三位二进制模5计数器.doc

武汉理工大学数字逻辑课程设计说明书学 号： 课 程 设 计题 目数字逻辑设计题目三位二进制模五计数器学 院计算机科学与技术专 业 班 级 姓 名 指导教师 2011年 月 日课程设计任务书学生姓名 学生专业班级 指导教师 学 院 名 称 计算机科学与技术学院一、题目：三位二进制模5计数器。当外部输入X = 1时，计数器加2计数；外部输入X = 0时，计数器加1计数。“模5”为逢“5”进1计数。原始条件：使用D触发器( 74 LS 74 )、“与”门 ( 74 LS 08 )、“或”门( 74 LS 32 )、非门 ( 74 LS 04 )，设计三位二进制模5计数器。二、要求完成设计的主要任务如下： 1能够运用数字逻辑的理论和方法，把时序逻辑电路设计和组合逻辑电路设计相结合，设计一个有实际应用的数字逻辑电路。2使用同步时序逻辑电路的设计方法，设计三位二进制模5计数器。写出设计中的三个过程。画出课程设计图。3根据74 LS 74、74 LS 08、74 LS 32、74 LS 04集成电路引脚号，在设计好的三位二进制模5计数器电路图中标上引脚号。4在试验设备上，使用74 LS 74、74 LS 08、74 LS 32、74 LS 04集成电路连接、调试和测试三位二进制模5计数器电路。三、课程设计进度安排：序号课 程 设 计 内 容所用时间1设计三位二进制模5计数器电路1天2电路连接、调试和测试3天3分析总结设计，撰写课程设计1天合计5天指导教师签名： 2011年 月 日系主任（责任教师）签名： 2011年 月 日三位二进制数模5计数器1 设计目的 1、深入了解与掌握同步时序逻辑电路的设计过程； 2、了解74LS74、74LS08、74LS32、74LS86及74LS04集成电路的功能； 3、能够根据电路图连接好实物图，并实现其功能。学会设计过程中的检验与完善。 2 题目理解和功能描述用数字逻辑实验板和若干集成芯片实现如下功能：利用逻辑电平区域中八盏灯的前四盏作为实验的输入和输出。其中以第1盏灯（K1）作为输入x，用以改变输入的0、1特性（x为0时是加1计数器，为1时是加2计数器）。其余三盏灯（K2、K3、K4）显示计数器的输出，也就是三位二进制数的三个状态，对应于三个D触发器的、。三位二进制计数器逻辑结构如图一所示。 计数器输出三位二进制模5计数器 输入x 时钟输入 图1 三位二进制数逻辑结构3 设计中使用的集成电路名称及引脚编号3.1 74LS04非门 5V 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 地 （注明： 1、3、5、9、11、13为输入， 2、4、6、8、10、12为对应输出）3.2 74LS08与门 5V 13 12 11 10 9 81 2 3 4 5 6 地 （注明：1、2，4、5，9、10，12、13为输入，3、6、8、11为对应输出）3.3 74LS32 或门5V 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 地 （注明： 1、2，4、5, 9、10，12、13为输入，3、6、8、11为对应输出） 3.4 74LS86异或门 5V 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 地 （注明： 1、2，4、5, 9、10, 12、13为输入，3、6、8、11为对应输出）3.5 74LS74 D触发器 ( 2D ) (2CK) (2Q ) (2) 5V 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 地 （1D ）(1CK ) (1Q ) (1) (注明：利用触发器的输入D，时序CK，输出Q，反向输出) 4 逻辑电路设计具体步骤第1步 根据逻辑功能要求，做出原始状态图和原始状态表。 1/01/01/00/00/00/1104320/00/01/01/1 图1 三位二进制模五计数器原始状态图现态次态/输出x=0x=101/02/012/03/023/04/034/00/145/11/0 表2 三位二进制模五计数器原始状态表第2步 状态化简。作出最小化状态表。11 22 321 32 42 33 4340123 表3 隐含表现态次态/输出x=0x=101/02/012/03/023/04/034/00/145/11/0 表4 最小化状态表第3步 状态编码，作出二进制状态表 y2y1 y00 00 11 11 00024113 表5 状态分配方案现态次态/输出x=0x=1000001/0010/0001010/0011/0010011/0100/0011100/0000/1100000/1001/0表6 二进制状态表第4步 求出激励函数和输出函数表达式。实验利用D触发器，根据状态表 ，做出激励函数和输出函数真值表。根据激励函数和输出函数真值表做出激励函数和输出函数卡诺图。根据卡诺图写出激励函数和输出函数表达式。 x y2 y1 y0D2 D1 D0Z0 0 0 00 0 100 0 0 10 1 000 0 1 00 1 100 0 1 11 0 000 1 0 00 0 010 1 0 1d d dd0 1 1 0d d dd0 1 1 1d d dd1 0 0 00 1 001 0 0 10 1 101 0 1 01 0 00 1 0 1 10 0 011 1 0 00 0 101 1 0 1d d dd1 1 1 0d d dd1 1 1 1d d dd表7 激励函数真值表 根据真值表画出卡诺图如下： y1y0 xy20 00 11 11 00 000000 10dd01 11dd01 00dd1D2: D2=y1y0+xy1=y1(xy0)y1y0 xy20 00 11 11 00 000010 11dd1 1 10dd0 1 01dd0D1: D1=x+y0+y1=x+(y1y0) y1y0 xy20 00 11 11 00 010100 10dd1 1 10dd0 1 01dd0D0: D0=+xy2+xy0=+x(y2+y0) y1y0 xy20 00 11 11 00 001000 10dd0 1 10dd1 1 00dd0Z: Z=y2+xy1y0 激励函数表达式说明：在画卡诺圈的过程中，用到了无关最小项d,在D2、D0的卡诺圈中充分利用到了d，而在第二个卡诺图中，并没有连到最大的卡诺圈，原因是为了利用异或门设计电路，这样可以大量的减少芯片的运用。本实验中仅用到了7个与门电路，这样大大简化了电路。第5步 画出逻辑电路图，根据激励函数表达式，画出如图X所示的三位二进制模五计数器电路图。5 三位二进制模五计数器连接、调试和测试5.1 计数器的连接根据设计电路图，对照集成电路名称及引脚编号对电路进行连接。其中，输入x连接k1,三个状态的输出连接k2、k3、k4。连接过程中遵循着如下顺序：1、 连接每一个集成电路的电源和接地端，每一个集成电路的电源和地都是并联接入。2、 给D触发器连入时间脉冲信号。3、 检查器件的是否能正常工作。对每一个器件的输入、输出进行检查，以便能顺利进入计数器的连接，减少错误干扰。4、 给计数器接线，接线顺序依照激励函数表达式的顺序，以免出现漏连、错连的现象。5.2 计数器的调试和测试给连接好的计数器接通电源进行检测，首先给计数器一个初始状态，然后把x打到开关“0”，按下单脉冲信号，观测k1、k2、k3的现象是否为加1计数器。再把开关打到“1”，观察是否为加2计数器。再把时钟信号接到连续脉冲信号上，再重复上述操作，观测是否呈现加1加2计数功能。5.3 调试和测试同步时序逻辑电路和组合逻辑电路参考事项 1） 连接线路前，首先测试各元件功能是否完好，并熟悉各元件接线方法。2） 实验开始时，检查并确定实验设备上的集成电路是否符合要求。3） 可以分步骤先连接同步时序逻辑电路，测试一下同步时序逻辑电路工作是否正常。再进一步连接组合逻辑电路，这时就可以把同步时序逻辑电路和组合逻辑电路组成一体进行调试和测试。4） 导线在插孔中一定要牢固接触，集成电路引脚与引脚之间的连线一定要良好，不要连飞线。5） 在同步时序逻辑电路和组合逻辑电路连线时，为了防止连线时出错，可以在每连接根线以后，在同步时序逻辑电路和组合逻辑电路图中做一个记号，这样可以避免联线搞错，连线漏掉，多余连线的现象发生。6 集成电路连接图和实验现象6.1 集成电路连接图 经过调试和测试，生成最终的设计方案，如下为设计结果的集成电路连接图：6.2 实验现象 当x 打到“0”，电路为模5加1计数器，现象如下：亮亮亮 亮亮暗 亮暗亮 亮暗暗 暗亮亮当x打到“1”，电路为模5加2计数器，现象如下：亮亮亮 亮暗亮 暗亮亮 亮亮暗 亮暗暗实验现象明显，与理论结果一致。但由于电路板接触不良，所以出现不稳定现象。（说明：灯亮代表“0”，灯暗代表“1”。）7 课程设计总结和心得7.1 课程设计设计总结为顺利完成这次课程设计，我们首先根据题目在下面理清解题思路，根据已学习的同步时序逻辑电路的设计方法设计出整个解题过程，然后小组成员将各自的结果相互比对，以检查所设计出的方案及激励函数表达式准确无误，以保证后续工作的正确性。其次，由于此次是我们第一次将数字逻辑理论知识运用于实际，这就使得我们初次接触到实验仪器时感到陌生，为走出困境，小组间相互讨论并请教其他同学以认识电路板的构造，了解其接线方法，尽管如此，我们还是有些生疏，这就导致我们在接线时出现了错误。在关键的接线过程中，尽管小心翼翼，但由于未能深刻认识到插线板内部连接机制，导致第一次连线时出错，幸运的是，我们及时发现错误，从新连接线路。虽然出现了错误，但仍然有所收获，在第一次连线过程中，我们熟悉了线路的连接方法，了解了每个元器件的内部构造及其功能，也测试了每个元件功能的正确性，为第二次连线奠定了基础。一切工作顺利进行，出现的问题也及时解决，这样就开始着手最后的工作了。有了前次的教训，这次就更加谨慎了。我们按着已经尝试过的行之有效的连线方法开始了的二次连线，这次顺利得多，最终完成了连线，经测试与理论结果一致。回顾连线过程，没有团队合作，我们是无法顺利完成此次课程设计的。尤其是在连线过程中，由于我们分工明确细致，各自负责一