人多数表决电路设计论文.doc
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5人多数表决电路设计
一、设计思想
通过上学期学习的《数字电子技术基础简明教程》的学习，逐步认识了解74系列芯片的用法。
本设计实验通过对逻辑门电路的进一步巩固与发展，根据老师上课的要求和指导，以及我们实验课上对Multisim软件的初步使用，设计了一个简单的5人多数表决电路。
本门EDA课是属于实践性教学，这不仅能加深学生对所学《数字电子技术》理论知识的理解，同时也能提高我们的综合素质，培养我们的创新精神、实践能力和创新能力。
同时，我们这次的也是设计性实验，所谓设计性实验就是指给定实验目的、要求和实验条件，由我们学生自行设计实验方案、选择相关芯片或器件实现的实验。
设计性实验能激发学生学习的主动性和创新意识，培养学生独立思考、综合运用知识、分析和解决复杂问题的能力。
本次使用Multisim软件设计实验，一是能提高我们的学习的主动性：
在给定的实验题目和技术指标下，我们在老师的指导下自己设计实验方案，自行选择实验器材，制定实验操作步骤和流程，此次试验是我们运用自己对数字电路中逻辑门电路的知识进行分析和探索。
在整个实验过程中，我们都处于主动学习的状态，学习目的明确，独立思维。
二是能提高我们对实验内容的探索性，设计性实验方案的设计与实现过程本身就是一个不断探索的过程，而对实验过程中遇到问题的分析与解决则更离不开探索。
探索性恢复了实验在人们认识自然、探索科学过程中的本来面目，让实验教学真正成为我们学习知识、培养能力的基本方法和有效途径。
三是提高我们方法的多样性。
设计性实验虽然实验目的明确，但实验方案可以灵活选择。
我们往往可以通过不同的途径和方法达到实验目的，从根本上改变了千人一面的传统验证实验教学模式，有利于创新人才的培养，体现以学生为本的教学思想。
EDA课程对我们电子专业有很重要的作用，所以我们必须认真的完成本次的5人表决电路设计。
通过自己对电路的探索和设计，选择自己需要的芯片来完成。
二、实验条件的要求：
鉴于设计性实验的探索性以及设计和实现方法的多样性，老师给我们提出的一些特殊的要求：
a）学时要求。
探索需要花费大量而不确定的时间，但实验教学又受到总学时和实验课室使用时间的限制。
为了解决这一问题，老师给了我们6个课时去实验课室里设计实验，同时要课内与课外学时相结合，我们利用课外时间进行方案的设计与完善，可以到图书馆去找资料或者上网查询，利用课内学时验证和实现方案。
b）仿真软件Multisim的使用。
Multisim软件较其他软件使用比较简单，方便我们短期的学习使用，此软件能仿真包括功能仿真和时序分析，功能仿真用于检验所设计电路功能是否正确，时序分析则既能检验电路的功能也能检验电路的时延关系。
在第一堂实验课上，老师给我们简单介绍的Multisim软件里一些按钮的功能及使用方法，然后我们就课外去寻找自己设计5人表决电路所需的芯片，设计出电路原理图。
最后，在仿真软件上画出电路原理图。
要注意的是，我们还要看看电路是否能够运行成功，与自己设计的电路原理一致，则表示此次设计性实验成功。
若不能，我们要找出其中的原因包括自己的电路设计是否出错，或者是否画电路图是否接点错误、元件错误等等。
c）设计时尽可能的减少芯片数目。
我们根据老师给出的5人表决电路题目，设计时使用越少的芯片则越好。
因为仿真实验也要考虑到实际实验的使用情况，要是使用过多的芯片，但是在实际上的实验室中根本没有这么多的芯片来选择。
所以在选择芯片上我们也要注意点。
d）设计一个五人表决电路，多数赞成则提议通过，即三人或三人以上赞成，则LED灯亮。
e）用74系列的芯片集成门电路组成。
因为我们学习数字电路中主要是深入学习TTL，除此之外，TTL集成电路由于工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广,特别对学生进行实验论证,选用TTL电路比较合适。
因此,《数字电路》书中大多采用74LS（或74）系列TTL集成电路，它的工作电源电压为5V土0.5V。
此次我们就只使用74系列的芯片，我们根据自己的电路原理图来选择。
三、知识准备
a）复习TTL与非门的逻辑功能及使用规则
b）熟悉TTL与非门外形及管脚引线排列
c）复习求五人表决电路图的基本步骤
四、实验目的
a）掌握组合逻辑电路的分析与设计方法
b）加深对基本门电路使用的理解。
c）了解74系列门电路的引脚分布，以及一些74系列芯片的功能。
五、实验设备与器材
1、实验设备
Multisim仿真软件1套
计算机1台
2、仿真电路组成部分
74LS10N芯片（三输入三输出）3个
74LS10N芯片一个
74ALS133N芯片1个
LED灯1个
开关5个
VCC、GND
六、电路工作原理与设计过程
A、课外自行设计
1、五人表决电路
当三人或三人以上赞成（输入为1）时，表决结果有效（输出为1）
以字母A、B、C、D、E分别表示五人，高电平表示同意，低电平表示不同意，字母Y表示表决结果，高电平表示结果有效，LED灯亮。
2、组合电路的基本设计方法
a）进行逻辑抽象
设定变量：
用A、B、C、D、E和Y分别表示输入和输出
状态赋值：
用0和1分别表示低电平和高电平
列真值表：
如下图
A
B
C
D
E
Y
A
B
C
D
E
Y
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
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1
b）根据真值表求出最简与或表达式为：
Y=ADE+ACE+ACD+ABE+ABD+BDE+ABC+BCE+BCD+CDE
也可使用Multisim仿真软件直接获得最简表达式
由与或表达式可想到利用与门、或门来组成逻辑图，
共需此种与门20个共需此种非门9个
所以可以画逻辑图如下：
B、元器件选择及元器件明细表
从自行的课外设计中，再寻找可以简化上述逻辑图的芯片，本次试验找出的芯片是74LS10来简化与门，74ALS133简化非门
1．TTL系列三输入与非门74LS10管脚排列图以及功能说明如下图，其中1A---3A、1B---3B、1C----3C为输入端，1Y----3Y为输出端，其输入任一个为低电平“0”，输出为高电平“1”；只有所有输入为高电平“1”，输出才为低电平“0”。
对于TTL逻辑电路，输入端如果悬空可看做逻辑1；
此为三输入一输出的芯片，同理，输入任一个为低电平“0”，输出为高电平“1”；只有所有输入为高电平“1”，输出才为低电平“0”。
2、TTL系列十三输入与非门74ALS133管脚排列图以及功能说明如下图，其中13个输入中，输入任一个为低电平“0”，输出为高电平“1”；只有所有输入为高电平“1”，输出才为低电平“0”。
逻辑图为：
管脚排列图：
功能：
相关参数：
C、Multisim仿真软件制作过程
1.打开Multisim仿真软件，新建一个文件。
在工具栏上点击放置TTL器件按钮（PlaceTTL）,即可打开TTL器件库。
TTL器件库如下图所示：
包括74STD-IC、74STD、74S-IC、74S、74LS-IC、74LS、74F、74ALS、74AS等9个系列。
打开74LS-IC系列，在component列下找到了74LS10N三输入与非门，选用此芯片3个
打开74LS系列，在component列下找到了74LS10N芯片，选用此芯片一个
打开74ALS系列，在component列下找到了74ALS133N芯片，选用此芯片一个
2.选用5个开关分别表示A、B、C、D、E输入，当开关闭合时表示通过，相反，开关打开则不通过。
当三个或三个以上的开关闭合式，LED灯才会亮。
3.选用一个LED灯
4.把所有的元件连接在一起，在加上一个5V的VCC和接地，就可画出电路原理图
七、总结
仿真在设计性实验中的作用分析
EDA仿真软件的使用能有效解决设计性实验对学时和实验设备的要求，从而在更广泛的范围内推动设计性实验的普及，提高实验教学的质量。
其在组成原理设计性实验中具有下面几方面的作用：
（1）功能验证，这也是试验中使用仿真软件最主要的目的，本次5人表决电路中，在设计完电路后，按下即可进行仿真，根据自己的开关数目，三个或三个以上则LED灯亮。
若不亮，则电路有错误，应当进行检查。
（2）发现并纠正原理图中错误。
如果设计原理图中包含错误，在编译阶段EDA软件能发现错误并给出相应的提示信息，借助这些提示信息，可方便地定位错误。
从而提高了查错、定位错误和修改错误的效率。
（3）为设计性实验的多样性和探索性提供了支持。
EDA仿真环境的开放性为设计性实验的多样性和探索性提供了实验环境支撑，基于EDA软件仿真探索实现方案的多样性，可以在一定程度上克服硬件平台开放受限的不足。
感想：
本次实验共用了6个学时，因为第一次接触Multisim仿真软件，所以一开始用起来会发现有很多的问题。
通过对EDA仿真在组成原理设计性实验中的应用进行探索，将EDA仿真引入到组成原理的设计性实验中不仅丰富了实验内容、方法和手段，提高了实验效率，而且也使我们接触到现代电子设计的新方法、新手段，更能激发学生实验的积极性和创造性。
俗语说：
万事开头难。
经过一段时间的摸索，我发现其实Multisim这个仿真软件学起来并不难，很快就能寻找自己想要的芯片了。
在电路设计过程中还存在很多的问题：
首先，学完数字电路学也有一段的时间了，有很多芯片的使用都忘记了。
还有组合逻辑电路的设计方法也开始模糊了。
虽然我们以前做实验和考试都考过四人表决电路，但是都已经基本上忘光了。
于是，我通过翻阅书本，去图书馆借书，以及上网查找芯片信息。
经历了一段的时间后，设计出此次的电路原理图，其实第一次画出来的电路原理图并非此图，但是，由于U盘丢失了，因此只能够重新画一次，这次发现能更加简单的一共才使用5个芯片即可完成本次5人表决电路设计。
虽然电路图设计成交较晚，但是我也很开心，毕竟是自己想出来的。
同时，在使用Multisim仿真软件过程中，我发现有一些芯片的名字是一样的，但是功能却不同。
就好像我这次设计的电路中有两个同名的芯片都是74LS10N，但是一个是三输入三输出的与非门，另一个是三输入以输出的与非门。
这些都给我们寻找芯片过程中造成了困扰，因此我们在使用过程中要认真细心。
总的来说，这次设计实验还是比较成功的。
它不仅锻炼到了我的创造性与主动性。
这个设计实验一直吸引着我去发现和寻找一些有用的74系列的芯片，更多的了解到74系列一些芯片的用法，拓宽了我的视野。
九、参考资料
《Multisim9电子技术基础仿真实验》
主编：
赵春华、张学军机械工业出版社，2007.3
《感悟设计之电子设计的经验与哲理》
主编：
王玮北京航空航天大学出版社，2009.5
《数字电子技术基础简明教程》（第三版）
主编：
余孟尝高等教育出版社，
《电子技术基础实验》实验教材
主编：
林汉，电子科学与技术系，2007.10.28
《电子线路设计与实践》
主编：
吴慎山电子工业出版社
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