，具有豐富的元器件庫和品種繁多的虛擬儀器，以及強(qiáng)大的分析功能等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的引用。針對(duì)不同的用戶，提供了多種版本，例如學(xué)生版、教育版、個(gè)人版、專業(yè)版和超級(jí)專業(yè)版。其中教育版適合高校的教學(xué)使用。Multisim7主界面。啟動(dòng)Multisim，就會(huì)看到其主界面，主要是由菜單欄、系統(tǒng)工具欄、設(shè)計(jì)工具欄、元件工具欄、儀器工具欄使用中元件列表、仿真開關(guān)、狀態(tài)欄以及電路圖編輯窗口等組成。如下圖2.2.1所示。Multisim7提供了豐富的元器件。這些元器件按照不同的類型和種類分別存放在若干個(gè)分類庫中。這些元件包括現(xiàn)實(shí)元件和虛擬元件。所謂的現(xiàn)實(shí)元件給出了具體的型號(hào)，它們的模型數(shù)據(jù)根據(jù)該型號(hào)元件參數(shù)的典型值確定。而所謂的虛擬元件沒有型號(hào)，它的模型參數(shù)是根據(jù)這種元件各種元件各種型號(hào)參數(shù)的典型值，而不是某一種特定型號(hào)的參數(shù)典型值確定。另外，Multisim7元件庫中還提供一種3D虛擬元件，這種元件以三維的方式顯示，比較形象、直觀.。Multisim7容許用戶根據(jù)自己的需要?jiǎng)?chuàng)建新的元器件，存放在用戶元器件庫中。路2.2.2圖所示。圖2.1multisim電路編輯窗口Multisim7提供了品種繁多、方便實(shí)用的虛擬儀器。比如數(shù)字萬用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器等17種虛擬儀器。點(diǎn)擊主界面中儀表欄的相應(yīng)的按鈕即可方便地取用所需的虛擬儀器如圖2.2.3所示。圖2.2multisim元件庫圖2.3虛擬儀器3三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)電路3.1基本原理設(shè)計(jì)一個(gè)三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，要求無效狀態(tài)為000,110。000010011100101111圖3.1狀態(tài)圖排列3.2設(shè)計(jì)過程選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程a．選擇觸發(fā)器由于JK觸發(fā)器的功能齊全，使用靈活，在這里選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。b．求時(shí)鐘方程采用同步方案，故取(1-1）CP是整個(gè)要設(shè)計(jì)的時(shí)序電路的輸入時(shí)鐘脈沖。c．求狀態(tài)方程由1-1所示狀態(tài)圖可直接畫出1-2所示電路次態(tài)卡諾圖。再分解開便可以得到如圖1-3所示各觸發(fā)器的卡諾圖。Q1nQ0nQ2n00011110010×××100011101111000×××圖3.2次態(tài)卡諾圖Q1nQ0nQ2n000111100×10110×a．的卡諾圖Q1nQ0nQ2n000111101×01010×b．的卡諾圖Q1nQ0nQ2n000111100×01110×c．的卡諾圖圖3.3各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，由圖2-3所示各卡諾圖便可以很容易的得到（2-2）求驅(qū)動(dòng)方程JK觸發(fā)器的特性方程為（2-3）變換狀態(tài)方程，使之與式（2-3）的形式一致(2-4)比較特性方程求驅(qū)動(dòng)方程(2-5)畫邏輯電路圖根據(jù)所選用的觸發(fā)器和時(shí)鐘方程，輸出方程，驅(qū)動(dòng)方程，便可以畫出如圖2-4所示的邏輯電路圖。圖3.4三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器邏輯電路圖檢查電路能否自啟動(dòng),，可見在CP操作下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動(dòng)。4序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)（發(fā)生序列100101）4.1基本原理序列信號(hào)發(fā)生器是能夠依據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸出規(guī)定序列代碼的一種時(shí)序電路。序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法同序列檢測(cè)器，只是不存在輸入信號(hào)X。4.2設(shè)計(jì)過程序列發(fā)生器（發(fā)生序列100101）的特性表Y000101000110100110101111圖4.1發(fā)生器特性表輸出方程設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)上題設(shè)計(jì)的三位二進(jìn)制加法器，用來設(shè)計(jì)這個(gè)序列中的六個(gè)不同的數(shù)值，這樣可以很容易的觀察這個(gè)序列的變化。圖4.2序列信號(hào)發(fā)生器邏輯圖5.0110串行序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)電路5.1基本原理設(shè)計(jì)一個(gè)串行序列信號(hào)檢測(cè)器，檢查輸入信號(hào)中是否有“0110”序列信號(hào)。設(shè)計(jì)步驟如下。邏輯抽象，畫出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖a．輸入變量用X表示，X=0表示位數(shù)據(jù)為0，X=1表示位數(shù)據(jù)為1。輸出變量用Z表示，Z=1表示檢測(cè)到0110序列信號(hào)，Z=0表示未檢測(cè)到。b．電路狀態(tài)量為4個(gè)，電路狀態(tài)編號(hào)分別用~表示各電路狀態(tài)的含義：初始狀態(tài)，電路還未收到一個(gè)有效的0：收到一個(gè)0或連續(xù)收到0后狀態(tài)：連續(xù)收到01后的狀態(tài)：連續(xù)收到011后的狀態(tài)c.由題，列出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5.1所示。圖中圓圈表示電路的各個(gè)狀態(tài)，箭頭表示在一個(gè)脈沖作用下，電路轉(zhuǎn)換方向和結(jié)果；斜線上方和下方的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換前輸入，輸出變量的值.SS0S1S2S31/00/00/00/11/01/00/01/0圖5.1電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖從圖中知，檢測(cè)器的輸出不僅取決于輸入變量，而且還取決于電路的當(dāng)前狀態(tài)。5.3設(shè)計(jì)過程（1）狀態(tài)分配，列出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表確定觸發(fā)器的數(shù)目電路狀態(tài)數(shù)量M=4，代入，計(jì)算得n=2，電路需要兩個(gè)觸發(fā)器。電路狀態(tài)編碼電路狀態(tài)~用兩個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)組合來表示，取~的編碼為00,01,11,10。c．列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表由圖1及~的編碼列出詳細(xì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1表10110序列信號(hào)檢測(cè)器電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入變量狀態(tài)變量初態(tài)狀態(tài)變量次態(tài)輸出變量XZ000010100000001010101110011010111100010011110000選定觸發(fā)器，求出電路狀態(tài)方程、輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程確定觸發(fā)器類型，JK觸發(fā)器。邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)，寫出狀態(tài)方程，輸出方程，驅(qū)動(dòng)方程。選用卡諾圖化簡(jiǎn)的方法。將表1中的觸發(fā)器當(dāng)前狀態(tài)編碼作為輸入數(shù)據(jù)，而將它們的下一個(gè)狀態(tài)編碼作為輸出數(shù)據(jù)，并添入三變量卡諾圖，可得次態(tài)變量，和輸出變量Z的卡諾圖，如圖1-6所示。Q1nQ0nQ2n0001111001/001/001/001/100/011/010/000/0圖5.2，和輸出變量Z的卡諾圖將圖2分解成3個(gè)卡諾圖，分別表示，，Z三個(gè)邏輯函數(shù)，如圖1-7所示。Q1nQ0nQ2n0001111000000110a．Q1nQ0nQ2n0001111011110100b．Q1nQ0nQ2n0001111000010000c．Z圖5.3卡諾圖的分解在圖5.3中，用X，，表示現(xiàn)態(tài)變量，并作為輸入變量，進(jìn)行化簡(jiǎn)后，得到電路狀態(tài)方程（5-1）電路輸出方程(2-2)將式（2-1）中的兩個(gè)邏輯式與JK觸發(fā)器特性方程進(jìn)行比較，得到兩個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程(5-2)畫出邏輯電路圖根據(jù)式（5-1）,式（5-2），畫出0110序列信號(hào)檢測(cè)器邏輯圖，如圖1-8所示。圖5.4.0110序列信號(hào)檢測(cè)器邏輯圖6仿真結(jié)果分析6.1三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真在Multisim10上開始對(duì)三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真，結(jié)果如圖6.1所示。（1）狀態(tài)000（2）狀態(tài)010（3）狀態(tài)011（4）狀態(tài)100（5）狀態(tài)101(6)狀態(tài)111圖6.1三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真6.2序列信號(hào)發(fā)生器（發(fā)生序列100101）的仿真在Multisim10上開始對(duì)序列信號(hào)發(fā)生器（發(fā)生序列100101）的仿真，結(jié)果如圖6.2所示發(fā)生1發(fā)生0(3)發(fā)生0(4)發(fā)生1(5)發(fā)生0(6)發(fā)生1圖6.2序列信號(hào)發(fā)生器（發(fā)生序列100101）的仿真6.30110串行序列檢測(cè)器仿真在Multisim10上開始對(duì)0110串行序列檢測(cè)器仿真，結(jié)果如圖6.3所示1）檢測(cè)到第一位02）檢測(cè)到第