四位计数器Word格式.docx
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第二章电子线路设计与实现4
2.1课题分析4
2.1.1触发器4
2.2设计电路图5
2.2.1列出真值表5
2.2.2确定激励方程组6
2.2.3画出逻辑图8
2.2.4自启动能力的检查9
2.3出现的问题以及解决的方案10
第三章实践总结11
参考文献12
第一章题目要求与目的
1.1课题及技术指标
1.1.1课题名称
4位循环二进制计数器
1.1.2技术指标
设计一个能够自启动的4位环形计数器,有效循环为:
0010.、1010、1011、1001-0010。
1.1.3课程设计元器件及所用设备
1、D触发器(74LS74N芯片)4片
2、电阻器:
若干
3、发光二极管:
LED4只
4、其它:
其他门电路,电源若干
1.2课程设计目的
1、学会用multisim软件设计模拟电路。
2、了解计数器的基本工作原理。
3、掌握用触发器设计计数器的设计方法。
4、掌握设计数字电路的步骤和方法。
5.、学会自启动能力的调试以及修改方法。
第二章电子线路设计与实现
2.1课题分析
2.1.1触发器
负跳沿触发的主从触发器工作时,必须在正跳沿前加入输入信号。
如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号,那么就有可能使触发器的状态出错。
而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。
这样,输入端受干扰的时间大大缩短,受干扰的可能性就降低了。
边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
电路结构:
该触发器由6个与非门组成,其中G1和G2构成基本RS触发器。
2.2由原理设计电路图
(1).状态转移真值表
(2).特征方程Qn+1=D
(3).状态转移图
2.2设计电路图
2.2.1列出真值表
四进制计数器共有4个状态,需要4个触发器构成,其真值表如下表所示:
CP
现态
次态
Q4nQ3nQ2nQ1n
Q4n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+1
0000
1000
1
0001
2
0010
1010
3
0011
4
0100
5
0101
6
0110
7
0111
8
9
1001
10
1011
11
12
1100
13
1101
14
1110
15
1111
表2.2.1(a)真值表
计数脉冲CP的顺序
次态(激励信号)
Q4n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+1(D4D3D2D1)
表2.2.1(b)状态表
2.2.2确定激励方程组
由表2.2可以画出触发器激励信号的卡诺图,如图2.2.1所示:
4个触发器可组成16个状态(0000~1111),其中有12个状态(除去0010、1010、1011、1001四个状态)在四进制计数器重视无效的,在图2.2.1所示的卡诺图中以无关项×
表示。
于是,得到激励方程组。
图2.2.2卡诺图
由此可得的状态方程为:
___
Q4n+1=D4=Q4nQ3nQ2n+Q4nQ3n
Q3n+1=D3=0
___
Q2n+1=D2=Q4nQ3nQ2n+Q2nQ1n
_
Q1n+1=D1=Q4nQ3nQ2n
2.2.3画出逻辑图
根据激励方程组可画出逻辑图,图中使用了由555定时器构成的脉冲信号源,其频率为1KHz,幅值为3V。
图中使用发光二极管(LED)和数码管作为显示管。
图2.2.3(a)逻辑电路图
图2.2.3(b)脉冲信号源
2.2.4自启动能力的检查
该电路的有效状态为:
0010、1010、1011、1001。
其他都为无关项。
图2.2.4状态图
从上图可知,根据卡诺图化简而得的状态图,经自启动能力检查后,所有的无关项都能够回到循环:
00101010101110010010中,显然符合电路设计的步骤,电路能够正常运行。
2.3出现的问题以及解决的方案
(1)卡诺图化简
由于本课程实践的电路中计数器只有四个状态,其他都是无关项,所以对于每个设计者,所画的包围圈也会不同,本电路中D4D3D2D1在起初化简时其表达式分别为:
D4=Q4nQ3nQ2n+Q3nQ2nQ1n
D3=0
____
D2=Q3nQ2nQ1n+Q4nQ3nQ2nQ1n
D1=Q4nQ3nQ2n
但此时验证自启动能力时发现0000不能回到循环内,也就是说自启动能力失败,电路不能正常工作。
这时就要修改卡诺图的包围圈,增加包围圈或者减少包围圈。
本实践是增加包围圈的,具体步骤如上所叙。
(2)二极管
在通过用二极管显示电路运行结果的时候,发现二极管加入电路时候总会出错。
我们知道二极管是由半导体材料组成的,其在小信号模型下可以的等效为一个微小电源,若为硅管,其管压降为0.7V,若为锗管其管压降为0.2V。
电路中的脉冲直流供电为+12V,而电路中实际没有这么多,但对于二极管,运行的电压仍然很大,故解决的方案是在二极管上加一个上拉电阻以分压。
第三章实践总结
这一次课程设计,我们小组选的是:
设计一个4位环形计数器。
课题看起来似乎很简单,仔细回想,我的的实验课上这些我们都做过,而且大家说都很容易,但那是在实验课本上照着实验要求做的实验,这次我们得自己动手设计一个电路。
实训让我们接触到很多关于数字电子方面的东西,这让我对数字电子也更加感兴趣了。
实训时间不长,短短一周,然而我们已经安排好了这周的时间,我想时间还是很充足的。
实践一开始,我们小组就开始查阅资料,在这过程中小组成员团结合作,各自分工。
就这样资料全了,然而零碎的知识和原理要转换成实际电路图,就要求我们连贯的运用知识。
我们运用上课学的知识,按部就班地开始了,先是根据题目要求画真值表,再者根据真值表画状态图,接着写表达式,然后对表达式进行化简,接着由化简的表达式画出成型的电子线路,最后检查自启动能力。
一步接着一步,我们大体上把电路的框架弄好了。
由于脉冲源需要单独画出,我们就将它独立出来了。
后来的调试以及电路修改,我们花了不少时间,但在这部分时间里,我们对各种元件的特性了解更深了。
比如由发光二极管发光在电压很大的情况下要加一个上拉电阻。
再比如说检查自启动能力,若发现自启动不了,我们首先要处理的是对卡诺图重新化简,然后再检查自启动能力。
这次课程设计也锻炼了我们多方面思维的能力,也然我学习了不少技术,了解了更多电子上基础的知识。
课程设计过程中我们使用的是multisim软件,它是用来模拟实际电路的,我向我们以后还会用到它。
这次课程设计,锻炼了我连贯运用知识的能力。
参考文献
[1].清华大学电子学教研组编,阎石主编.数字电子技术基础.第四版.北京:
高等教育出版社,1998
[2].西安交通大学电子学教研室编,沈尚贤主编,电子技术导论,上册.北京:
高等教育出版社,1985
[3].高吉祥,唐朝京.全国大学生电子设计大赛培训系列教程电子仪器仪表设计.北京:
电子工业出版社,2007
[4].康光华.陈大钦.张林.电子技术基础数字部分(第五版).北京:
高等教育出版社,2006
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