用“一對(duì)一”法設(shè)計(jì)同步時(shí)序電路

1、數(shù)字邏輯電路分析與設(shè)計(jì)課外實(shí)踐項(xiàng)目報(bào)告題目：用“一對(duì)一”法設(shè)計(jì)同步時(shí)序電路組號(hào)：B-7組員：學(xué) 號(hào)姓 名工作量 %簽字1*2345注：*為組長(zhǎng)。2015年1月報(bào)告目錄一、 實(shí)驗(yàn)方案二、 實(shí)驗(yàn)原理三、 完成過(guò)程四、 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)五、 工作分配一、實(shí)驗(yàn)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(shí)默認(rèn)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(hào)時(shí)保持S1狀態(tài)不變，輸入為01時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)镾4，輸入10時(shí)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(hào)時(shí)都保持S2狀態(tài)不變，輸入為01時(shí)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(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為S1，輸入為01,10時(shí)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(shí)保持S4狀態(tài)不變，輸入為10時(shí)轉(zhuǎn)為S3狀態(tài)6）CLR為復(fù)位脈沖開關(guān)，若按下CLR開關(guān)，則復(fù)位到S1狀態(tài)。二、實(shí)驗(yàn)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(gè)電路中有S1、S2、S3、S4共4個(gè)狀態(tài)。規(guī)定分別與4個(gè)觸發(fā)器、和的Q1、Q2、Q3、Q4端直接對(duì)應(yīng)。在74175中每個(gè)觸發(fā)器端，以Q端表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即0和1兩個(gè)狀態(tài)。為便于用開機(jī)復(fù)位的方式啟動(dòng)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(shí)刻均只處于一種狀態(tài)，因此，4個(gè)觸發(fā)器中只有一個(gè)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(gè)1。狀態(tài)為1的那

4、個(gè)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。從狀態(tài)分配的角度來(lái)說(shuō)，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(duì)應(yīng)，S2、S3、S4分別與Q2、Q3、Q4對(duì)應(yīng)，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(shí)鐘脈沖發(fā)生電路利用RC環(huán)形多諧振蕩器，由奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連而組成，利用門電路的傳輸延遲時(shí)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(shí)間很小，產(chǎn)生的自激振蕩的頻率會(huì)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(shí)間，還可以通過(guò)改變RC實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。圖中a點(diǎn)由高電位跳變到低電位時(shí)，b點(diǎn)由低變高它一方面經(jīng)F2使c點(diǎn)由高變低，另一方面通過(guò)電容C耦合到d點(diǎn)，使d點(diǎn)的電位也上跳到高電位，于是，輸出暫時(shí)保持為低電位，即開始第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C的充電，d點(diǎn)電位逐漸降低，當(dāng)d點(diǎn)電位降低到關(guān)門電平時(shí)，F(xiàn)3迅速關(guān)閉，a點(diǎn)由低變高，b點(diǎn)由高變低，d點(diǎn)下跳到較負(fù)的電壓值，確保F3輸出暫時(shí)保持為高電位，即開始第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電容C放電，當(dāng)d點(diǎn)電位逐步上升到開門電平時(shí)，F(xiàn)3迅速開啟，a點(diǎn)由高變低，于是又從

6、第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)跳變到第一個(gè)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(guò)程1、分析項(xiàng)目原理。鑒于此次項(xiàng)目與上課內(nèi)容相關(guān)，我們提前自學(xué)了課本5.3相關(guān)的內(nèi)容，并查閱了時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路，確定了該設(shè)計(jì)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(guò)搜集相關(guān)芯片的引腳圖，工作特點(diǎn)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(guò)改變?cè)骷帕?、參?shù)、接線等，最終進(jìn)行仿真后實(shí)現(xiàn)所要求的功能3、中期報(bào)告的撰寫。將前期搜集的資料進(jìn)行匯總、梳理元器件工作原理等，撰寫出中期報(bào)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(dāng)繁重。我們只能對(duì)照原理圖接線，在地的選擇上采取了以單點(diǎn)當(dāng)?shù)氐姆绞?，使得?dǎo)線的跨度大，使得整個(gè)板子的后面的導(dǎo)線十分煩亂，后我們?cè)诎遄由隙嗪噶藥讉€(gè)點(diǎn)分開導(dǎo)線，使得導(dǎo)線布局不那么錯(cuò)綜復(fù)雜。5、電路板的調(diào)試。在電路板的焊接完成后，我們開始對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試。測(cè)試發(fā)現(xiàn)我們焊接好的電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，我們進(jìn)行了很多天的調(diào)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下問題：?jiǎn)栴}一：電路焊接過(guò)于混亂。在最開始接線時(shí)，撥碼開關(guān)處沒有焊接地線，加之我們?cè)瓉?lái)的電路較為復(fù)雜，剪出來(lái)的導(dǎo)線長(zhǎng)短控制不夠好，導(dǎo)致焊接出來(lái)的電路極為混亂，檢查十分繁瑣。我們?cè)噲D分塊檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)所接導(dǎo)線的混亂程度超過(guò)我們?cè)瓉?lái)的設(shè)想，且分塊調(diào)試時(shí)發(fā)

8、現(xiàn)電路仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的效果。問題二：仔細(xì)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?yàn)楹附訒r(shí)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(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)在板子的三塊10芯片隨機(jī)組合調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的邏輯現(xiàn)象都不同，我們認(rèn)為是芯片引腳的焊接有問題，所以對(duì)每個(gè)焊點(diǎn)都進(jìn)行了整修，發(fā)現(xiàn)還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)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(fù)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(jiǎn)次態(tài)方程，整改我們的電路圖，對(duì)整個(gè)邏輯圖進(jìn)行了簡(jiǎn)化重新繪制并焊接另一個(gè)電路。7、第二個(gè)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(jìn)行調(diào)試時(shí)，仍發(fā)現(xiàn)存在邏輯混亂現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查接線后，我們最終很好的實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目功能8、終期報(bào)告的撰寫。經(jīng)過(guò)了將近一個(gè)月時(shí)間的努力，我們終于完成了項(xiàng)目的制作。我們整合了搜集的資料以及實(shí)際的完成過(guò)程，撰寫了此份報(bào)告。四、設(shè)計(jì)心得與體會(huì)這次的數(shù)電項(xiàng)目原理基本來(lái)自課堂教材，不僅調(diào)動(dòng)了我們的自學(xué)積極性，而且鍛煉了我們的動(dòng)手能力和協(xié)作能力，可謂是一舉兩得。我們?cè)陬I(lǐng)好器材之后就開始了討論，分配了工作，每個(gè)人都明確了自己的任務(wù)后，項(xiàng)目也能開始有序的進(jìn)行。我們?cè)诶L制原理圖方面并沒有投入太多的時(shí)間，主要是因?yàn)檎n本上有一套完整的邏輯過(guò)程，我們可以參照書本，使用EDA進(jìn)行連線，仿真，同時(shí)我們意識(shí)到這個(gè)項(xiàng)目的連線很多，焊接和調(diào)試都是一個(gè)問題。在焊接過(guò)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(jì)相對(duì)比較難焊接，很容易在焊接過(guò)程中由于失誤而導(dǎo)致電路焊接后實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差，我們每個(gè)負(fù)責(zé)焊接的同學(xué)在焊接時(shí)都格外小心，生怕