脈沖序列發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、摘要脈沖序列發(fā)生器設(shè)計(jì)DoCUment Serial number UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108脈沖序列檢測(cè)器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì) 多路脈沖序列信號(hào)檢測(cè)要求越來(lái)越高?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展方向是功能更強(qiáng)、體 積更小、速度更快、功耗更低,大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA器件的集成度高、工 作速度快、編程方便、價(jià)格較低，易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可編程設(shè)計(jì)，這些優(yōu)勢(shì)正好滿 足通信系統(tǒng)的這些要求。隨著器件復(fù)雜程度的提高，電路邏輯圖變得過(guò)于復(fù)雜,不 便于設(shè)計(jì)。VHDL(VHSIC HardWare DeSCriPtiOn LangUage)是隨著可編程邏輯

2、器 件的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種硬件描述語(yǔ)言。VHDL具有極強(qiáng)的描述能力，能支持系 統(tǒng)行為級(jí)、寄存器輸級(jí)和門級(jí)三個(gè)不同層次的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了邏輯設(shè)計(jì)師多年來(lái)夢(mèng) 寐以求的“硬件設(shè)計(jì)軟件化”的愿望,給當(dāng)今電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了革命性的 變化。本文針對(duì)傳統(tǒng)的脈沖序列檢測(cè)器方案,提出了一種基于對(duì)脈沖序列檢測(cè)器設(shè) 計(jì)的新方案，該方案相對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法更適合于現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng),不但大 大減少了周邊的設(shè)備,也使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活,穩(wěn)定性更好,性價(jià)比更高,可以滿足 多種環(huán)境下的檢測(cè)系統(tǒng)的要求。關(guān)鍵詞：多路數(shù)據(jù)選擇器、Multisim.計(jì)數(shù)器、序列檢測(cè)器目錄 TOC o 1-5 h z 摘要11目錄1設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求

3、2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?參考電路4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主電路圖5多諧振蕩器的介紹6計(jì)數(shù)器的介紹9數(shù)據(jù)分析12數(shù)據(jù)選擇器的介紹144實(shí)驗(yàn)結(jié)果16實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析17設(shè)計(jì)總結(jié)18致謝19參考文獻(xiàn)202設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)要求1、設(shè)計(jì)并制作一個(gè)脈沖序列發(fā)生器，周期性的產(chǎn)生8位長(zhǎng)度的任意脈沖序列,脈沖序列可以通過(guò)設(shè)置電路白由設(shè)置。2、能夠檢測(cè)出設(shè)置的脈沖序列，在每出現(xiàn)一次設(shè)置的脈沖序列時(shí)，點(diǎn)亮一次LED；3、時(shí)鐘脈沖周期為1HZ；4、對(duì)設(shè)置的脈沖序列值通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行指示；5、電源：220V/50HZ的工頻交流電供電；6、（直流電源部分僅完成設(shè)計(jì)僅可，不需制作，用實(shí)驗(yàn)室提供的穩(wěn)壓電源調(diào) 試，但要求設(shè)計(jì)的直流電源能夠滿足電路要求）

4、7、按照以上要求設(shè)計(jì)電路，繪制電路圖，對(duì)設(shè)計(jì)的的電路用MUltiSinl或OrCAD/PSPiCeAD9進(jìn)行仿真，用萬(wàn)用板焊接元器件，制作電路，完成調(diào)試、測(cè)試，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。發(fā)揮部分：其他恰當(dāng)?shù)墓δ堋?shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)本次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器的用法，掌握脈沖序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。參考電路（1）設(shè)計(jì)方案周期性脈沖序列發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法很多，可以由觸發(fā)器構(gòu)成，可以由計(jì)數(shù) 器外加組合邏輯電路構(gòu)成，可以有GAL構(gòu)成，也可以由CPLDFPGA構(gòu)成等等。本設(shè)計(jì)采用由計(jì)數(shù)器加多路數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì)法案，脈沖序列發(fā)生器原理框圖如（1）圖所示。圖（1）脈沖序列發(fā)生器原理框圖（2）參考設(shè)計(jì)脈沖序列

5、發(fā)生器需要一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，可采用由TTL非門和石英晶體振蕩器構(gòu)成的串聯(lián)式多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，如圖（2）所示。主電路部分如圖（3）所示，圖中74LS161和與非門構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為脈沖序列的寬度為12位。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)電路，確定元器件型號(hào)和參數(shù)；用MUItiSim進(jìn)行仿真，列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出輸出信號(hào)及其他關(guān)鍵信號(hào)的波形；對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和電路的工作 情況進(jìn)行分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；寫出收獲和體會(huì)。圖(2)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路VCC5VU9U4A12I-S -:r：8C3U5 74LS19dHA74LS04MMLSOin10USA-U713UIaA49IUe 74LS194rtR3AVA IOQ

6、G是兩個(gè)耦合電容，氏鞏和X巾是兩個(gè)反饋電阻。只要恰當(dāng)?shù)剡x取反饋電阻的阻 值，就可以使反相器的靜態(tài)工作點(diǎn)位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。上電時(shí)，電容器 兩端的電壓必】和均為Oo假設(shè)某種擾動(dòng)使如有微小的正跳變，那么經(jīng)過(guò)一個(gè)正 反饋過(guò)程，如迅速跳變?yōu)闋?wèi)m, %1迅速跳變?yōu)? %迅速跳變?yōu)樨Ｉ?，滄迅?跳變?yōu)闇?，電路進(jìn)入第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。電容6和G開始充電。6的充電電流方向 與參考方向相同，正向增加；G的充電電流方向與參考方向相反，5負(fù)向增 加。隨著】的正向增加，從逐漸上升；隨著的負(fù)向增加，必從爲(wèi)耳逐漸下降。因?yàn)?經(jīng)尺和X巾兩條支路充電而6經(jīng)條支路充電，所以6充電速度較快，如上升到卩&時(shí)如還沒(méi)有下降到卩&。上升

7、到卩宀使必2跳變?yōu)槎?上。理 論上，心向下跳變/刃一 巾1也將向下跳變OH-Io考慮到G輸入端鉗位二 極管的影響，彷最多跳變到 SVn下降到吩使兒1跳變?yōu)闋?wèi)耳，這又使從金 向上跳變f7曲一 N ,即變成VrHVoH-oLI電路進(jìn)入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。6經(jīng)/沖一條支路反向充電（實(shí)際上先 放電再反向充電），逐漸下降。G經(jīng)盡和氏鞏兩條支路反向充電（實(shí)際上先放 電再反向充電），彷逐漸上升。如的上升速度大于的下降速度。當(dāng)F上升到 尬時(shí)，電路又進(jìn)入第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。此后，電路將在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間循環(huán)。心和一個(gè)耦合電容匚。反饋電阻心使G的靜態(tài)工作點(diǎn)位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，就是說(shuō)，靜態(tài)時(shí)，的輸入電平約等于金，6的輸出電

8、平也約等于也。因?yàn)镚的輸出就是6的輸入，所以6靜態(tài)時(shí)也被迫工作在電壓傳輸特性的 轉(zhuǎn)折區(qū)。圖非對(duì)稱是多厘的矩形波。根據(jù)傅里葉分析理論，頻率為7的矩形波可以分解成無(wú)窮多 個(gè)正弦波分量，正弦波分量的頻率為M （=123,），如果石英晶體的串聯(lián)諧振頻率為齊，那么只有頻率為齊的正弦波分量可以通過(guò)石英晶體（第2個(gè)正弦波分量,）,形成正反饋，而其它正弦波分量無(wú)法通過(guò)石英晶體。頻率為兀的正弦波分量被反相器轉(zhuǎn)換成頻率為九矩形波。因?yàn)槭⒕w多諧振蕩器的振蕩 頻率僅僅取決于石英晶體本身的參數(shù)，所以對(duì)石英晶體以外的電路元件要求不 咼。計(jì)數(shù)器的介紹在數(shù)字電路中，把記憶輸人脈沖個(gè)數(shù)的操作稱為計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操

9、作的時(shí)序邏輯電路。計(jì)數(shù)器應(yīng)用非常廣泛，除用于計(jì)數(shù)、分頻外，還用于數(shù)字 測(cè)量、運(yùn)算和控制，從小型數(shù)字儀表到大型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，兒乎無(wú)所不在， 是任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。計(jì)數(shù)器的種類很多，按其進(jìn)制不同分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、N進(jìn)制 計(jì)數(shù)器；按觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否同步分為異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)時(shí)是增 還是減分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和加/減法（可逆）計(jì)數(shù)器。集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，除了有二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)功能外，還具有異步清 零、同步并行置數(shù)、保持等功能。的邏輯電路圖和引腳排列圖如圖1所示，CR 是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)控制端，DO , D1, D2, D,

10、是預(yù)置數(shù)據(jù)輸人端，P和T 是計(jì)數(shù)使能端，C是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí) 聯(lián)提供了方 便。(3) 741.SI 41的湮IH電路陰圖1 74LS161的邏輯電路圖和引腳圖（1）異步清零功能當(dāng)CR = O時(shí)，不管其他輸人端的狀態(tài)如何（包括時(shí)鐘信號(hào)CP） , 4個(gè)觸發(fā)器的輸出全為零。（2）同步并行預(yù)置數(shù)功能在CR=I的條件下，當(dāng)LD = O且有時(shí)鐘脈沖CP的上升沿作用時(shí)，D3, D2, D1, D。輸入端的數(shù)據(jù)將分別被QQO所接收。由于置數(shù)操作必須有CP脈沖上升沿相配 合，故稱為同步置數(shù)。（3）保持功能在CR=LD= 1的條件下，當(dāng)T = P = O時(shí)，不管有無(wú)CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將

11、保 持原有狀態(tài)不變（停止計(jì)數(shù)）。（4）同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)功能當(dāng)CR=LD = P=T= 1時(shí)，處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，電路從OoOo狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，電路將從Illl狀態(tài)返回到OoOO狀態(tài)，狀態(tài)表見表2。（5）進(jìn)位輸出C當(dāng)計(jì)數(shù)控制端T = I,且觸發(fā)器全為1時(shí)，進(jìn)位輸出為1,否則為零。若輸入計(jì)數(shù)器的CP脈沖頻率為f,則從Q。端輸出脈沖頻率為f2,通常也 稱QO端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖CP的2分頻信號(hào)，QI端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù) 脈沖CP的4分頻信號(hào)，Q4端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖CP的16分頻 信號(hào)。N進(jìn) 制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)n分頻。（6）74LS161應(yīng)用集成四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS161是

12、功能較完善的計(jì)數(shù) 器，用它可組成任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，組成方法有兩種，一種叫反饋歸零法，也叫復(fù)位法， 另一種叫置位發(fā)。本設(shè)計(jì)中所用的是第一種方法：復(fù)位法。74LS161的時(shí)序圖表1的功能表清 零預(yù)置使能時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸 入輸出工作模 式局ZDEPETCPDL D： D-.2QilQLQ.001X0XXXXtXXXXOOO0異步清 零11110XX0XXChd2d血& & & & 保持同步置 數(shù)1111tXXXXXXXXXXXX保持 計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)保 持?jǐn)?shù)據(jù)保 持加法計(jì) 數(shù)表2進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表數(shù)據(jù)選擇器介紹集成電路數(shù)據(jù)選擇器的功能74LS151是一種典型的集成電路數(shù)據(jù)選擇器，它有3個(gè)地址輸入端CB

13、A,可選 擇D。D： 8個(gè)數(shù)據(jù)源，具有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端，同相輸出端Y和反相輸出端W。其 邏輯圖和引腳圖分別如下所示：上面所討論的是1位數(shù)據(jù)選擇器，如需要選擇多位數(shù)據(jù)時(shí)，可由兒個(gè)1位數(shù)據(jù)選 擇器并聯(lián)組成，即將它們的使能端連在一起，相應(yīng)的選擇輸入端連在一起2位8選1數(shù)據(jù)選擇器的連接方法如下圖所示。當(dāng)需要進(jìn)一步擴(kuò)充位數(shù)時(shí)，只需相應(yīng)地增加器件的數(shù)目。可以把數(shù)據(jù)選擇器的使能端作為地址選擇輸入，將兩片74LS151連接成 一個(gè)16選1的數(shù)據(jù)選擇器，其連接方式如下圖所示。16選16選1的數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇輸入有4為4位，其最高位D與一個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇器的使能端連接，經(jīng)過(guò)一反相器反相后與零一另一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器的

14、使能端連接。低3位地址選擇輸入端CBA由兩片74LS151的地址選擇輸入端相對(duì)應(yīng)連接而成74LS151真值表輸入輸出STA2AIAOY1XX0OOO0DOOO1DOO10DOO11DO1O0DO1O1DO110DO111D74LS151的應(yīng)用（1）用作多路數(shù)字選擇開關(guān)數(shù)據(jù)選擇器本身的功能就是根據(jù)地址選擇碼從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇一路輸 出。因此，數(shù)據(jù)選擇器的基本用途就是用作多路數(shù)字開關(guān)，實(shí)現(xiàn)多數(shù)通信和路由 選擇。（2）數(shù)據(jù)選擇器的通道擴(kuò)展（3）實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)它是關(guān)于地址選擇碼的全部最小項(xiàng)和對(duì)應(yīng)各路輸入數(shù)據(jù)的與或型表達(dá)式。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路波形設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，

15、發(fā)現(xiàn),提出，分析和解決實(shí)際問(wèn)題， 鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們的實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.具體做了以下兒項(xiàng)工作：查找相關(guān)資料，了解EDA技術(shù)的發(fā)展及優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)詳細(xì)分析了利用可編程 邏輯器件來(lái)設(shè)計(jì)脈沖序列檢測(cè)器的優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)要分析了 FPGA器件的特征和結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹了 MUItiSSim設(shè)計(jì)流程， 同時(shí)詳細(xì)介紹了硬件描述語(yǔ)言及其特點(diǎn)。對(duì)序列檢測(cè)器原理進(jìn)行了詳細(xì)的了解，并詳細(xì)介紹了序列信號(hào)發(fā)生器、序列檢測(cè)器及計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，最終完成設(shè)計(jì)的要求?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，至今我們?nèi)愿锌H多，的確，自從拿到題目到完成整個(gè)編 程，從理論到實(shí)踐，在整整三周的時(shí)間里，可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅 可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我們懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才 能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高我自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。希望我 們以后能夠在這方面做得更好，同時(shí)對(duì)以后有所幫助。這次課程設(shè)計(jì)之所以能夠順利的完成，與老師的指導(dǎo)是密不可分的。老師能 夠在百忙之中抽出時(shí)間，在設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法等方面給了我們很多 指導(dǎo)，并提出了寶貴的見意。在此，我向老師師表示我最崇高的敬意及最忠誠(chéng)的 感謝！主要參考資料1J潘