用“一對一”法設(shè)計同步時序電路

1、數(shù)字邏輯電路分析與設(shè)計課外實踐項目報告題目：用“一對一”法設(shè)計同步時序電路組號：B-7組員：學 號姓 名工作量 %簽字1*2345注：*為組長。2015年1月報告目錄一、 實驗方案二、 實驗原理三、 完成過程四、 設(shè)計心得與體會五、 工作分配一、實驗方案電路用發(fā)光二極管分別顯示輸出狀態(tài)Z，以及工作狀態(tài)S1、S2、S3、S4。燈亮表示輸出為高電平，燈暗表示輸出為低電平。具體操作流程如下：1）打開電源開關(guān)，使電路處于工作狀態(tài)，此時默認處于S1狀態(tài)。2) S1狀態(tài)下由邏輯電平開關(guān)輸入00信號時保持S1狀態(tài)不變，輸入為01時轉(zhuǎn)變?yōu)镾4，輸入10時狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镾23）S2狀態(tài)下由邏輯電平開關(guān)輸入00,10

2、信號時都保持S2狀態(tài)不變，輸入為01時狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镾34）S3狀態(tài)下由邏輯電平開關(guān)輸入00時狀態(tài)轉(zhuǎn)換為S1，輸入為01,10時狀態(tài)保持S3不變5）S4狀態(tài)下由邏輯電平開關(guān)輸入00，01時保持S4狀態(tài)不變，輸入為10時轉(zhuǎn)為S3狀態(tài)6）CLR為復位脈沖開關(guān)，若按下CLR開關(guān)，則復位到S1狀態(tài)。二、實驗原理（1）、電子線路圖（2）、芯片使用介紹： 74LS00 四2輸入與非門ABY001011101110 74LS10 三3輸入與非門ABCYXX01X0X10XX11110 74LS04 六反相器A Y0110 74LS175 四D觸發(fā)器 74LS175 四上升沿D觸發(fā)器的引腳圖和真值表（3）、邏輯原

3、理A狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路 狀態(tài)圖和狀態(tài)表2.觸發(fā)器狀態(tài)的直接分配 在這個電路中有S1、S2、S3、S4共4個狀態(tài)。規(guī)定分別與4個觸發(fā)器、和的Q1、Q2、Q3、Q4端直接對應。在74175中每個觸發(fā)器端，以Q端表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即0和1兩個狀態(tài)。為便于用開機復位的方式啟動電路，觸發(fā)器的有效狀態(tài)是0狀態(tài)：觸發(fā)器、和的有效狀態(tài)是1狀態(tài)。于是規(guī)定： 若Q1=0，則表示電路處于S1狀態(tài)； 若Q2=1、Q3=1、Q4=1分別表示電路處于S2、S3、S4狀態(tài)。 由于電路任何時刻均只處于一種狀態(tài)，因此，4個觸發(fā)器中只有一個處于有效狀態(tài)。如果在Q1、Q2、Q3、Q4檢查觸發(fā)器的狀態(tài)，那么其中只可能有一個1。狀態(tài)為1的那

4、個Q端指出了電路的狀態(tài)。這樣，Q1、Q2、Q3、Q4與 S1、S2、S3、S4 之間建立了直接的、一一對應的關(guān)系。從狀態(tài)分配的角度來說，用Q1Q2Q3Q4 =1000、0100、0010、0001，分別表示S1、S2、S3、S4。3.邏輯次態(tài)表 4.D觸發(fā)器的次態(tài)方程和輸出方程由于S1與Q 1對應，S2、S3、S4分別與Q2、Q3、Q4對應，因此有：D1= =D2 = D3 = D4 = 由狀態(tài)表（圖），可以直接寫出該電路的輸出方程：Z= Q2+Q3+Q4=Q1B時鐘脈沖發(fā)生電路利用RC環(huán)形多諧振蕩器，由奇數(shù)個反相器首尾相連而組成，利用門電路的傳輸延遲時間產(chǎn)生自激振蕩。振蕩周期為T。由于門電路

5、的傳輸延遲時間很小，產(chǎn)生的自激振蕩的頻率會很高，并且不易調(diào)節(jié)。為此可在門電路環(huán)路中插入RC延遲環(huán)節(jié)，這樣不僅增加了延遲時間，還可以通過改變RC實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。圖中a點由高電位跳變到低電位時，b點由低變高它一方面經(jīng)F2使c點由高變低，另一方面通過電容C耦合到d點，使d點的電位也上跳到高電位，于是，輸出暫時保持為低電位，即開始第一個暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C的充電，d點電位逐漸降低，當d點電位降低到關(guān)門電平時，F(xiàn)3迅速關(guān)閉，a點由低變高，b點由高變低，d點下跳到較負的電壓值，確保F3輸出暫時保持為高電位，即開始第二個暫穩(wěn)態(tài)，此時電容C放電，當d點電位逐步上升到開門電平時，F(xiàn)3迅速開啟，a點由高變低，于是又從

6、第二個暫穩(wěn)態(tài)跳變到第一個暫穩(wěn)態(tài)，如此繼續(xù)，形成自激振蕩。振蕩周期T=2.2RC。 三、完成過程1、分析項目原理。鑒于此次項目與上課內(nèi)容相關(guān)，我們提前自學了課本5.3相關(guān)的內(nèi)容，并查閱了時鐘脈沖產(chǎn)生電路，確定了該設(shè)計的原理。2、畫出工作電路圖。仿照課本上的邏輯電路圖，而后通過搜集相關(guān)芯片的引腳圖，工作特點等性能，我們著手用Multsim軟件繪制電路圖，幾次調(diào)試仿真失敗后，我們通過改變元器件排列、參數(shù)、接線等，最終進行仿真后實現(xiàn)所要求的功能3、中期報告的撰寫。將前期搜集的資料進行匯總、梳理元器件工作原理等，撰寫出中期報告。4、電路板的焊接。在第五周開始電路板的焊接，由于電路圖使用了七塊芯片，且每塊

7、芯片的引腳眾多，焊接工作相當繁重。我們只能對照原理圖接線，在地的選擇上采取了以單點當?shù)氐姆绞?，使得導線的跨度大，使得整個板子的后面的導線十分煩亂，后我們在板子上多焊了幾個點分開導線，使得導線布局不那么錯綜復雜。5、電路板的調(diào)試。在電路板的焊接完成后，我們開始對電路板進行調(diào)試。測試發(fā)現(xiàn)我們焊接好的電路無法實現(xiàn)設(shè)計效果，我們進行了很多天的調(diào)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下問題：問題一：電路焊接過于混亂。在最開始接線時，撥碼開關(guān)處沒有焊接地線，加之我們原來的電路較為復雜，剪出來的導線長短控制不夠好，導致焊接出來的電路極為混亂，檢查十分繁瑣。我們試圖分塊檢查時發(fā)現(xiàn)所接導線的混亂程度超過我們原來的設(shè)想，且分塊調(diào)試時發(fā)

8、現(xiàn)電路仍無法實現(xiàn)正常的效果。問題二：仔細檢查接線后，板子的邏輯功能混亂。我們大致判斷是芯片有因為焊接時直接放置而燒壞現(xiàn)象。于是決定更換全部芯片。在芯片更換過程中，我們發(fā)現(xiàn)在板子的三塊10芯片隨機組合調(diào)試時出現(xiàn)的邏輯現(xiàn)象都不同，我們認為是芯片引腳的焊接有問題，所以對每個焊點都進行了整修，發(fā)現(xiàn)還是無法實現(xiàn)預計現(xiàn)象。6、電路板的重新焊接在發(fā)現(xiàn)以上難以解決的問題以后，尤其是原本的接線十分復雜混亂難以檢查并發(fā)現(xiàn)問題以后，我們決定從原理入手，化簡次態(tài)方程，整改我們的電路圖，對整個邏輯圖進行了簡化重新繪制并焊接另一個電路。7、第二個電路板的調(diào)試。該次電路板焊接完成后明顯比第一次的電路板結(jié)構(gòu)清晰，走向清楚。但

9、進行調(diào)試時，仍發(fā)現(xiàn)存在邏輯混亂現(xiàn)象。經(jīng)過仔細檢查接線后，我們最終很好的實現(xiàn)了項目功能8、終期報告的撰寫。經(jīng)過了將近一個月時間的努力，我們終于完成了項目的制作。我們整合了搜集的資料以及實際的完成過程，撰寫了此份報告。四、設(shè)計心得與體會這次的數(shù)電項目原理基本來自課堂教材，不僅調(diào)動了我們的自學積極性，而且鍛煉了我們的動手能力和協(xié)作能力，可謂是一舉兩得。我們在領(lǐng)好器材之后就開始了討論，分配了工作，每個人都明確了自己的任務(wù)后，項目也能開始有序的進行。我們在繪制原理圖方面并沒有投入太多的時間，主要是因為課本上有一套完整的邏輯過程，我們可以參照書本，使用EDA進行連線，仿真，同時我們意識到這個項目的連線很多，焊接和調(diào)試都是一個問題。在焊接過程中，我們發(fā)現(xiàn)由于所用電路元件腳較多，并且電路設(shè)計相對比較難焊接，很容易在焊接過程中由于失誤而導致電路焊接后實驗結(jié)果出現(xiàn)偏差，我們每個負責焊接的同學在焊接時都格外小心，生怕