同步十进制计数器.doc

同步十进制加法计数器一 实验目的（1） 学会Pspice软件的使用，会用Pspice软件对电路进行仿真。（2） 掌握时序电路的设计方法。（3） 提高分析、动手解决实际问题的能力。二 实验环境（1） 软件环境：WindowsXP操作系统，Pspice软件。（2） 硬件环境：Pentium 以上的计算机。（3） JK触发器4片、双输入单输出与门芯片4片、三输入单输出芯片1片、时钟信号源2个、高电平信号1个。三 实验原理同步时序电路的设计过程可由图1-1描述。首先将实际逻辑问题进行抽象确定输入、输出变量及电路的状态数，对变量逻辑赋值，对状态编号，从而得到一个反应时序问题的状态装换图。去掉重复状态（若有重复的话），且对状态编码，则得到状态转换图的最简形式。对图化简得到电路的状态方程与输出方程，选定触发器类型后，则有状态方程求出驱动方程。最后根据驱动与输出方程画出逻辑原理图、实验电路图。根据实验电路图连线、调试并验证电路功能。检查电路能否自启动，若不能则应修改设计或预置初值解决。时序逻辑问题状态转换图最简状态转换图电 路方 程实验电路图 确定触发器类型 检查自启动 图1-1 时序电路的设计过程四 实验内容与步骤1、 根据时间问题当数字每满十置零一次，根据BCD码原则需要用四位二进制来表示，因此，需要选择4个触发器，其状态表如表1-2所表示：Q3nQ2nQ1nQ0n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1C000000010000100100001000110001101000010001010010101100011001110011110000100010010100110101101010110101111001110011010110111101111011110111100001 表1-2同步十进制加法器状态表2、 根据状态表画出的该计数器的状态图如下：10101011010000110001111100000010 1 0 0 0 0 1 0Q3Q2Q1Q0C 0 1 排列： 0 111010101011001111000110010011110 0 0 0 0 0 图1-3 同步十进制计数器状态图3、确定状态方程：本实验中选择使用JK触发器，其特性方才为Qn+1=Jn+Qn ,由于所设计电路为同步时序电路，故其时钟方程为： CP0=CP1=CP2=CP3=CP 由于电路的进位输出和次态Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1唯一取决于电路的现态Q3nQ2nQ1nQ0n的取值，故可以根据表1-2画出表示进位输出函数和次态函数的卡诺图，如图1-4所示。由于计数器工作时不会出现1010、1011、1100、1101、1110和1111这六个状态，所以可以将3n2n1n0n、3n2n1n0n、3nQn1n0n、3n2n1n0n 、3n2n1n0n 和3n2n1n0n这六个最小项作为随意项处理，在卡诺图中用“”表示。 图1-4 同步十进制计数器的卡诺图 由图1-4（a）得输出方程为： C=3n0n 由图1-4（b）（e）得状态方程为： 0n+1=0n 1n+1=3n0n1n+0n1n 2n+1=1n0n2n+ 1n0n2n 3n+1=2n1n0n3n+0n3n变换状态方程的形式，使之含有Qn和Qn的项:0n+1=10n+0n 1n+1=3n0n1n+0n1n 2n+1=1n0n2n+1n0n2n 3n+1=2n1n0n3n+0n3n将上述各式代入JK触发器的特性方程可得： J0=K0=1 J1=3n0n K1= 0nJ2= K2=1n0n J3= 2n1n0n K3=0n3、 画逻辑图并仿真打开Pspice软件建立项目工程，图1-5 逻辑图保存路径的设置 图1-6 创建项目图1-7 项目目录根据特性方程，所作的电路逻辑图如下： 图1-8 同步十进制逻辑图设置仿真类型及元器件参数设置复位信号的参数图1-9 复位信号参数设置设置时域分析 图1-10 仿真类型设置 1-11仿真结果波形图5、对仿真结果的分析 由仿真的波形图可以得到，Q3Q2Q1Q0从初始状态0000开始，经过9个有效的CP脉冲（下降沿）后，计数器返回到原来的状态，并且输出C为1，在第10个CP下降沿到来后，在复位信号的作用下使得Q3Q2Q1Q0均为0，同时输出C由1变为0，从而实现满10就清零一次的十进制功能。从图中还可以看出在高电平有效的状态下，时钟状态从0000开始，依次经过0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001共10个状态，当复位信号有高电平变为低电平时，输出无效不能在继续加1，因此又返回到0状态，这样周而复始的进行交替，从而实现十进制的记数功能。6、检查自启动 方法一：由图1-3所示的状态图可以看出，该计数器的有效状态为00001001，共有十个，并且在有效状态内计数器是按照8421码进行加法计数的同步十进制加法计数器。由图所示的状态图还可以看出，10101111这六个状态为无效状态，并且从任意一个无效状态开始，都能回到有效状态，所以电路具有自启动能力。 方法二：将无效状态1010、1011、1100、1101、1110和1111分别代入方程就算。当Q3nQ2nQ1nQ0n=1010时，求得C=0、Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1=1011。当Q3nQ2nQ1nQ0n=1011时，C=1、Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1=0100可见电路从无效状态进入有效状态，能自启动。当Q3nQ2nQ1nQ0n=1100时，C=0、Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1=1101。当Q3nQ2nQ1nQ0n=1101时，C=1、Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1=0100电路从无效状态进入有效状态，能自启动。当Q3nQ2nQ1nQ0n=1110时，求得C=0、Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1=1111。当Q3nQ2nQ1nQ0n=1111时，求得C=1、Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1=0000电路也可以从无效状态进入有效状态，能自启动。综上所述无论Q3nQ2nQ1nQ0n为1010、1011、1100、1101、1110和1111中任何一个值时都可以自启动。五 实验结果总结 时序电路又称为时序逻辑电路，是指在逻辑电路中，任何时刻电路的稳态输出，