于基multisim加法计数器的仿真--毕业设计.doc

本科毕业论文（设计）（题目：基于Multisim加法计数器的仿真）姓 名： 学 号： 专 业： 通信工程 院 系： 电子通信工程学院 指导老师： 职称学位： 完成时间： 2013年5月 教务处制安徽新华学院本科毕业论文（设计）独创承诺书本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文（设计）作者签名： 日期： 安徽新华学院2013届本科毕业论文（设计）基于Multisim加法计数器的仿真摘 要计数器是数字系统中最基本的要素，本课题研究了任意进制计数器的设计方法，并利用Multisim进行软件仿真。本文详细介绍了集成计数器芯片74LS161的原理和结构以及Multisim软件的使用方法。通过对集成芯片的级联以及附加门电路的连接，以实现任意进制的计数器。这里我们采用的是两片4位二进制加法计数器74LS161芯片进行级联，通过置数法来实现256以内的任意进制的计数器。并用Multisim软件对设计的计数器进行仿真，观察结果正确，从而得出整个设计是正确的。关键词：计数器；Multisim；级连法；置数法Simulation of the addition counter based on MultisimAbstractThe counter is the most basic elements of a digital system.This article introduces the design method of arbitrary hexadecimal counter and how to realize the simulation with Multisim software.This article introduces the principle and structure of integrated chip counter 74LS161,as well as the use-method of Multisim software.With the cascade connection of integrated chips and the connection of gate circuits,the arbitrary hexadecimal counter comes true.Here we make two chips of the four bit binary adder counter 74LS161 cascade and then achieve the counter of the arbitrary hexadecimal which is less than 256 by setting the number of law.We also use the Multisim software to simulate the counter,and if the result of observation is correct,so that the whole design is correct.Keyword：Counter; Multisim; Cascade method; Set the number of lawII目 录1 绪 论12 计数器22.1 计数器简介22.2 计数器的分类22.3 计数器集成芯片23 Multisim的简介53.1使用简介53.2 Multisim对元器件的管理64 设计思路和方法74.1 NM时的设计方法74.1.1 复位法74.1.2 预置数法84.2 NM时的设计方法此时只需要一片N进制计数器作适当连接以及附加一些门电路就可以实现。4.1.1 复位法复位法也叫清零法，仅适用于有置零功能的计数器。按执行复位操作是否需要时钟脉冲又可以分为同步复位法和异步复位法，大多数集成计数器采用异步复位的方式。(1) 异步清零如图4.1所示，计数器从So状态开始计数到Sm状态时产生一个清零信号，送到计数器的置零输入端，当下一个脉冲有效沿来到时，计数器立刻返回So状态，开始下一轮的计数循环。由于Sm状态是一个过渡状态，只存在极短的时间，所以计数循环中稳定的状态只有So-Sm-1共M的状态，从而构成M进制计数器。S0S1S2S3Sn-1Sn-2Sn-3Sm+1SmSm-1 图4.1 异步清零(2) 同步清零如图4.2所示， 同步清零方式需要时钟脉冲的到来才能执行清零操作，没有过渡状态，所以应该以Sm-1状态产生清零信号。在计数循环中包括状态Sm-1共M个稳定状态，构成M进制计数器。StSt+1St+2Sn-1SnSn-1Sn-2Sn-3S0图4.2 同步清零4.1.2 预置数法该方法适用于有预置数功能的计数器，如图4.3所示。预置数也可分为同步方式和异步方式。同步方式需要时钟脉冲信号和预置数信号同时作用才能执行预置数操作；而异步方式则不需要时钟信号的同步，只要预置数信号到达就立即执行。在具有同步置数功能的计数器中，使用一个稳定状态来产生置数信号，当该状态出现时，计数器在下一个有效时钟沿来到时会直接跳转到预置数状态，如图4.3所示是由十进制计数器76LS160构成的七进制计数器，将计数器输出端QB和QC接在与非门7400D的两个输入端上，将7400D的输出端接在计数器同步置数端上，当S6=QDQCQBQA=0110，LOAD=0，在有效时钟脉冲来时，由于DCBA=0000，电路被置成预置数0000状态，电路周期中有7个稳定状态，所以为7进制加法计数器。图4.3 七进制计数器4.2 NM，然后使用复位法或预置数法跳过NL-M个状态即可，只是这时复位或预置数是对各片电路同时进行操作的，必需注意的是，最好使用同种型号的计数芯片进行级联，如果使用的不是同一型号的，必需保证它们的预置数或复位方式要一致。(1) 整体复位法： 先将两片74LS161按并行进位方式级连成256进制，因为74LS161的复位方式为异步复位，采用复位法设置计数循环应为00000000-10100010，应以101000011状态译码作为清零信号，同时加在两片74LS161复位端，并将两片的预置数端都接无效电平即可。So-Sm-1循环正好组成M进制，由于异步复位方式要有一个过渡状态，所以以Sm译码作为复位信号。如果计数器本身是同步方式复位的（如74LS163），则应以Sm-1译码作为复位信号，没有过渡状态。用整体复位法将2片16进制变数器并进行位级联构成60进制的计数器。这里分析以两片16进制计数器构成M=60进制计数器的实验电路为例，采用仿真软件Multisim进行分析。(2) 整体置数法： 同样先接成256进制，这时预置数可有256种选择，构成256内任意进制计数器。比如选择计数循环为S3-S255由于74LS161采用同步预置数方式，则应以11111111(状态S255)译码作为预置数信号，预置的数为00000011（状态S3），这样就构成模253计数器。如图4.4所示，开关1和2闭合。图4.4 模253电路图 5 设计与仿真5.1 模256以内任意进制的计数器设计5.1.1 预置数的设计74LS161芯片的ABCD四个输入是预置数的初始值，当连接+5V电压时表示连接1，当悬空时表示连接0，这里我们用四个开关控制初始值的输入如图5.1所示图5.1 预置数的设计5.1.2 芯片级联74LS161芯片的ENP、ENT是使能端当其都为1时，芯片才工作。RCO是进位输出端，当输出到达1111时RCO输出1。所以将低位芯片的RCO连接到高位芯片的ENP、ENT，这样每当低位芯片工作一个周期时高位芯片才计数为1。 256以内的任意进制需要两片161进行级联如图5.2所示图5.2 芯片级联5.1.3 连接七段显示管(1) 二进制显示连接法如图5.3所示(2) 十进制显示连接法如图5.4所示图5.3 二进制显示连接法图5.4 十进制显示连接法5.1.4 逻辑分析仪的连接逻辑分析仪是对加法计数器的输出端波形进行监控，通过它可以很直观的对加法计数器的工作状态进行了解，其连接方法如图5.5所示图5.5 逻辑分析仪的连接5.2 总电路图模256内任意进制计数器设计总图如5.6所示图5.6 总电路图开关1到8控制预置数，开关闭合输入为1，开关打开输入为0，当预置数为M时模为256-M，以达到256内任意进制的计数器。当开关全部打开时，预置数为00000000，一个周期为00000000到11111111即模为256。当开关5和开关4闭合时预置数为00011000，当计数器到达11111111在下一个有效脉冲来到时直接将计数器置成00011000状态，所以有效状态为00001010到11111111即模为232。电路元件清单表5-1 电路原件清单七段数码管8个集成芯片2个开关8个信号发生器1个与非门 1个电压源 3个导线若干5.3 电路的仿真5.3.1 模256的仿真将开关1到8全部打开，预置数为00000000，循环周期为00000000到11111111此时模为256。设置时钟脉冲频率，时钟脉冲的频率设置为20HZ如图5.7所示:图5.7 设置时钟脉冲频率开始仿真如图5.8所示图中0ms时A1B1C1D1A2B2C2D2的输出为00000000，图中数码管显示为00011001与逻辑分析仪显示完全相符合。图5.8 开始仿真当计数器到达11111111时在下一个脉冲有效沿到来时计数器进行置数为00000000如图5.9所示图5.9 模256的仿真5.3.2 模232的仿真将开关4和6关闭即预置数设置为00011000如图5.10所示图5.10 模232的设置计数器刚开始工作时由于未达到置数条件所以从00000000到11111111如图5.11所示。图5.11 模232开始仿真当计数器计数达到一个周期时，由于达到置数条件11111111，在下一个脉冲有效沿到达时被置成00011000如图5.12，下一个周期从00011000到11111111即模为232。图5.12 模232的仿真6 总 结毕业论文是学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。通过这次比较完整的基于Multisim加法计数器的仿真，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，锻炼了我综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力。本设计采用了2片74LS161芯片进行级联通过置数法来实现256以内任意进制的计数器的仿真。同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通和理解力。致 谢感谢老师对我在学术上的谆谆教诲。让我不仅学到了知识，而且学到了做人的准则和严谨的治学作风。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。正是由于老师和同学的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在此，表示衷心的感谢和崇高的敬意！21参考文献1 古良玲,杨奕电路电子基础实验中Multisim 10.0的应用技巧J实验科学与技术，2010，8(01):45-47.2 杨艳芳基于Multisim2001虚拟实验平台的电路设计与研究D.吉林：吉林大学 20083 马敬敏.集成计数器74LS161的Multisim仿真J.现代电子技术.2011,34(03):166-167+170.4 马敬敏.集成计数器74LS161的逻辑功能扩展J.现代电子技术.2011,34(07):170-171+174.5 林涛,巨永锋.任意进制计数器设计方法J.现代电子技术.2008,(15):166-167. 6 胡静.任意进制计数器的设计J.贵州工业大学学报(自然科学版).2008,37(03):94-97.7 阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2006.8 励建国,宋坚波.任意进制计数器设计方法初探J.成都教育学院学报,2003,17(3):65- 66.9 古良玲,杨奕.电路电子基础实验中Multisim 10的应用技巧J.实验科学与技术，2010,8(1):45-47.10 刘浩斌.数字电路与逻辑设计M.北京:电子工业出版社,2003. 11 张亚君,陈龙,牛小燕.Multisim在数字电路与逻辑设计实验教学中的应用 J.实验技术与管理.2008(08):108-110+114.12 聂典.Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用M.北京：电子工业出版社，2008-1.13 张明金.应用Multisim 9对数字电路的故障诊断J.实验室研究与探索. 2009(10): 66-68.14 李剑清.Multisim在电路实验教学中的应用J.浙江工业大学学报. 2007(05): 543-546.15 桂静宜.Multisim在数字电路综合课程设计中的应用J.黄石理工学院学报.2009(06): 64-67.24