六十进制计数器的仿真与设计.doc

课程设计说明书 No.12 六十进制计数器的仿真与设计1.课程设计的目的训练学生综合运用学过的protel DXP软件的基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试，分析结果，撰写报告等工作。巩固和加深在EDA技术及应用课程中所学的理论知识和实验技能。自己对Protel DXP制图软件也有进一步的了解与掌握，并且深刻体会到它在仿真中的重要用途。DXP对电子电路仿真的目的是电子电路原理图设计和仿真设计与PCB印制技术联系起来，经过电子电路仿真后，马上可以制作PCB图或自动生成PCB图。它在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。使学生初步掌握数字电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后工作打下一定的基础。2设计方案论证2.1 概述由设计任务可知，六十进制计数器由一个十进制计数器（计数状态09）和一个六进制计数器（计数状态05）级联构成，在计数状态59的下一个状态产生清零信号，同时产生进位输出。根据自己所学的知识，可以采用同步十进制计数器74LS160级联的形式来构成六十进制计数器。首先，将两片74160串联起来构成一个一百进制计数器。其中，第一片记的是十位，第二片记的是个位。然后，再用置数法将得到的百进制计数器改接为六十进制计数器。设计数器从全零开始计数，则计入59个脉冲以后，第一片计成Q3Q2Q1Q0=0101（5），第二片计成Q3Q2Q1Q0=1001（9），与非门的输出使两片74160的LD同时为低电平。当下一个（第六十个）计数输入脉冲到达时，两个74160同时被置零，返回起始状态。这样就得到了六十进制计数器。通过查阅资料对不同的设计方案进行比较论证，由于Multisim7电路仿真软件采用交互式界面，比较直观，操作简便，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，采用Multisim7电路仿真软件进行设计电路并仿真在Multisim7环境中，把两个74160以级联的形式用置数法构建成六十进制计数器。并运行仿真，观测其结果。2.2原理论证流程图如下：明确设计目的 确定Multisim7仿真软件 设计论证方案 运用protel DXP软件绘制电路原理图 选定所需元器件 设计单元电路 设计仿真原理图 设置 Multisim7仿真环境 进行仿真运行 仿真后输出文件 记录实验结果分析仿真结果 图1流程图2.3单元电路设计2.3.1单元电路结构2.3.1.1同步十进制计数器 74LS160逻辑框图如图2所示。图2同步十进制计数器 74LS160 各引出端功能为：RCO为进位输出端；QDQA为计数器的输入端；D C B A为计数器的并行输入端；CLK为时钟脉冲输入端；ENF、ENT为计数器的控制端，均为高电平时为计数状态，否则为保持状态；LOAD为同步并行置数允许端（低电平有效）；CLR为异步清零端（低电平有效）。其逻辑功能如表一所示。表中表示任意状态，0表示低电平，1表示高电平，表示时钟脉冲的上升沿。2.3.1.2 74LS160D十进制计数器74LS160 是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器其功能表如下：表1十进制计数器功能表 CPRdLDEPET工作状态X0 XX置零10XX预置数X1101保持X11X0保持1111计数2.3.1.3与非门7420N逻辑框图如图：图3与非门7420N逻辑框图原理说明：与非门逻辑关系：Y=(ABCD)2.3.1.4非门74LS04D逻辑框图如图：图4非门74LS04D逻辑框图原理说明：非门逻辑关系：Y=(A)2.3.1.5提供、用于计数的发光二极管如图5所示高电平的电压源如图6所示时钟脉冲源如图7所示及译码显示器如图8所示图5用于计数的发光二极管 图6提供高电平的电压源 图7时钟脉冲源如所示图8数码显示器2.2选定器件列表如表2所示。表2 选定元器件列表元件标号说明74LS160D同步十进制计数器7420N与非门74LS04D非门VCC电压源X1发光二极管V1时钟脉冲源DCD_HEX数码显示器2.3应用protel DXP软件的原理框图如图所示图9 protel DXP软件的原理框图通过protel DXP绘制的60进制计数器原理图由两个数码显示管、两个芯片以及插线组成，将会实现60进制计数器的显示完成。所完成的数字将会在数码显示管上面显示出来。2.4六十进制计数器仿真原理图六十进制计数器仿真原理图如图9所示。图10 60进制计数器仿真原理图六十进制计数器主要测试点:观察数码显示器，计数状态从059，再从0开始计数，并有译码显示并产生进位输出。2.5 测试方案25.1所需元件及其用途 采用76LS160同步十进制计数器两片级联的形式构成一百进制计数器，再用置数的方法将其改接为六十进制计数器。与非门与所需输出端相接并将其另一端接回到两计数器的置数端。计数器从全零开始计数，则计入59 个脉冲以后，第一片计成Q3Q2Q1Q0=0101（5）第二片计成Q3Q2Q1Q0=100（9），与非门的输出使两片74160的LD同时为低电平。此时RCO=1.当下一个（第六十个）计数输入脉冲到达时，两个74160同时被置零，返回起始状态,同时RCO端产生进位输出。3.2测试步骤并用Multisim7进行仿真：在Multisim7中对电路进行仿真的过程主要分两步，一是构建电路原理图，二是进行分析仿真。 进入Multisim7仿真软件页面如图10所示：图11 Multisim7仿真软件的用户界面2.6构建电路原理图2.6.1元器件的选取操作从元件工具栏中选取元件启动菜单的放置元件命令搜索所需的元件从In User List中选取相同的元件放置虚拟元件。取用原器件时，先用鼠标点击原器件工具栏中的按扭，打开相应的分类库，再从中选择所需的原器件。2.6.2设置原器件的参数用鼠标双击一个元件，即可弹出该元件的属性对话框。例如，双击一个虚拟电源，弹出其属性对话框，打开其中的“Value”页面设置电压值，打开“Label”页设置标号。将一个电压源的电压值设为5V，将电压的标号设置为VCC。2.6.3线路的连接 元件的连接放置节点 连线的调整 连线颜色的设置。为使将两个元器件的 引脚连接起来，可将鼠标指向其中的一个引脚，该处将出现一个小圆点，单击左键，然后移动鼠标，此小圆点也跟着移动，移至另一个引脚时再单击左键，两脚之间就连成一条线。2.6.4仿真分析 点击窗口左上角的仿真开关，可以看见数码显示器从059循环递增，且发光二极管随着脉冲的输入进行不断地闪光2.6.5误差分析 由于地球或外界电磁场干扰使实验器件参数有差异，由于室温不同导致二极管参数数值不一致，使最终结果参数存在误差。3测试验证结果与分析3.1测试验证结果如图11，图12，图13所示 图12 60进制计数器十位图13 60进制计数器个位图14 60进制计数器终点通过以上的仿真验证分析，所得的结果与所选择设计的方案结果一致，从00状态运行到59状态很清晰。可知仿真结果与理论分析结果相同，而使用Multisim7计算机仿真软件进行数字电子电路仿真更简单、明了。在实验过程中可能会因为接线时不谨慎而出现接口未接上，也可能在接两个同步计数器时出现错误，导致结果不是从00运行到59 。因此，连接完电路以后一定要进行检查。网络标注的位置也很重要，一定要放在元件边，否则就会出现错误，导致电路不能正常运行，仿真结果就会出不来。这些细节都需要注意，差错才会尽量减小。3.2印制电路板图设计中60进制计数器电路的PCB图如图11所示：图15 60进制计数器电路PCB图通过上面的电路板PCB图，此电路板有两个数码显示管、两个芯片和插口以及连线组成，所以计数器的数字将会由数码显示管显示出来。5.设计体会：自己对Multisim 7.0有了进一步的了解，接触了以前自己没有接触过元件和这些元件所在库，这个软件可以进行电路的连接以及仿真，对于Multisim 7.0 这些虚拟元件和现实元件有了了解，对于如何改变元件参数也有了一定的掌握。当然，自己在以后的学习中会更加努力学习。争取多多掌握一些自己专业相关的知识，丰富自己的知识面。成功之后才能实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解，通过这次的课设自己对Protel DXP制图软件也有进一步的了解与掌握，并且深刻体会到它在仿真中的重要用途。DXP对电子电路仿真的目的是电子电路原理图设计和仿真设计与PCB印制技术联系起来，经过电子电路仿真后，马上可以制作PCB图或自动生成PCB图。它在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能