小型实验室门禁系统设计实验指南

"本次实验是关于小型实验室门禁系统的设计，主要使用Logisim 2.7.1软件进行逻辑电路的设计与仿真。实验目的是让学生掌握小型电路系统的设计、仿真和调试方法，以及如何封装电路模块。实验内容包括设计一个能够监测、控制和显示实验室人数的门禁系统，该系统具有人数限制、进出刷卡功能和满员报警。实验设备为一套Logisim软件和一台微型计算机。实验共需8个课时，其中4个课时为课堂时间，4个课时为课后时间。实验的具体任务包括设计四位二进制可逆计数器、二进制转8421BCD码电路、显示电路和报警电路。" 实验内容详述如下： 1. 四位二进制可逆计数器：此部分要求使用D触发器构建一个可逆计数器，具有清零、累加和累减功能，以及预置控制。计数器需有四个输出QD、QC、QB和QA，以及相应的输入端CLR、CPU（进请求）、CPD（离请求）和预置端DCBA。当预置控制端为低电平时，计数器可以被预置为指定的二进制值。 2. 二进制转8421BCD码电路：实验者需利用之前实验中设计的“先行进位的四位二进制并行加法器”，配合其他元件，将实验室人数的二进制表示转换为8421BCD码。8421BCD码是一种常用的二进制编码方式，用于表示十进制数。 3. 显示电路：设计一个7段译码器，将8421BCD码的实验室人数转化为7段数码显示管可以显示的格式。译码器接收4位输入A3A2A1A0，并产生7个输出abcdefg，对应7段数码管的各段控制。 4. 报警电路：当实验室达到满员状态（15人）且有人尝试刷卡进入时，报警电路会保持当前计数器的输出状态不变，同时触发报警提示，阻止人员进入，以确保实验室的安全。 实验者在完成以上各部分设计后，需在Logisim环境中进行虚拟仿真，验证设计的正确性。通过这个实验，学生不仅能掌握逻辑电路的基本原理，还能提升实际问题解决能力，以及软件工具的使用技巧。