三人表决器，多功能计数器的设计.doc

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1、一．课程设计目的和任务课程设计目的：本次课程设计是在学生学习完数字电路、模拟电路、电子设计自动化的相关课程之后进行的。通过对数字集成电路或模拟集成电路的模拟与仿真等，熟练使用相关软件设计具有较强功能的电路，提高实际动手，为将来设计大规模集成电路打下基础。课程设计任务：（1）设计设计一个多功能计数器。4位增1/减1计数器：当输入信号UP等于1时计数器增1；当输入信号UP等于0时计数器减1，并且有异步清零的功能。（2）设计一个三人表决器，判断规则为一个主裁判和两个副裁判，若主裁判同意则可以通过，若两个副裁判同意也可以通过

2、。二．分析与设计1.设计任务与分析（1）多功能计数器主要实现的是对计数器的控制，可以通过输入来控制计数器的加减，清零，同时计数器为时序逻辑电路，所以必须加入时钟控制信号，通过时钟信号的上升沿或者下降沿来控制计数。（2）根据题目可以知道要有三个输入和一个输出，是一个简单的组合逻辑函数。想要实现这一功能必须要列出输入和输出的逻辑关系，然后根据这一逻辑关系得出逻辑电路，然后编出源代码进行仿真。2、设计方案论证（1）本题设计的是4位异步清零计数器。首先是输入输出的设置，利用一个输入控制计数器的加减计数，用另一个输入控制计数器

3、的清零端，用脉冲信号作为时钟信号控制计数器计数，最后输出计数值。同时还应设置进位输出端，当计数超过十六时输出进位信号。其次是逻辑的实现，通过触发器等基本器件就可以实现这一功能，最后是编程的实现部分，利用VHDL编程相对Verilog简单，首先定义一个实体，规定好所有的输入输出端口，然后再定义一个结构体来实现具体的功能，结构体中要定义时钟脉冲信号，利用多重选择结构来实现电路的功能：首先判断rst，因为rst为异步清零端，所在选择结构的最外层，独立于clk之外，若其有效，则直接置零，其次在脉冲有效的前提下看使能端是否有效

4、，若有效则可正常计数，否则不能正常计数，最后通过判断sum是否超过计数范围来看是否有进位输出。（2）本题设计的是主副裁判表决器。首先，三个输入共有八种组合，输出为一个，根据这八种组合来列出真值表，得出输出和输入的函数关系，并根据这个逻辑关系设计出电路。其次就是程序的实现，利用VHDL来实现，先定义一个实体，列出所有的输入输出端口，然后定义一个结构体来实现具体的功能，利用选择语句来实现，当输入的组合使得输出为1时Y置1，否则为0。3、详细设计（1）①设置输入的对应关系up为计数器加减的控制端，加法计数时为1，减法计数时

5、为0，str为清零控制端，清零时为0，否则为1；sum为计数输出，为四位二进制数，clk为时钟脉冲，上升沿有效，cout为进位输出，有进位输出时为1，否则为0。②列出真值表clkupstrSum3Sum2Sum1Sum0co××000000↑1100010↑1100100↑1100110↑1101000↑1101010↑1101100↑1101110↑1110000↑1110010↑1110100↑1110110↑1111000↑1111010↑1111100↑1111111clkupstrSum3Sum2Sum1S

6、um0co××000000↑1111111↑1111100↑1111010↑1111000↑1110110↑1110100↑1110010↑1110000↑1101110↑1101100↑11101010↑1101000↑1100110↑1100100↑1100010③编译及仿真编译结果：仿真图见系统实施。④生成逻辑图（2）①设置输入输出对应关系：A代表主裁判输入，同意为1，不同意为0；B、C代表两个副裁判的输入，同意为1，不同意为0。Y表示输出，通过为1，不通过为0。②列出真值表ABCY00000010010001

7、111001101111011111③得出输出逻辑函数：Y=A'BC+AB'C'+AB'C+ABC'+ABC化简逻辑函数得Y=A+BC④编译仿真结果：仿真波形图见系统实施。⑤生成逻辑图三、系统实施实验输出波形如下：由波形图可以看出，当up为1且rst为1时，计数器为加法计数器，当up为0且rst为1时，为减法计数器，当rst为0时，计数器清零。Cout为进位输出端，当sum为1111时输出为1。由图可以看出，A是主裁判，B、C是副裁判，当主裁判同意时，输出为1，当主裁判不同意，但是两个副裁判同意时，输出也为1。其他情

8、形下输出为零。五、参考书目【1】《逻辑与数字系统设计》李晶皎、李景宏、曹阳，清华大学出版社2008【2】《数字电路逻辑设计（第三版）》王毓银高等教育出版社2005【3】《数字电子技术基础》范文兵清华大学出版社2007【4】《数字电路实验与课程设计》吕思忠、施齐云哈尔滨工程大学出版社2001【5】《数字电路及制作实例》陈振官国防工业出版社2006