串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器課程設(shè)計(jì)

1、 摘要分析了時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)中的狀態(tài)化簡(jiǎn)問(wèn)題,指出了狀態(tài)化簡(jiǎn)不會(huì)改變電路的邏輯功能,不可能使電路產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。討論了串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器的米里型電路設(shè)計(jì)和摩爾型電路設(shè)計(jì),提出了一種在輸入數(shù)據(jù)穩(wěn)定的區(qū)段進(jìn)行檢測(cè)、確定電路狀態(tài),在輸入數(shù)據(jù)改換為下一位時(shí)輸出狀態(tài)信息,確保系統(tǒng)正常工作的米里型電路設(shè)計(jì)方法,這種方法對(duì)米里型電路的設(shè)計(jì)有通用性。時(shí)序邏輯也叫時(shí)態(tài)邏輯(temporallogic)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)里一個(gè)很專業(yè)很重要的領(lǐng)域。時(shí)序邏輯被用來(lái)描述為表現(xiàn)和推理關(guān)于時(shí)間限定的命題的規(guī)則和符號(hào)化的任何系統(tǒng)，主要用于形式驗(yàn)證。20世紀(jì)60年代ArthurPrior提出介入的基于模態(tài)邏輯的特殊的時(shí)間邏輯系統(tǒng)，這一理

2、論后來(lái)被艾米爾伯努利等邏輯學(xué)家進(jìn)一步發(fā)展。關(guān)鍵詞：串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路；邏輯電路；調(diào)試目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 緒論1 HYPERLINK l bookmark2 設(shè)計(jì)方案2 HYPERLINK l bookmark4 電路的原理及其設(shè)計(jì)3 HYPERLINK l bookmark6 安裝與調(diào)試11 HYPERLINK l bookmark8 結(jié)論13 HYPERLINK l bookmark10 參考文獻(xiàn)14串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 1.緒論本次試驗(yàn)所需要的選擇器有著很重要的應(yīng)用意義。在當(dāng)今社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，因?yàn)樗茉谟|發(fā)后產(chǎn)生相應(yīng)的

3、反應(yīng)，可以應(yīng)用在報(bào)警器、搶答器等電子產(chǎn)品中，它為人們本次課設(shè)所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)選擇器在現(xiàn)實(shí)生活中帶來(lái)許多方便之處。接收到本課設(shè)時(shí)想到的相關(guān)內(nèi)容非常之多：首先是想到了是要有連續(xù)的序列脈沖信號(hào)輸入；其次是要進(jìn)行以觸發(fā)器為基礎(chǔ)的同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)或是以中大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的時(shí)序電路的設(shè)計(jì)；最后還應(yīng)檢測(cè)一下電路能否自啟動(dòng)。若以X為輸入信號(hào)出現(xiàn)，Y為輸出信號(hào)出現(xiàn)時(shí)：以觸發(fā)器為基礎(chǔ)的同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)，還要在原始狀態(tài)圖上補(bǔ)充X不是1111碼的各種輸入的對(duì)應(yīng)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立完整的原始狀態(tài)圖，然后進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn)，求觸發(fā)器的級(jí)數(shù)、類型以及驅(qū)動(dòng)方程，最后畫(huà)出邏輯電路；以中大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的時(shí)序電路設(shè)計(jì)，則需要將X

4、序列的串行碼按連續(xù)4位為1組轉(zhuǎn)換成并行碼，這樣就可以用組合電路檢測(cè)并行碼是否正好是1111。用移位寄存器可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)方案我們自己設(shè)計(jì)電路時(shí)，要要讓自己設(shè)計(jì)的電路力求簡(jiǎn)單，自己反復(fù)思考，提升動(dòng)手能力，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)。一、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，就是要求實(shí)現(xiàn)的時(shí)序邏輯功能表示為時(shí)序邏輯函數(shù)，可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的形式，也可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的形式。二、狀態(tài)化簡(jiǎn)的目的就在于將等價(jià)狀態(tài)合并，以求得最簡(jiǎn)單的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。三、狀態(tài)分配又稱為狀態(tài)編碼。四、選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。五、根據(jù)得到的方程式畫(huà)出邏輯圖。六、檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)。如果電路不能自動(dòng)啟

5、動(dòng)，則需要采取措施加以解決。一種解決方法是在電路開(kāi)始工作時(shí)通過(guò)預(yù)置數(shù)將電路的狀態(tài)置成有效狀態(tài)循環(huán)中的某一種。另一種解決辦法是通過(guò)修改邏輯設(shè)計(jì)加以解決。電路原理及設(shè)計(jì)圖1.同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟是:邏輯抽象,畫(huà)出電路的原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。狀態(tài)化簡(jiǎn)。狀態(tài)編碼(即二進(jìn)制狀態(tài)分配),進(jìn)而作出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。選定觸發(fā)器類型,求出電路的邏輯函數(shù)表示式(狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程)。畫(huà)出邏輯圖,檢測(cè)設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)。這種方法具有一般性,例1也是依此完成設(shè)計(jì)的。輸人數(shù)據(jù)為輸入變量，以X表示;檢測(cè)結(jié)果為輸出變量，以Y表示。設(shè)電路在輸入1個(gè)時(shí)的狀態(tài)為S。，輸入一個(gè)2以后的狀

6、態(tài)為S,連續(xù)輸入3個(gè)1以后的狀態(tài)為S?,連續(xù)輸入4個(gè)或4個(gè)以上1以后的狀態(tài)為S，同時(shí)輸出Y為高電平1。則電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1所3示。圖1原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖2化簡(jiǎn)后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖S2和S3是等效狀態(tài),可以合并為一個(gè)狀態(tài)，化簡(jiǎn)后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。所需觸發(fā)器個(gè)數(shù)為2,取觸發(fā)器狀態(tài)Q1Q0的00、01和10分別代表S、S和S，則有012Qn+1=XQ+XQ101Qn+1=XQQ=(XQ)Q+1Q010100選用J、K觸發(fā)器，則J1=XQoK1=XJ0=XQK=110電路的輸出方程為Y=XQ1由上所述，可畫(huà)出檢測(cè)電路的邏輯圖，如圖3所示。圖A.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Sn/YSS1S2S30S/0S/0S/1S/

7、000301S/0S/0S/0S/01221表A.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表卡諾圖：XqIQOQ1Q0/YSx00011110000/000/000/000/0101/010/011/111/0由圖A中可見(jiàn)，S4和S3在同樣的輸入下有同樣的輸出，而且轉(zhuǎn)向同樣的次態(tài)，因而S4和S3為等價(jià)狀態(tài)可以合并，將狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖簡(jiǎn)化為圖B的形式。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是每當(dāng)電路轉(zhuǎn)換到次態(tài)時(shí)，輸入也必須同時(shí)轉(zhuǎn)換為下一個(gè)輸入狀態(tài)，否則將會(huì)把原來(lái)的輸入狀態(tài)當(dāng)做下一個(gè)輸入狀態(tài)。而且，只有在這種條件下，才能將S4和S5兩個(gè)狀態(tài)合并化簡(jiǎn)。因?yàn)殡娐饭ぷ鬟^(guò)程中有四個(gè)狀態(tài)，所以需要用兩個(gè)觸發(fā)器的四種狀態(tài)組合表示，若以兩個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)的00,01,10,1

8、1分別表示SO,SI,S2,S3，并以A表示輸入，以Y表示輸出，即可根據(jù)圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。從表可畫(huà)出Q1*,Q0*,Y的卡諾圖，從從卡諾圖得到電路的狀態(tài)方程和輸出方程Q1*二AQ1+AQ0QO*二AQl+aqOY=AQ1QO若選用D觸發(fā)器組成該電路，則根據(jù)D觸發(fā)器的特性方程Q*=D，得到電路的驅(qū)動(dòng)方程D1=AQ1+AQO在連接實(shí)物時(shí)我們用到與門(mén)，或門(mén)，D觸發(fā)器，下面是一些介紹。74LS08Vcc4B4A4Y3B,3A3Y_|141312f111098|Y=AB)I2輸入四正與非門(mén)74LS00|1匕34567|1AIB1Y2A2B2fYGNU11Iqji-TirunirkF-安

9、裝與調(diào)試D觸發(fā)器工作原理SD和RD接至基本RS觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=1且RD=O時(shí)，不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會(huì)使Q=0,Q非=1,即觸發(fā)器置0；當(dāng)SD=O且RD=1時(shí)，Q=1，Q非=0,觸發(fā)器置1,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過(guò)程如下：1.CP=0時(shí)，與非門(mén)G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時(shí)，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號(hào)將這兩個(gè)門(mén)打開(kāi)，因此可接收輸入信號(hào)D，Q5=D非,Q6=Q5非=。D觸發(fā)器原理2.當(dāng)CP由0變1時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時(shí)G3和G4打開(kāi)，它們的輸入Q3

10、和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=。非。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=Q3=D。3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時(shí)輸入信號(hào)被封鎖。這是因?yàn)镚3和G4打開(kāi)后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的，即必定有一個(gè)是0,若Q3為0,則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用，故該反饋線稱為置0維持線，置1阻塞線。Q4為0時(shí)，將G3和G6封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；Q4輸出至G3輸入的

11、反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持-阻塞觸發(fā)器?？傊撚|發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號(hào)，正跳沿時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強(qiáng)的抗干擾能力和更高的工作速度。功能描述5.結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)的是串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我了解了更多關(guān)于數(shù)電的知識(shí)，為今后的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這個(gè)電路設(shè)計(jì)是關(guān)于時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)。在時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)中,狀態(tài)化簡(jiǎn)不會(huì)改變電路的邏輯功能,不可能使電路產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。為保證串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器可靠、正常地工作,可在一般設(shè)計(jì)方法的

12、基礎(chǔ)上,依具體情況靈活處時(shí)序邏輯電路簡(jiǎn)稱時(shí)序電路。時(shí)序電路有兩大類：同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路。在同步時(shí)序電路中，有一個(gè)公共的時(shí)鐘信號(hào)，電路中各記憶元件受它統(tǒng)一控制，只有在該時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)時(shí)，記憶元件的狀態(tài)才能發(fā)生變化，從而使時(shí)序電路的輸出發(fā)生變化，而且每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，記憶元件的狀態(tài)和電路輸出狀態(tài)才可能改變一次。如果時(shí)鐘信號(hào)沒(méi)有到來(lái)，輸入信號(hào)的改變不能引起電路輸出狀態(tài)的變化。在異步時(shí)序電路中，電路沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，各記憶元件也不受同一時(shí)鐘控制，電路的改變是由輸入信號(hào)引起的。本次課設(shè)設(shè)計(jì)的思想是設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)四個(gè)和四個(gè)以上的1時(shí)，檢測(cè)輸出信號(hào)為1，其余情況下的輸出信號(hào)為0?？偣灿辛鶄€(gè)步驟來(lái)設(shè)計(jì)，分別是原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；狀態(tài)化簡(jiǎn)；狀態(tài)分配；選定觸