用multisim如何设计简单计算器基础的加法计算器

 > 10大常用Multisim小模块(含计数器、触发器、数位管、火灾报警系统等)

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74LS161是具有异步置零、计数、预置数囷保持功能的可编程集成中规模同步4位二进制加法计算器计数器

用Muhisim仿真软件虚拟仪器中的字组产生器做信号源产生所需的时钟脉冲、控淛信号,用逻辑分析仪显示时钟脉冲、控制信号及状态输出信号的波形通过仿真实验可直观描述计数器的工作过程。

Muhisim仿真实验方法如下:

确定字组产生器产生74LS161计数器所需的时钟脉冲、控制信号逻辑分析仪所显示的时钟脉冲、控制信号及状态输出信号。

74LS161计数器可从Muhisim的TTL数字IC庫中找出字组产生器、逻辑分析仪分别从虚拟仪器库中找出。

确定字组产生器产生的74LS161计数器所需的时钟脉冲、控制信号等各个字的内容在字组产生器中依次输入各字组数据,进行所有字组信号的设置

进行实验仿真,分析仿真实验结果

74LS161计数器的功能表如表1所示,其中CLK為时钟脉冲输入信号、ENP及ENT为计数控制信号、L0AD为预置数控制信号、CLR为异步置零控制信号、ABCD为预置数输入信号、QAQBQCQD为状态输出信号、RCO为进位输出信号

2.1、仿真实验电路创建

实验时附加与非门将计数器74LS161用同步置零法构成计数范围为0000~1001的十进制计数器,并用CIR异步置零信号将计数器置於0000初始状态计数器工作时所用到的工作方式有异步清零、二进制计数和预置数,全面反映了计数器的工作过程

构建仿真实验电路如图1所示。其中字组产生器输出时钟脉冲CLK、异步置0信号CLR,逻辑分析仪显示时钟脉冲/CLK、异步置0信号/CLR、预置数控制信号/LOAD及状态输出信号QA~QD的波形

注意,Multisim10版本中74LS161的时钟脉冲CLK为下降沿触发,附加反相器74LS04修正为与实际器件一致的上升沿触发方式

2.2、字组产生器输出字组的设计

所设計的各字数据为0,23,23,23,23,23,23,23,23,23,23,2如图2所示。

在字组产生器的数据栏内以十六进制(Hex)依次输入各字组数據并对最后一个字数据进行末地址设置(SetFinalPosition),完成所有字组信号的设置如图3所示。

图3  集成计数器74LS161仿真实验字组信号的设置

逻辑仪分析顯示波形如图4所示

图4中,“1”为时钟脉冲/CLK的波形;“2”为异步置0信号/CLR的波形;“3”为预置数控制信号/LOAD的波形;“4”~“7”为状态输出信號QA~QD的波形

由图4可知,/CLR一0时将计数器置于0000初始状态;/CLR=1时从0000~1001状态,预置数控制信号/LOAD=1计数器在时钟脉冲/CLK作用下按计数方式工作;在1001状態预置数控制信号/LOAD一0,计数器在时钟脉冲/CLK作用下按预置数方式工作使QAQBQcQD—ABCD一0000。

由于受实验仪器的限制无法对计数器工作波形进行硬件实验驗证主要是,现有的信号发生器不能产生多路同步信号现有的示波器多为双踪示波器无法同时观测多路波形,用Multisim软件仿真解决了这一問题所述方法具有实际应用意义。

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1 院、系(部) 电子信息工程 专业 電子信息工 程 班级 学号 姓名 任课教师 课程名称 电工电子课程设计 论文题目 计算器 成绩 评 语签字:年 月 日 复 核 人 意 见签字:年 月 日2 一、设计偠求 (1)0~999 范围内直接能进行加法计算器减法运算 (2)全是 10 进制显示 (3)必须用译码器加 7 段数码管显示数据 二、设计原理置数 开关选择运算方式 加法计算器运算电路 减法运算电路 译码显示计算结果 显示所置入的两个 一位十进制数图 1 一位十进制加减运算原理框图如图 1 所示,第一步置入两个㈣位二进制数(要求置入的数小于 1010) 如(1001) 2 和(0111) 2 同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数 9 和 7; 第二步通过开关选择运算方式加或者减; 第三步,若选择加运算方式所置数送入加法计算器运算电路进行运算,同理若 选择减运算方式则所置数送入减法运算电蕗运算; 第四步,前面所得结果通过另外两个七段译码器显示即: 若选择加法计算器运算 方式,则(1001) 2 +(0111) 2 =(10000) 2十进制 9+7=16 并在七段译码显示器 上显示 16. 若选择减法运算方式则(1001) 2 -(0111) 2 =(00010) 2 十进制 9- 7=2 并在七段译码显示器上显示 02. 至于三位十进制加减法运算,只需将三个一位十进制加減法电路进行连接 便可以实现加法计算器运算,如 369+256=625 或减法运算 . 三、设计所采用清单超前进位加法计算器器 74LS283 6 个 十进制计数器 74LS192 6 个 显示译码器 74LS48 10 個 共阴极七段数码管 10 个 500 欧电阻 70 个 2 输入与门 74LS08 6 个 3 输入或非门 74LS27 3 个2 输入异或门 74LS86 27 个 反相器 74LS04 3 个 32 输入或门 74LS32 2 个 单刀双掷开关 9 个 电源导线 若干 四、电路原理圖及其分析 (1) 置数电路 利用十进制计数器进行置数,输入数为十进制只需要一个开关控制, 而如果用四个开关直接输数导致开关数量过哆,而且无法避免十六进制数 (2)加六进位电路用两片4位全加器74LS283和门电路设计一位8421BCD码加法计算器器 由于一位8421BCD数A加一位数B有0到18这十九种结果。當A+B9时, 将第一个芯片的和输送到第二个芯片A端再加上B端的六,最后 输出结果即为所需的十进制数4 (3)减六借位电路 同样用两片4位全加器74LS283和门電路设计一位8421BCD码减法器 该电路功能为计算A-B。若n位二进制原码为N 原 则与它相对应的补码为 N 补 =2 n -N 原 ,补码与反码的关系式为N 补 =N 反 +1 A-B=A+B 补 -2 n =A+B 反 +1-2 n 因为B 1= B非,B 0=B所以通过异或门74LS86对输入的数B求其反 ○ + ○ + 码,并将进位输入端接逻辑1以实现加1由此求得B的补码。加法计算器器相加的 结果为: A+B 反 +1 第一個芯片将输入的两个数进行减法运算但是在十六进制范围内,所以 需要将结果减六才能变为十进制数相减的结果因而引入第二个芯片,将第一 个芯片的和输入到第二个芯片的 A 端再减去 B 端的六,即可实现十进制数相 减 (4)译码显示电路5 译码显示电路是由一个七段LED译码驱动器74LS48和一个七段LED数码显 示器组成。在74LS48中经前面运算电路运算所得的结果输入74LS48的 ABCD,再译码输出最后在七段LED显示器中显示出来。设计译码显礻电路时 应该选择匹配的显示译码器和数码管,否则显示不了此处用到的是74LS48译 码器和共阴极七段数码管的搭配。 (5)三位十进制减法运算顯示总电路图 如上图所示实现了减法运算,即8 (6) 三位十进制加法计算器运算显示总电路图6 如上图所示实现了加法计算器运算,即 989+596=1585 (7)封装后嘚整体电路如上图设计出一个完整的计算器实现加减法运算 五、设计心得 一个星期的设计,实在是觉得非常劳累和痛苦从开始时满富噭情到后来7 意志消沉,最后兴奋的复杂心情点点滴滴无不令我回味无常。生活是这样 学习更是如此,汗水预示着成果也见证着收获設计确实有些辛苦,但苦中也 有乐在如今单一枯燥的理论学习中,很少有实践的机会此次给了我们一个 自己实践的机会,自己去思考探索。 数电是一门逻辑性极强的课程而且有些逻辑电路图相当复杂,离开老师的讲 解学习难度不言而喻。分析数电重在按部就班思栲但并不是墨守成规,而是在 头脑中形成比较成熟的思路看到题目可以清楚的知道该做什么,会用到什么公式 一旦有了清晰的思路,解决其问题来不仅节约时间而且正确率也很高 只要熟悉了软件的操作,Multisim仿真实验就不会有太大问题它的主要目的 是给我们一个虚拟接触那些不常见元器件的机会,让我们对它们有更加明晰的认识 因而,学习Multisim除了可以提高仿真能力、综合能力和设计能力外,还可以進 一步提高实践能力 通过这次课程设计,我懂得了理论与实践相结合的重要性单纯地掌握理论知 识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来从理论中得出结论, 才能真正提高自己的实践动手能力和独立思考能力设计中难免会遇到各种各样的 问题,同時在设计的过程中也发现了自己的不足之处对以前所学过的知识理解的 不够深刻,掌握的不够牢固也让我得到了很多锻炼。一方面我學到了数字电子技 术基础中的理论知识也学会了如何使用Multisim软件在制作电路图的过程中,使 用一些模拟器件就可以达到仿真的效果。另┅方面我也提高了我的独立思考的 能力,使得思维方式更加敏捷不同的思考角度,也帮助我更好的完成这次加减法 运算的设计以及制莋 同时让我的身心也得到了改善,自身素质也有所提高学到了很多课内学不到 的东西,将终身受用在以后的工作和学习中,我们也會运用我们所学到的东西 好好的完成今后的工作。通过本次设计我不但收获了知识,对于以后的自学更 是取得了极其宝贵的经验。 能完

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