數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)八同步時(shí)序電路邏輯的設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)： 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn) 第 8 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 同步時(shí)序電路邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2012 年 5 月 29 日實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 組號(hào)學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師： 評(píng)定成績(jī)：數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)5、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握同步時(shí)序電路邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程。 2掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)試所設(shè)計(jì)電路的邏輯功能。 3學(xué)習(xí) EDA 軟件的使用。、實(shí)驗(yàn)儀器：序號(hào)儀器或器件名稱(chēng)型號(hào)或規(guī)格數(shù)量1邏輯實(shí)驗(yàn)箱12萬(wàn)用表13雙蹤示波器1474LS1941574LS1121674LS041774LS001874LS861974LS101三、實(shí)驗(yàn)原理：同步時(shí)序電路邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程方框圖如圖 8-1 所示。圖 8-1其主要步驟有：1確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

2、或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 根據(jù)設(shè)計(jì)要求寫(xiě)出狀態(tài)說(shuō)明，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，這是整 個(gè)邏輯設(shè)計(jì)中最困難的一步，設(shè)計(jì)者必須對(duì)所需要解決的問(wèn)題有較深入的 理解，并且掌握一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和技巧，才能描繪出一個(gè)完整的、較簡(jiǎn)單 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。2狀態(tài)化簡(jiǎn) 將原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中的多余狀態(tài)消去，以得到最簡(jiǎn) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，這樣所需的元器件也最少。3狀態(tài)分配 這是用二進(jìn)制碼對(duì)狀態(tài)進(jìn)行編碼的過(guò)程，狀態(tài)數(shù)確定以后，電路的記 憶元件數(shù)目也確定了，但是狀態(tài)分配方式不同也會(huì)影響電路的復(fù)雜程度。 狀態(tài)分配是否合理需經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)， 因此往往需要用不同的編碼進(jìn)行嘗試， 以確定最合理的方案。4選擇觸發(fā)器

3、通?？梢愿鶕?jù)實(shí)驗(yàn)室所提供的觸發(fā)器類(lèi)型，選定一種觸發(fā)器來(lái)進(jìn)行設(shè) 計(jì)，因?yàn)橥綍r(shí)序電路觸發(fā)器狀態(tài)更新與時(shí)鐘脈沖同步，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng) 盡量采用同一類(lèi)型的觸發(fā)器。選定觸發(fā)器后，則可根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表和 觸發(fā)器的真值表作出觸發(fā)器的控制輸入函數(shù)的卡諾圖，然后求得各觸發(fā)器 的控制輸入方程和電路的輸出方程。5排除孤立狀態(tài) 理論上完成電路的設(shè)計(jì)后，還需檢查電路有否未指定狀態(tài)，若有未指 定狀態(tài)，則必須檢查未指定狀態(tài)是否有孤立狀態(tài)，即無(wú)循環(huán)狀態(tài)，如果未 指定狀態(tài)中有孤立狀態(tài)存在，應(yīng)采取措施排除，以保證電路具有自啟動(dòng)性 能。經(jīng)過(guò)上述設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出電路圖，最后還必須用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)電路的邏 輯功能進(jìn)行驗(yàn)證，如有問(wèn)題，再作必

4、要的修改。時(shí)序電路的功能測(cè)試可以 用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法進(jìn)行，靜態(tài)測(cè)試由邏輯開(kāi)關(guān)或數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)提供輸入信 號(hào)，測(cè)試各級(jí)輸出狀態(tài)隨輸入信號(hào)變化的情況，可用指示燈觀察，用狀態(tài) 轉(zhuǎn)移真值表或功能表來(lái)描述。動(dòng)態(tài)測(cè)試是在方波信號(hào)的作用下，確定各輸 出端輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的時(shí)序圖，可用示波器觀察波形。在實(shí)際的邏輯電路設(shè)計(jì)中，以上的設(shè)計(jì)過(guò)程往往不能一次性通過(guò)，要 反復(fù)經(jīng)過(guò)許多次仿真和調(diào)試，才能符合設(shè)計(jì)要求，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又提高了 產(chǎn)品的成本，而且，隨著電路的復(fù)雜化，受工作場(chǎng)所及儀器設(shè)備等因素的 限制，許多試驗(yàn)不能進(jìn)行。為了解決這些問(wèn)題，很多國(guó)內(nèi)外的電子設(shè)計(jì)公 司于 20世紀(jì) 80年代末、 90年代初，推出了專(zhuān)門(mén)

5、用于電子線路仿真和設(shè)計(jì) 的 “電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ EDA ）”（ Electronics Design Automation ）軟件，電子 產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員利用這個(gè)軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真和調(diào)試，一方面可以 驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo)，另一方面又可以通過(guò) 改變電路中元器件的參數(shù)，使整個(gè)電路性能達(dá)到最佳。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1用給定的觸發(fā)器及門(mén)電路設(shè)計(jì) 101 序列信號(hào) （串行） 檢測(cè)器。 該同 步時(shí)序電路有一個(gè)輸入 X ，一個(gè)輸出 Z，對(duì)應(yīng)于輸入序列 101 的最后一個(gè) 1，輸出 Z=1 。設(shè)序列可以重疊檢測(cè)。要求：輸入 X 用一個(gè)邏輯開(kāi)關(guān)控制， CP 用單脈沖開(kāi)關(guān)控制，一個(gè) CP 送

6、入 X 的一個(gè)數(shù)碼，輸出 Z 及觸發(fā)器狀態(tài) Q 接指示燈。設(shè) X=010101110100101 時(shí)，觀察指示燈并記錄。答：電路圖和表達(dá)式如下：2用一片 74LS194 及適當(dāng)門(mén)電路實(shí)現(xiàn)：00101 序列信號(hào)發(fā)生器（若 74LS194 構(gòu)成右移， Q2 作為輸出）101 序列信號(hào)（并行）檢測(cè)器（輸出 Z=1 ）答：電路圖和表達(dá)式如下：DsrQ1Q2Q3Q4100100100110100010100010110010D SR=Q1nQ4nZ=Q2nQ3nQ4n要求：敘述設(shè)計(jì)過(guò)程，寫(xiě)出設(shè)計(jì)方案，構(gòu)成邏輯電路。用示波器觀察 實(shí)驗(yàn)電路。畫(huà)出 CP、 Q2、 Z 的對(duì)應(yīng)波形。步驟：正確完成實(shí)驗(yàn)電路，接入 1KHz 的 CP 信號(hào)，用示波器的一個(gè) 探頭接 CP端，另一個(gè)探頭接 Q2 端，觀察相應(yīng)的波形并記錄；改變接 Q2 端的探頭至序列信號(hào)檢測(cè)器的輸出 Z 端，觀察相應(yīng)的波形并記錄。把它們 畫(huà)在一張圖上，完成要求。五、實(shí)驗(yàn)思考：1時(shí)序電路的自啟動(dòng)的作用是什么？答：保證即便因?yàn)榕既灰蛩仉娐返臓顟B(tài)偏離了正常的循環(huán)，電路也能 夠在有限步驟內(nèi)自行