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四位计数器
电子线路课程设计(报告)
题目四位环形计数器
系别物理与电子工程学院专业电子科学与技术
班级08xxx学号050x324
学生姓名xx
指导教师xx
日期2010年7xx—2010年xxxxxxxxxx16日
目录
目录2
第一章题目要求与目的3
1.1课题及技术指标3
1.1.1课题名称3
1.1.2技术指标3
1.1.3课程设计元器件及所用设备3
1.2课程设计目的3
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
0
0000
1000
1
0001
1000
2
0010
1010
3
0011
1000
4
0100
0000
5
0101
0000
6
0110
0010
7
0111
0000
8
1000
0010
9
1001
0010
10
1010
1011
11
1011
1001
12
1100
0000
13
1101
0000
14
1110
0010
15
1111
0000
表2.2.1(a)真值表
计数脉冲CP的顺序
现态
次态(激励信号)
Q4nQ3nQ2nQ1n
Q4n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+1(D4D3D2D1)
0
0010
1010
1
1010
1011
2
1011
1001
3
1001
0010
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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