時序電路實驗系統(tǒng)研究

1、<p><b>　　上海理工大學</b></p><p><b>　　成人高等學歷教育</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計(論文)</b></p><p>　　時序電路實驗系統(tǒng)與研究</p><p>　　學 院 </p>

2、<p>　　學 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　學歷層次 </p><p>　　學習形式 </p><p>　　學習年限 &

3、lt;/p><p>　　學習地點 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　完成日期 2013年9月6日</p><p>　　時序電路實驗系統(tǒng)與研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著

4、多媒體技術的日趨成熟與穩(wěn)定，在教育方面，它以強大的功能成為教學的主要輔助工具。通過各種多媒體輔助工具數(shù)字電子技術實驗系統(tǒng)開發(fā)的基礎上，進行多媒體技術開發(fā)和研究，對基本單元電路時序電路（觸發(fā)電路、計數(shù)、譯碼和顯示、寄存器和移位寄存器、施密特觸發(fā)器）進行系統(tǒng)的組合式結構的設計，并具有系列化多功能的實驗操作性的特點，使實驗室數(shù)字電子實驗方面的實驗模式和實驗手段有一個系統(tǒng)的改變和提高，同時在整個多元化的數(shù)字電子電路設計中，對單元電路進行深化研究

5、。使初學的使用者在本系統(tǒng)實驗中可以完成驗證性、設計性，開發(fā)性的實驗。其中Multisim仿真軟件對于虛擬電子與及其元器件，虛擬儀器和儀表，實現(xiàn)了“軟件即元器件”，“軟件即儀器”，是一個具有數(shù)字電子電路的設計，電路功能測試的虛擬仿真軟件。在如今這個微電子世界來說，進行零成本的實驗零成本的風險實驗，Multisim仿真軟件給我們帶來的利益是無窮大的。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)字電子技術 Multisim仿

6、真軟件</p><p>　　Sequential circuit experiment system and research</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the maturing of multimedia technology and stability, in terms of ed

7、ucation, it with strong function become the main teaching AIDS. Auxiliary tool through a variety of multimedia digital electronic technology experiment, on the basis of system development, multimedia technology research

8、and development, the basic unit circuit timing circuit, trigger circuit, counting, decoding and display, and shift registers, Schmitt trigger) for the design of system of modular structure, and has the charac</p>

9、<p>　　Key word: Digital electronic technology Multisim simulation software</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論…………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 課題背景及意義…………

10、……………………………………………………2</p><p>　　1.2課題的設想及設計方法………………………………………………………2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)理論分析………………………………………………………………3</p><p>　　2.1時序邏輯電路…………………………………………………………………3</p><p>　　2

11、.1.1 觸發(fā)器………………………………………………………………………4</p><p>　　2.1.2 常用時序邏輯電路………………………………………………………5</p><p>　　2.1.3 時序邏輯電路的設計……………………………………………………5</p><p>　　2.2 脈沖的產(chǎn)生于整形電路………………………………………………………7</

12、p><p>　　2.2.1 脈沖波形的整形…………………………………………………………7</p><p>　　2.2.2 555集成定時器…………………………………………………………7</p><p>　　第3章 Ni Multisim仿真的制作……………………………………………………9</p><p>　　3.1 Multisim的實際應用…

13、………………………………………………………9</p><p>　　第4章 實驗報告……………………………………………………………………15</p><p>　　4.1實驗一 觸發(fā)器電路及功能轉(zhuǎn)換……………………………………………15</p><p>　　4.2實驗二 寄存器、移位寄存器和計數(shù)器………………………………………17</p><p>

14、;　　4.3實驗三 時序邏輯電路的設計………………………………………………19</p><p>　　4.4實驗四 計數(shù)、譯碼和顯示……………………………………………………20</p><p>　　實驗總結 ………………………………………………………………………22</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………………2

15、3</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　隨著科學技術的進步，各種電子產(chǎn)品層出不窮，這些新產(chǎn)品的基礎都離不開數(shù)字電子技術。實驗教學是電氣、信息、自動化類專業(yè)基礎課程中的重要環(huán)節(jié)，與專業(yè)教學緊密結合，對培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力具有重要的作用。雖然組合邏輯電路能夠很好的處理像加，減等這樣的操作，但是要獨立使用組合邏輯電路，使操作按照一定的

16、順序執(zhí)行需要串聯(lián)許多組合邏輯電路，而要通過硬件實現(xiàn)這種電路代價是很大的，并且靈活性也很差，為了試驗一種很有效而且靈活的操作系列，我們需要構造一種能夠存儲各種操作之間的信息的電路，我們則稱之為時序電路。為了的改善基礎性實驗的教學模式，使學生能在基礎性實驗中理解和鞏固基本知識理論，訓練和掌握實驗技能。但是實驗教學比較死板老師在上面教，學生在下面聽的比較抽象，當學生自己做的時候往往會遇到很多麻煩。雖然老師會讓同學們預習，但是效果并不是好。因此

17、我們通過Multisim仿真，讓學生們直觀的觀察邏輯電路運行時各個關鍵點的波形變化，加深了理解，同時也提高了實驗效果。在數(shù)字電子電路的典型實驗中，通過Multisim讓同學們必須自己動手連接元器件，得到自己想要的實驗電路圖，而老師則可以通過多媒體數(shù)字電子電路實驗的</p><p>　　1.1 課題背景及意義</p><p>　　從自身在學校上課的經(jīng)歷來看，在現(xiàn)有的基礎性實驗教學模式下，由于

18、受到場地和設備的影響，缺乏生動形象的表達形式。實驗課程是需要自己預習的，可是現(xiàn)在沒有針對預習的一些資料，當在預習中遇到問題是就比較麻煩。因此利用現(xiàn)有的計算機技術設計一個基于PowerPoint和電路仿真軟件NI multisim的多媒體系統(tǒng)，通過文字，圖像，動畫來演示動態(tài)的數(shù)字電子實驗，對提高實驗教學質(zhì)量的意義如下：</p><p>　　1. 整合數(shù)字電子實驗的模式與手段為統(tǒng)一的系統(tǒng)。使之具有系列化，多功能的實驗

19、操作性。在原來的數(shù)電實驗箱上配合示例的幻燈片，以期達到生動簡潔的說明效果。</p><p>　　2. 在系統(tǒng)的單一單元電路設計中，深化研究，使初學者在系統(tǒng)實驗中自行完成驗證性、設計性、開發(fā)性的實驗。理解和鞏固基礎知識與理論，訓練掌握基本技能。培養(yǎng)獨立分析問題與解決問題的能力和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。</p><p>　　3. 系統(tǒng)采用電子文檔，利用幻燈片教學，擯棄傳統(tǒng)的文本備課，具有簡單直觀的特點

20、。同時，課程內(nèi)容的修改、添加和刪除都可以在計算機上完成。設想中，教師可以依托校園網(wǎng)將實驗指導發(fā)布在網(wǎng)絡上，成為共享資源，也能為每個學生定制不同的實驗計劃。</p><p>　　1.2 課題的設計方法</p><p>　　我們在指導教師的指導下，決定在數(shù)字實驗系統(tǒng)開發(fā)的基礎上，進行多媒體技術開發(fā)和研究，通過查找多媒體設計書籍，收集數(shù)字實驗數(shù)據(jù)，了解和掌握整個多媒體設計的要求和目的。結合電路、

21、電子、計算機單片電路的基礎知識，對基本單元電路（常用電子儀器的使用、組合邏輯、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)字比較器、譯碼器、計數(shù)器）進行研究，整理并設計典型的數(shù)字實驗，并使之具有系列化多功能的實驗操作性的特點，使實驗室數(shù)字電子實驗的實驗模式和手段有一個系統(tǒng)的改變和提高，</p><p>　　通過與指導老師的溝通，具體設計方案如下：我將進行時序邏輯電路的理論分析及利用Multisim進行仿真模擬實驗設計。</p>

22、<p>　　第2章 系統(tǒng)理論分析</p><p>　　觀察自然界中形形色色的物理量時不難發(fā)現(xiàn)，盡管性質(zhì)各異，但就變化規(guī)律來說，不外乎兩大類。其中一類物理量的變化在時間和數(shù)量上都是連續(xù)的，這類物理量叫模擬量，表示模擬量的信號叫模擬信號，工作在模擬信號下的電子電路稱為模擬電路。另一類物理量的變化都是離散的，同時他們的數(shù)值大小和每次的增減變化都是某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。這類物理量叫數(shù)字量，表示數(shù)字量的信號叫

23、數(shù)字信號，工作在數(shù)字信號下的電子電路稱為數(shù)字電路。根據(jù)邏輯功能的不同特點，可以把數(shù)字電路分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。在組合邏輯電路中，任一時刻的輸出信號僅取決于當時的輸入信號。而在時序邏輯電路中，任一時刻的輸出信號不僅取決于當時的輸入信號，還與前一時刻電路的狀態(tài)有關。它主要由存儲電路和組合電路兩部分組成，組合電路的基本單元是門電路，存儲電路的基本單元是觸發(fā)器。在這里，只討論時序邏輯實驗的原理。</p><p>

24、;　　2.1 時序邏輯電路</p><p>　　時序邏輯電路在電路結構上有兩個顯著特點。第一，時序電路通常包含組合電路和存儲電路，其中存儲電路是必不可少的。第二，順序電路的輸出狀態(tài)必須反饋到組合電路的輸入端，與輸入信號一起，共同決定組合邏輯電路的輸出。框圖可繪為下圖所示的普遍形式。</p><p>　　圖2-1 時序電路原理</p><p>　　設x為現(xiàn)在的輸入，q

25、為現(xiàn)在的狀態(tài)，z為現(xiàn)在的輸出，它們之間具有如下關系</p><p><b>　　z=w（x，q）</b></p><p>　　w（）表示函數(shù)，w為輸出函數(shù)。因為下一個狀態(tài)是由現(xiàn)在的狀態(tài)和現(xiàn)在的輸入所決定的，則</p><p><b>　　q=δ（x，q）</b></p><p>　　這里δ（）表示狀

26、態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。q都是表示現(xiàn)在的狀態(tài)，x也表示現(xiàn)在的輸入，這些公式的左邊是僅由現(xiàn)在信號所決定的。即表示這些式子的邏輯可以構成組合電路。因此順序電路可由圖2-1構成。</p><p>　　由于存儲電路觸發(fā)器的動作特點不同，時序電路又分為同步與異步。在同步時序電路中，所有觸發(fā)器的狀態(tài)變化都是同一信號操作下的發(fā)生的，而在異步時序電路中，觸發(fā)器狀態(tài)變化不同時。其實，在分析時序邏輯電路時，只要把狀態(tài)變量和輸入信號一樣當作邏輯函

27、數(shù)的變量處理，那么仍然可以運用一些組合電路的運算方法。不過，由于任何時候的狀態(tài)變量的取值都與歷史情況有關，所以分析要復雜一些。為此要引入新的表示方法和分析方法。用輸出方程、驅(qū)動方程和狀態(tài)方程來描述時序電路邏輯功能。用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來描述電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換全過程。</p><p>　　2.1.1 觸發(fā)器</p><p>　　能夠存儲1位二值信號的基本單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器。為實現(xiàn)記憶1位二值信號的功能

28、，觸發(fā)器必須具備兩個基本特點：</p><p>　　1.具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的0和1。</p><p>　　2.根據(jù)不同的輸入信號可以置0或1狀態(tài)。</p><p>　　根據(jù)觸發(fā)器邏輯功能細節(jié)的不同，可以分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器等。此外，根據(jù)存儲數(shù)據(jù)原理的不同，觸發(fā)器還分為靜態(tài)觸發(fā)器和動態(tài)觸發(fā)器。靜態(tài)觸發(fā)器靠電路狀態(tài)的

29、自鎖存儲數(shù)據(jù)。動態(tài)觸發(fā)器是通過MOS管柵極輸入電容上存儲電荷來存儲數(shù)據(jù)。由于電路結構形式的不同，帶來了觸發(fā)器各不相同的動作特點。即,同一種電路結構可以做成不同的觸發(fā)器，反之，同一邏輯功能的觸發(fā)器可以用不同的結構來實現(xiàn)。</p><p>　　RS觸發(fā)器:特性方程： Qn+1=S+RQn </p><p>　　RS=0(約束條件) </p><p><b>

30、;　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b></p><p>　　JK觸發(fā)器：特性方程： Qn+1=JQn+KQn</p><p><b>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b></p><p>　　D觸發(fā)器：特性方程： Qn+1=D</p><p><b>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b></p><p>

31、　　T觸發(fā)器：特性方程：Qn+1=TQn+TQn</p><p><b>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b></p><p>　　2.1.2 常用時序邏輯電路</p><p>　　寄存器：一個觸發(fā)器可以保存1位二進制數(shù)，存放n位二進制數(shù)碼需要n個觸發(fā)器。由多個觸發(fā)器組成的能同時保存多位二進制數(shù)據(jù)的電路，稱為寄存器。對于寄存器中的觸發(fā)器只要求他們具有置1、

32、置0的功能，因此無論是同步RS結構觸發(fā)器，還是主從結構或者邊沿觸發(fā)結構的觸發(fā)器，都可以組成寄存器。</p><p>　　移位寄存器：移位寄存器除了具有存儲代碼的功能外，還具有移位功能，可以利用移位脈沖使寄存的代碼左移或右移。因此不但可以用來寄存代碼，還可以用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行—并行轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理等。</p><p>　　計數(shù)器：計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應用廣泛。不僅用與時鐘脈沖計數(shù)，還用

33、于分頻，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列及進行數(shù)字運算?？梢苑譃橥胶彤惒絻深悺０从嫈?shù)器的數(shù)字增減分類，可以把計數(shù)器分為加法、減法和可逆計數(shù)器。按計數(shù)器的數(shù)字編碼方式分類，可以分為二進制計數(shù)器、二—十進制計數(shù)器、循環(huán)碼計數(shù)器等。</p><p>　　移位寄存型計數(shù)器：①環(huán)形計數(shù)器，突出優(yōu)點為結構簡單，缺點是電路狀態(tài)沒有充分利用。②扭環(huán)形計數(shù)器，優(yōu)點是狀態(tài)利用率提高一倍，不存在競爭—冒險現(xiàn)象。</p><

34、p>　　2.1.3 時序邏輯電路的設計</p><p>　　設計時序邏輯電路時，其設計結果應該力求簡單。采用小規(guī)模集成電路時，最簡標準是觸發(fā)器和門電路數(shù)目最少，輸入端數(shù)目最少。采用中大規(guī)模集成電路時，最簡標準是集成電路數(shù)目最少，種類最少，互相連線最少。</p><p>　　設計同步時序邏輯電路，按如下步驟進行：</p><p>　　1. 名并寫入狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；

35、給定的邏輯問題，確定輸入變量、輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常取條件作為輸入邏輯變量，結果為輸出邏輯變量。輸出邏輯狀態(tài)和每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號。列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。</p><p>　　2. 化簡，若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣一個次態(tài)去，則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)。顯然它們是重復的，可以合并為一個，狀態(tài)化簡的目的就是合并等價狀態(tài)以求得最簡狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

36、。</p><p>　　3. 分配，首先確定觸發(fā)器數(shù)目為n，時序電路所需M個狀態(tài)。必須取2n-1<M≤2n。其次，給每個電路狀態(tài)規(guī)定對應的觸發(fā)器狀態(tài)組合。為便于記憶和識別，選用的狀態(tài)編碼與它們的順序應遵循一定的規(guī)律。</p><p>　　4. 觸發(fā)器類型，求出電路狀態(tài)，驅(qū)動和輸出方程，在設計具體電路前必須選定觸發(fā)器的類型。應考慮器件的供應情況，力求減少系統(tǒng)中使用的觸發(fā)器種類。<

37、/p><p>　　5. 得到的方程畫出邏輯圖</p><p>　　6. 電路是否簡單，能否自啟動，如果電路不夠完善，返回第四步。</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　2.2 脈沖的產(chǎn)生于整形電路</p><p>　　2.2.1 脈沖波形的整形</p>&l

38、t;p>　　同步時序電路中，作為時鐘信號的矩形脈沖控制和協(xié)調(diào)著整個系統(tǒng)的作。因此，時鐘脈沖的特性直接關系到系統(tǒng)能否正常地工作。為了定量描述矩形脈沖的特性，通常個出幾個主要參數(shù)，這些參數(shù)是:</p><p>　　脈沖周期T—周期性重復的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖之間的時間間</p><p>　　隔。有時也用頻率f=1/T表示單位時間內(nèi)脈沖重復的次數(shù)。</p><p&g

39、t;　　脈沖幅度Vm—脈沖電壓的最大變化幅度。</p><p>　　脈沖寬度tw—從脈沖前沿到達0.5Vm起，到脈沖后沿到達0.5Vm為止的時間。</p><p>　　上升時間tr—脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需要的時間。</p><p>　　下降時間tf—脈沖下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需要的時間。</p><p>　　

40、占空比q—脈沖寬度和脈沖周期的比值，即q=tw/T。</p><p>　　2.2.2 555集成定時器</p><p>　　時鐘電路是數(shù)字系統(tǒng)不可缺少的一個重要組成部分，因為數(shù)字電路只有在時鐘電路的驅(qū)動下才可正常工作。根據(jù)應用場合的不同，不同數(shù)字電路選擇使用不同類型的時鐘發(fā)生器。因交通燈控制系統(tǒng)的秒信號精度不高，故可選用555定時器。555是基集成電路是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，

41、按其工藝可分為TTL和CMOS兩大類。其電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、輸出級和放電開關五部分組成。電阻分壓器由3個5k的電阻組成，故稱為555。的作用是向比較器提供基準電壓。在555電路中稱UA+為閾值電平，UB-為觸發(fā)電平。比較器由兩個運放組成，當U+>U-時輸出高電平，反之為低電平?；綬S觸發(fā)器是時基電路的核心，其輸出狀態(tài)由兩個比較器的輸出電平?jīng)Q定，RD為復位端。輸出級在邏輯上等于Q端輸出。555時基電路的基

42、本應用分為三類。即多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和RS觸發(fā)器。</p><p>　　施密特觸發(fā)器: 施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中常用的一種電路。它在性能上有兩個重要特點：</p><p>　　1. 輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應的輸入電</p><p>　　平，與輸入信號從高電平下降過程中對應的輸入電平不同。</p><p>　　

43、2. 在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變的很陡。</p><p>　　在這里通過對實驗原理的分析，結合數(shù)字實驗教學課程安排，將數(shù)字實驗時序邏輯部分分為以下四個實驗：</p><p>　　實驗一 觸發(fā)器電路及功能轉(zhuǎn)換</p><p>　　實驗二 寄存器、移位寄存器和計數(shù)器</p><p>　　實驗三

44、 時序邏輯電路的設計</p><p>　　實驗四 計數(shù)、譯碼和顯示</p><p>　　第3章 NI multisim仿真制作</p><p>　　NI Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。作為 Windows 下運行的個人桌面電子設計工具，NI Multisim 是一個完整的集成化設計環(huán)境。NI Multisim計算機仿真與

45、虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學員可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學教學的首選軟件工具。</p><p>　　NI Multisim的特點:</p><p>　　1．直觀的圖形界面:整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真

46、所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的； </p><p>　　2．豐富的元器件:提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時能方便的對元件各種參數(shù)進行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。 </p><p>　　3．強大的仿真能

47、力 </p><p>　　4．豐富的測試儀器 </p><p>　　5．完備的分析手段:它們利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從基本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個分析作為另一個分析的一部分的自動執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進行原型開發(fā)和測試設計，具有符合行業(yè)標準的交互式測量和分析功能。</p><p>　　3.1 Mult

48、isim的實際應用</p><p>　　1． Jk觸發(fā)器的仿真分析</p><p>　　圖3-1 Jk觸發(fā)器仿真測試電路</p><p><b>　　元器件的選取：</b></p><p>　　1.VCC：place source→power_source→VCC</p><p>　　2.：pl

49、ace source→power_source→ground，選取電路中的接地</p><p>　　3.place electromechanical→supplemenntory_co→spdt_sb</p><p>　　4.觸發(fā)器74LS76N: place ttl→74LS→74LS76N</p><p>　　5.place indicator→probe→p

50、robe_red</p><p>　　6.儀器：信號發(fā)生器XFG1，雙擊打開設置對話框，講頻率設置為1kHz，波形設置為方波。</p><p>　　表3-2 Jk觸發(fā)器功能表</p><p>　　結合圖3-1和圖3-2進行仿真分析：</p><p>　　Reset為異步置0端，set異步置1端，都是低電平有效，所以要使jk觸發(fā)器工作，上述兩

51、個控制端都要接高電平。</p><p>　　受時鐘脈沖控制的觸發(fā)器使用時需要注意，時鐘觸發(fā)器有四種觸發(fā)方式：Cp=1期間均可觸發(fā)，稱為高電平觸發(fā)，</p><p>　　Cp=0期間均可觸發(fā)，稱為低電平觸發(fā)，</p><p>　　Cp由0變1，上升沿觸發(fā)，</p><p>　　Cp由1變0，下降沿觸發(fā) </p><p>

52、;　　2． Jk觸發(fā)器構成的同步十進制減法計數(shù)器，</p><p><b>　　電路設計分析</b></p><p><b>　　1）計數(shù)器的概況</b></p><p>　　計數(shù)器的種類很多，特點各異。它的主要分類如下。</p><p>　　按計數(shù)進制分，二進制、十進制、任意進制；</p&

53、gt;<p>　　按計數(shù)增減分加法計數(shù)器、減法計數(shù)器、加/減法計數(shù)器</p><p>　　按計數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否同步分異步計數(shù)器和同步計數(shù)器</p><p>　　2）同步計數(shù)器的設計</p><p><b>　　狀態(tài)圖</b></p><p>　　設計計數(shù)器的第一步是創(chuàng)建一個狀態(tài)圖。一個狀態(tài)圖給出了計數(shù)器

54、在時鐘的作用下狀態(tài)行進的歷程。例如圖3-3十進制減法的狀態(tài)圖</p><p>　　表3-3 十進制減法的狀態(tài)圖</p><p><b>　　次態(tài)表</b></p><p>　　一旦由狀態(tài)圖定義了時序電路，第二部就是推導出次態(tài)彪，列出計數(shù)器的每一個狀態(tài)，十進制減法的次態(tài)圖如下</p><p><b>　　表3-4

55、 真值表</b></p><p><b>　　觸發(fā)器轉(zhuǎn)換表</b></p><p>　　表3-5 Jk觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換表</p><p>　　通過轉(zhuǎn)換表可以得到jk的每一個狀態(tài)</p><p><b>　　表3-6</b></p><p><b>　　

56、卡諾圖 </b></p><p>　　卡諾圖可以用來確定計數(shù)器中每個觸發(fā)器的j和k的輸入所需要的邏輯。每個觸發(fā)器的j和k輸入都有一個卡諾圖。 </p><p><b>　　表3-7 卡諾圖</b></p><p>　?。?）觸發(fā)器輸入的邏輯表達式</p><p>　　通過卡諾圖可以得出邏輯

57、式。</p><p>　　J3= Q2*Q1*Q0</p><p><b>　　K2=Q0</b></p><p><b>　　J2=Q3Q0</b></p><p>　　K2= \* MERGEFORMAT Q1*Q0</p><p>　　(6)計數(shù)器的實現(xiàn) </p

58、><p>　　圖3-8 十進制減法的實驗仿真</p><p><b>　　第4章 實驗報告</b></p><p>　　4.1實驗一 觸發(fā)器電路及功能轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　1實驗目的：</b></p><p>　?、膨炞C基本觸發(fā)器的邏輯功能，總結測試方法。</

59、p><p>　?、普莆沼|發(fā)器的分類—基本觸發(fā)器和時鐘觸發(fā)器。</p><p>　　⑶掌握時鐘觸發(fā)器不同邏輯功能之間的相互轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　2實驗設備：</b></p><p>　　雙JK觸發(fā)器74LS112，雙D觸發(fā)器74LS74，二輸入四與非門74LS00，六反相器74LS04，雙蹤示波器，信號發(fā)生器，萬

60、用表，數(shù)電實驗箱。</p><p><b>　　3實驗內(nèi)容：</b></p><p><b>　　邏輯功能驗證：</b></p><p><b>　　⑴JK觸發(fā)器:</b></p><p>　　選用下降沿觸發(fā)74LS112雙JK觸發(fā)器，管腳排列如圖4-1所示，按圖4-2接線，其

61、中1Rd’、1Sd’、1J、1K分別接邏輯開關K1、K2、K3、K4，1CP接單次脈沖，Q與Q’分別接發(fā)光二極管，VCC和GND接5V電源的“+”和“-”。</p><p>　　圖4-1 74LS112管腳排列組合</p><p>　　圖4-2 JK觸發(fā)器驗證電路圖</p><p><b>　?、艱觸發(fā)器:</b></p>&

62、lt;p>　　選用上升沿觸發(fā)74LS74雙D觸發(fā)器，管腳排列如圖4-3所示，按圖4-4接線，其中1D、1Rd’、1Sd’ 分別接邏輯開關K1、K2、K3，1CP接單次脈沖，輸出端Q與Q’分別接發(fā)光二極管，VCC和GND接5V電源的“+”和“-”。</p><p>　　圖4-3 74LS74排列圖</p><p>　　圖4-4 D發(fā)器驗證電路圖</p><p>

63、;<b>　　邏輯功能轉(zhuǎn)換：</b></p><p><b>　?、臞K→D: </b></p><p>　?、佼嫵鲞壿嬣D(zhuǎn)換電路，并用74LS112，74LS04來實現(xiàn)。</p><p>　?、跍y試轉(zhuǎn)換所得的D觸發(fā)器邏輯功能。將D端分別置0、1，加單個脈沖于CP端，觀察觸發(fā)器狀態(tài)并且記錄。</p><p

64、>　　③測試異步置位端S及異步復位端R的功能。將S、R及D分別置位010、011、100、101等狀態(tài)，觀察并記錄輸出。</p><p><b>　?、艱→JK:</b></p><p>　?、佼嫵鲞壿嬣D(zhuǎn)換電路，并用74LS74，74LS00，74LS04來實現(xiàn)。</p><p>　?、跍y試轉(zhuǎn)換所得的JK觸發(fā)器邏輯功能。將JK觸發(fā)器輸入端

65、JK分別置位00、01、10、11等狀態(tài)，加單個脈沖于CP，觀察觸發(fā)器狀態(tài)并且記錄。</p><p><b>　?、遣ㄐ斡^察:</b></p><p>　?、賹K觸發(fā)器均連接成T’觸發(fā)器，并將其連接成二進制加法計數(shù)器。</p><p>　?、趯⒍€觸發(fā)器均清零，加四個單脈沖于CP端，觀察觸發(fā)器狀態(tài)Q1、Q2并且記錄。</p>&

66、lt;p>　?、墼贑P端加入頻率為1KHZ，幅度在4V的連續(xù)方波脈沖，用示波器觀察并繪出CP、Q1、Q2的波形，觀察時注意波形翻轉(zhuǎn)前后沿及上下時基須對準。</p><p><b>　　4 出現(xiàn)的問題</b></p><p>　　集成元件使用時應先接電源后接信號。實驗結束后應先撤除信號后斷電源。元件管腳相互不可短路，否則會損壞元件。</p><

67、p>　　當Multisim中JK觸發(fā)器的元器件功能不對，需要置零和置一端接一</p><p>　　4.2 實驗二 寄存器、移位寄存器和計數(shù)器</p><p><b>　　1實驗目的：</b></p><p>　?、膨炞C寄存器和移位寄存器的功能。</p><p>　?、剖煜ひ莆患拇嫫鞯倪壿嬰娐泛凸ぷ髟?。</

68、p><p>　?、沁M一步了解JK觸發(fā)器組成的各種單元電路。</p><p><b>　　2實驗設備：</b></p><p>　　雙JK觸發(fā)器CC4027，雙蹤示波器，雙脈沖信號發(fā)生器，直流穩(wěn)壓電源，直流數(shù)字電壓表，萬用表，數(shù)電實驗箱。</p><p><b>　　3實驗內(nèi)容：</b></p>

69、;<p><b>　?、磐揭莆患拇嫫?lt;/b></p><p>　　按圖3-5連接各級JK觸發(fā)器成移位寄存器，JK觸發(fā)器上的Q1Q2Q3Q4分別與三極管相連，通過三極管驅(qū)動發(fā)光二極管顯示，燈亮為高電平“1”，燈暗為低電平“0”，Rd為清零端。</p><p>　　圖4-5 移位寄存器</p><p>　?、跈z查線路，無誤后接5V

70、~10V直流電壓，由信號發(fā)生器發(fā)出的脈沖作JK觸發(fā)器的CP計數(shù)脈沖，當CP頻率為1HZ時借助指示燈用萬用表或直流數(shù)字電壓表測出移位寄存器Q1Q2Q3Q4 的電平值，根據(jù)電平值記錄邏輯狀態(tài)。</p><p>　?、郛擟P頻率為10KHZ時，分別用示波器觀察JK觸發(fā)器Q1Q2Q3Q4 端的輸出波形，并對應CP計數(shù)脈沖描繪下來。</p><p><b>　?、婆きh(huán)移位寄存器</b

71、></p><p>　?、偃鐖D4-5，將A、B兩端對調(diào)即為扭環(huán)移位寄存器，步驟同前。</p><p>　?、谕ㄟ^實驗，描繪Q1Q2Q3Q4對應CP波形，借助指示燈記錄邏輯狀態(tài)。</p><p><b>　?、嵌M制計數(shù)器</b></p><p>　　將JK觸發(fā)器按圖4-6接成二進制異步計數(shù)器，在CP分別為低頻1HZ

72、和高頻10KHZ時由發(fā)光二極管和示波器觀察計數(shù)器的狀態(tài)，測出觸發(fā)器輸出電平值及繪出波形并記錄。</p><p>　　圖4-6 二進制異步計數(shù)器</p><p><b>　　⑷十進制計數(shù)器</b></p><p>　　將JK觸發(fā)器按圖4-7接成十進制同步計數(shù)器，在CP分別為低頻1HZ和高頻10KHZ時由發(fā)光二極管和示波器觀察計數(shù)器的狀態(tài)，測出觸

73、發(fā)器輸出電平值及繪出波形并記錄。</p><p>　　圖4-7 十進制同步加法計數(shù)器</p><p>　?、?421BCD碼異步計數(shù)器</p><p>　　將JK觸發(fā)器按圖4-8接成8421BCD碼異步計數(shù)器，在CP分別為低頻1HZ和高頻10KHZ時由發(fā)光二極管和示波器觀察計數(shù)器的狀態(tài)，測出觸發(fā)器輸出電平值及繪出波形并記錄。</p><p>

74、;　　圖4-8 8421BCD碼異步計數(shù)器</p><p><b>　　4 出現(xiàn)的問題</b></p><p>　　寄存器工作前需要進行清零操作，要找到Multisim中帶置位和清零的JK觸發(fā)器型號，JK觸發(fā)器的狀態(tài)不僅和輸入的信號有關，他有2個狀態(tài)，一個是現(xiàn)在的狀態(tài)，然后輸入信號后他又是一個狀態(tài)。</p><p>　　4.3 實驗三 時序

75、邏輯電路的設計</p><p><b>　　1實驗目的：</b></p><p>　?、偶由顚K觸發(fā)器邏輯功能的了解。</p><p>　?、普莆沼肑K觸發(fā)器和與非門構成N進制加、減計數(shù)器的原理和方法。</p><p><b>　　2實驗設備：</b></p><p>　　

76、雙JK觸發(fā)器CC4027，雙蹤示波器，雙脈沖信號發(fā)生器，直流穩(wěn)壓電源，直流數(shù)字電壓表，萬用表，數(shù)電實驗箱。</p><p><b>　　3實驗內(nèi)容：</b></p><p>　?、湃欢M制（八進制）加法計數(shù)器 </p><p>　?、侔磮D4-9接線成八進制加法計數(shù)器。將觸發(fā)器清零。</p><p>　　加入八個單脈沖于

77、CP端，觀察各觸發(fā)器狀態(tài)Q1、Q2、Q3的變化，并記錄。</p><p>　　圖4-9 八進制加法計數(shù)器</p><p>　　⑵同步三進制減法計數(shù)器</p><p>　?、侔磮D4-10接線成三進制減法計數(shù)器。將觸發(fā)器置“1”。</p><p>　?、诩尤肴齻€單脈沖于CP端，觀察各觸發(fā)器狀態(tài)的變化并記錄。</p><p&g

78、t;　　③用信號發(fā)生器在CP端加入頻率為1KHZ，幅值為4V的連續(xù)方波脈沖，且CP數(shù)大于3，用示波器觀察并繪出CP、Q2、Q1的波形。</p><p>　　圖4-10 三進制減法計數(shù)器</p><p><b>　　4注意事項：</b></p><p>　　熟悉計數(shù)器的工作原理、結構和功能，重點了解各輸入端的作用。</p><

79、;p>　　4.4 實驗四 計數(shù)、譯碼和顯示</p><p><b>　　1實驗目的：</b></p><p>　?、耪莆沼嫈?shù)，譯碼和顯示電路的工作原理。</p><p>　?、茰y試計數(shù)器74LS90，譯碼器74LS248的邏輯功能。</p><p>　　⑶運用74LS90，74LS248和共陰極LED顯示器(2E

80、S102)組成數(shù)字計數(shù)顯示單元。</p><p><b>　　2實驗設備：</b></p><p>　　74LS90，74LS248，2ES102，示波器，信號發(fā)生器。</p><p><b>　　3實驗內(nèi)容：</b></p><p>　?、虐?4LS90接成二進制計數(shù)器，用示波器觀察并記 錄時鐘脈

81、沖(1KHZ)和輸出脈沖波形，并驗證二進 制計數(shù)器功能。</p><p>　　⑵把74LS90接成五進制計數(shù)器重復先前的內(nèi)容。</p><p>　　⑶把74LS90接成8421碼十進制計數(shù)器，記錄時鐘脈沖和QA，QB，QC，QD各點脈沖。</p><p>　　⑷把74LS248與2ES102連接成譯碼顯示電路，驗證邏輯功能。</p><p>

82、　?、砂?4LS90，74LS248與2ES102連接成計數(shù)譯碼顯示電路，輸入1HZ脈沖觀察結果。</p><p><b>　　4實驗結果</b></p><p>　　了解譯碼和顯示電路原理及實驗中使用的譯碼器和顯示器。</p><p><b>　　實驗總結</b></p><p>　　在老師的指導

83、下，我開始了自己的畢業(yè)設計，課題為時序電路實驗系統(tǒng)的設計與研究。</p><p>　　本次設計主要是為了使初學者能借助多媒體的輔助完成驗證性、設計性、開發(fā)性的實驗。設計主要由計算機完成。首先針對課本的實驗進行優(yōu)化處理，設計實驗任務，然后用計算機軟件和Multisim做一些自己的設計或課本課題，使得初學者能夠很容易的學會實驗，并產(chǎn)生進一步學習的興趣。</p><p>　　通過這段時間的學習和

84、實踐，使我基本掌握了多媒體技術的幾種設計方法并能結合計算機軟件Multisim來設計一些較復雜的多媒體展示。不僅用理論指導了實踐，而且在實踐中檢驗了理論，增強了自己動手和動腦能力。一開始，我對數(shù)字電路實驗很頭疼，首先得要學會設計，然后才是在實驗箱上做實驗，但往往會不成功。因為理論基礎和實際動手能力不強，所以一直會找不到原因。經(jīng)過這次的設計，首先，我先對實驗原理都系統(tǒng)的了解了一遍，按照課本的步驟，完成了實驗。這當中也會遇到一些問題，當需要

85、用用觸發(fā)器達到某一功能時不清楚哪種型號能具體達到實驗要求目的時，通過上網(wǎng)查閱各種觸發(fā)器型號作用，然后在對各種元器件用Multisim軟件來進行實驗的仿真直至達到實驗要求，。在第一次接觸這個軟件的時候，很迷茫。接著我通過各種渠道，比如互聯(lián)網(wǎng)，圖書館等等去學習這個軟件，上手之后，發(fā)現(xiàn)這個軟件很好，用的人好用，看的人好理解。最后對每個實驗都進行了仿真。問題總會遇到，但通過學習都一一解決后，這種感覺是很開心的。雖然有很多不足之處，總體來看，實驗

86、設計是成功的，總之，在畢業(yè)設計過程中，我運用了學到的知識和技能，通過與同學合作、自己的學習、老師的指</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]雷躍.NI Multisim 11電路仿真應用.北京：電子工業(yè)出版社，2011</p><p>　　[2]閻石.數(shù)字電子技術基礎.高等教育出版社，2008</p>

87、;<p>　　[3]時序電路的分析與設計 http://www.docin.com/p-86006328.html</p><p>　　[4Multisim元器件符號 http://tieba.baidu.com/p/2137547085</p><p>　　[5JK觸發(fā)器 http://www.docin.com/p-585557387.