第一部分

数字电子课程设计

成 绩 评 定 表

课程设计任务书

3.1 基本原理 3

3.2 设计过程 3

4序列信号发生器的设计.. 6

4.1 基本原理 6

4.2 设计过程 6

5串行序列检测器电路设计 7

5.1 基本原理 7

5.2 设计过程 8

6 仿真结果分析 11

6.1 三位二进制同步加法计数器仿真 11

6.2 序列信号发生器（发生序列100101）的仿真 14

6.3 0110串行序列检测器电路设计 17

7 设计总结和体会 23

8 参考文献 23

1 课程设计的目的与作用

1.1设计目的及设计思想

根据设计要求设计三位二进制加法计数器和序列信号发生器，加强对数字电子技术的理解,进一步巩固课堂上学到的理论知识。了解计数器和序列信号发生器的工作原理。

1.2设计作用

通过multisim软件仿真电路可以使我们对计数器和序列信号发生器有更深的理解。学会分析仿真结果的正确性，与理论计算值进行比较。通过课程设计，加强动手，动脑的能力。

1.3设计任务

1. 设计一个三位二进制同步加法计数器，要求无效状态为001,110。

2. 设计一个序列信号发生器，要求发生序列100101。

2 所用multisim软件环境介绍

multisim软件环境介绍

Multisim是加拿大IIT公司（Interrative Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式的界面，比较直观、操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的引用。

针对不同的用户，提供了多种版本，例如学生版、教育版、个人版、专业版和超级专业版。其中教育版适合高校的教学使用。

Multisim 7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。如下图2.2.1所示。

Multisim 7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 7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 7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。路2.2.2图所示。

图2.1multisim电路编辑窗口

Multisim 7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2.2.3所示。

图2.2multisim元件库

图2.3虚拟仪器

3 三位二进制同步加法计数器设计电路

3.1基本原理

设计一个三位二进制同步加法计数器，要求无效状态为000,110。

000 010 011 100 101 111

图3.1 状态图

排列

3.2设计过程

1． 选择触发器，求时钟方程、输出方程和状态方程

a．选择触发器

由于JK触发器的功能齐全，使用灵活，在这里选用3个CP下降沿触发的边沿JK触发器。

b．求时钟方程

采用同步方案，故取

(1-1）

CP是整个要设计的时序电路的输入时钟脉冲。

c．求状态方程

由1-1所示状态图可直接画出1-2所示电路次态卡诺图。再分解开便可以得到如图1-3所示各触发器的卡诺图。

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

图3.2次态卡诺图

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

a．的卡诺图

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

b．的卡诺图

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

c．的卡诺图

图3.3各触发器次态的卡诺图

显然，由图2-3所示各卡诺图便可以很容易的得到

（2-2）

2． 求驱动方程

JK触发器的特性方程为 （2-3）

a． 变换状态方程，使之与式（2-3）的形式一致

(2-4)

b． 比较特性方程求驱动方程

(2-5)

3． 画逻辑电路图

根据所选用的触发器和时钟方程，输出方程，驱动方程，便可以画出如图2-4所示的逻辑电路图。

图3.4三位二进制同步加法计数器逻辑电路图

4． 检查电路能否自启动

, ，可见在CP操作下都能回到有效状态，电路能够自启动。

4序列信号发生器的设计（发生序列100101）

4.1基本原理

序列信号发生器是能够依据时钟脉冲信号输出规定序列代码的一种时序电路。序列信号发生器的设计方法同序列检测器，只是不存在输入信号X。

4.2设计过程

序列发生器（发生序列100101）的特性表

图4.1发生器特性表

输出方程

设计电路图

根据上题设计的三位二进制加法器，用来设计这个序列中的六个不同的数值，这样可以很容易的观察这个序列的变化。

图4.2序列信号发生器逻辑图

5.0110串行序列检测器设计电路

5.1基本原理

设计一个串行序列信号检测器，检查输入信号中是否有“0110”序列信号。

设计步骤如下。

1． 逻辑抽象，画出电路状态转换图

a．输入变量用X表示，X=0表示位数据为0，X=1表示位数据为1。输出变量用Z表示，Z=1表示检测到0110序列信号，Z=0表示未检测到。

b．电路状态量为4个，电路状态编号分别用~表示

各电路状态的含义

：初始状态，电路还未收到一个有效的0

：收到一个0或连续收到0后状态

：连续收到01后的状态

：连续收到011后的状态

c. 由题，列出电路状态转换图如图5.1所示。图中圆圈表示电路的各个状态，箭头表示在一个脉冲作用下，电路转换方向和结果；斜线上方和下方的数字表示转换前输入，输出变量的值.

图5.1 电路状态转换图

从图中知，检测器的输出不仅取决于输入变量，而且还取决于电路的当前状态。

5.3设计过程

（1）状态分配，列出电路状态转换表

a． 确定触发器的数目

电路状态数量M=4，代入，计算得n=2，电路需要两个触发器。

b． 电路状态编码

电路状态~用两个触发器的状态组合来表示，取~的编码为00,01,11,10。

c．列出状态转换表

由图1及~的编码列出详细的状态转换表1

表1 0110序列信号检测器电路状态转换表

2． 选定触发器，求出电路状态方程、输出方程和驱动方程

a． 确定触发器类型，JK触发器。

b． 逻辑函数化简，写出状态方程，输出方程，驱动方程。

选用卡诺图化简的方法。将表1中的触发器当前状态编码作为输入数据，而将它们的下一个状态编码作为输出数据，并添入三变量卡诺图，可得次态变量，和输出变量Z的卡诺图，如图1-6所示。

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

图5.2，和输出变量Z的卡诺图

将图2分解成3个卡诺图，分别表示，，Z三个逻辑函数，如图1-7所示。

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

a．

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

b．

Q1nQ0n

Q2n 00 01 11 10

c．Z

图5.3卡诺图的分解

在图5.3中，用X，，表示现态变量，并作为输入变量，进行化简后，得到电路状态方程

（5-1）

电路输出方程 (2-2)

将式（2-1）中的两个逻辑式与JK触发器特性方程进行比较，得到两个触发器的驱动方程

(5-2)

3． 画出逻辑电路图

根据式（5-1）,式（5-2），画出0110序列信号检测器逻辑图，如图1-8所示。

图5.4. 0110序列信号检测器逻辑图

6 仿真结果分析

6.1三位二进制同步加法计数器仿真

在Multisim 10上开始对三位二进制同步加法计数器仿真，结果如图6.1所示。

（1）状态000

（2）状态010

（3）状态011

（4）状态100

（5）状态101

(6)状态111

图6.1三位二进制同步加法计数器仿真

6.2序列信号发生器（发生序列100101）的仿真

在Multisim 10上开始对序列信号发生器（发生序列100101）的仿真，结果如图6.2所示

（1） 发生1

（2） 发生0

(3)发生0

(4)发生1

(5)发生0

(6)发生1

图6.2序列信号发生器（发生序列100101）的仿真

6.3 0110串行序列检测器仿真

在Multisim 10上开始对0110串行序列检测器仿真，结果如图6.3所示

1）检测到第一位0

2）检测到第二位1

3）检测到第三位1

4)检测到第四位0

5）重新开始检测

图6.3 0110串行序列检测器仿真

7设计总结和体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

8 参考文献

1． 余孟尝.数字电子技术基础简明教程.3版.北京：高等教育出版社，2006.

2． 王革思.数字电路原理、设计与实践教程.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版，2007.

数电课设三位二进制同步加法计数器序列信号发生器串行序列检测器电路设计方案