8421碼檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)九842碼1檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：電子一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解檢測(cè)電路的工作原理。2.進(jìn)一步掌握同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法二、實(shí)驗(yàn)器件1、實(shí)驗(yàn)箱、萬(wàn)用表、示波器。三、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)根據(jù)使用器件的不同,我們可以設(shè)計(jì)出兩種不同思路的電路.米里時(shí)序電路根據(jù)需求,按照米里時(shí)序電路的設(shè)計(jì)流程得到觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程首先畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,并對(duì)圖做出適當(dāng)簡(jiǎn)化.

保留六個(gè)狀態(tài)并用個(gè)觸發(fā)器的2個(gè)狀態(tài)中的個(gè)表示它們狀態(tài)分配表如下圖Q3Q2Q1將上面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和輸出寫成上述的代數(shù)形式有Q3Q2Q1X根據(jù)上表畫出QQ2Q的次態(tài)卡諾圖并進(jìn)而得到各個(gè)端口的驅(qū)動(dòng)方程QXQ3Q2Q1化簡(jiǎn)得到QQ2Q——Q2QQ2,—X—KQ12)

XQ3Q2Q1化簡(jiǎn)得到)'XQ3Q2Q1化簡(jiǎn)得到XQ3Q2Q1

化簡(jiǎn)得到這樣就能使用三個(gè)觸發(fā)器構(gòu)造一個(gè)碼檢測(cè)電路為保證正確性還可以添加一個(gè)觸發(fā)器來(lái)保證已經(jīng)轉(zhuǎn)變用于仿真時(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)試,我們還需要一種16進(jìn)制的串行輸出計(jì)數(shù)器,即按順序串行輸出…對(duì)每個(gè)數(shù)從最低位開始依次輸出個(gè)二進(jìn)制數(shù)我們可以借助計(jì)數(shù)器和寄存器實(shí)現(xiàn)該器件首先使用一個(gè)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)分頻從已有的頻率占空比的時(shí)鐘信號(hào)中獲取頻率的占空比的同相位脈沖信號(hào)再使用這兩個(gè)時(shí)鐘循環(huán)地執(zhí)行計(jì)數(shù)次移位讀數(shù)置數(shù)的工作畫出電路圖如下所示:U5H-:XJ7IZL-1畑?4LS161D-TL-iU4A74tS^U?A::U5H-:XJ7IZL-1畑?4LS161D-TL-iU4A74tS^U?A:其輸出波形的一個(gè)周期如下面的波形圖所示■IICockjntiimimirii■ii：￥-n-J■IICockjntiimimirii■ii：￥-n-J罰.丐幕項(xiàng)也幕頃呂皋［朋旱頃7呈頃包幕項(xiàng)M旱頃221Clock_QLiaTrtggGua靠上信號(hào)為器件輸出,靠下信號(hào)為時(shí)鐘脈沖,容易看出經(jīng)過(guò)64個(gè)時(shí)鐘周期,器件輸出了從到0111的1串行形式把該輸出作為21則電路的輸入得到電路圖如下LIIHAUIH*：:T4LSDHD把該輸出作為21則電路的輸入得到電路圖如下LIIHAUIH*：:T4LSDHD其波形如下所示O.DOOm2.&0Dm5.600m6.400m11.200m14.000mJULILIULJLILJLIIJUUL1ULJIJUULIUUULI■UliBlBllffllBllfJUUULlLIO.DOOm2.&0Dm5.600m6.400m11.200m14.000mJULILIULJLILJLIIJUUL1ULJIJUULIUUULI■UliBlBllffllBllfJUUULlLI可見在一整個(gè)的5序列中,只有6種數(shù)字引起了電路的非法脈沖,分別是可見在一整個(gè)和仿真時(shí)由于給定時(shí)鐘信號(hào)的固有問(wèn)題無(wú)法從狀態(tài)開始檢驗(yàn)但仍然不影響我們仿真驗(yàn)證的完備性摩爾型時(shí)序電路摩爾時(shí)序電路無(wú)需考慮輸入,輸出和狀態(tài)之間的關(guān)系,我們只需要使用寄存器和計(jì)數(shù)器來(lái)收集輸入的信號(hào)并進(jìn)行邏輯運(yùn)算即可我們使用個(gè)觸發(fā)器串行讀取輸入的并設(shè)置計(jì)數(shù)器為進(jìn)制這樣每當(dāng)計(jì)數(shù)器從計(jì)數(shù)到時(shí)對(duì)三個(gè)觸發(fā)器和的狀態(tài)執(zhí)行一次邏輯運(yùn)算如果滿足"非碼”的條件就輸出一段脈沖非碼的判斷條件經(jīng)化簡(jiǎn)后為則輸出脈沖信號(hào)的邏輯表達(dá)式:Q4(Q3+Q2)(QAQB)計(jì)數(shù)器清零條件這樣使用個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器就實(shí)現(xiàn)一個(gè)這樣使用個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器就實(shí)現(xiàn)一個(gè)碼判斷電路使用上面的串行16進(jìn)制輸出器進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,波形如下0.000m2SOOm5.600m8.400m11.2D0m14.000miE.I.,.I.I.」「「其中最上面的波形為電路輸出,中間的波形為時(shí)鐘信號(hào),下面的波形為串行16進(jìn)制輸出器產(chǎn)生的輸入信號(hào).可見,只有后6個(gè)波形出現(xiàn)非法脈沖,判斷電路正常工作.四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一一個(gè)碼串行輸入檢測(cè)電路。此電路是用來(lái)檢測(cè)串行的碼傳輸過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。假定碼傳送過(guò)程中是由低位到高位串行輸送，列如十進(jìn)制代碼為是按010次序傳送的。如果在傳送過(guò)程中代碼發(fā)生錯(cuò)誤，出現(xiàn)非法數(shù)碼不在至0之間的代碼則檢測(cè)電路發(fā)生一脈沖信號(hào)。實(shí)驗(yàn)所用觸發(fā)器為觸發(fā)器，要求自己設(shè)計(jì)、自己安裝和測(cè)試。2、設(shè)計(jì)過(guò)程正式實(shí)驗(yàn)由于器件和線的限制，殳有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)上述的串行信號(hào)發(fā)生器和摩爾型時(shí)序電路。只實(shí)現(xiàn)了米里時(shí)序電路，并用四分頻的信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。在個(gè)觸發(fā)器的,輸入端按照上述的驅(qū)動(dòng)方程接線，時(shí)鐘信號(hào)并行接入觸發(fā)器的端，清零端均接高電平。在輸出口接一個(gè)觸發(fā)器，其時(shí)鐘信號(hào)與前面相同，觸發(fā)器清零端也接高電平。對(duì)靜態(tài)測(cè)試，脈沖接手動(dòng)脈沖，輸出端‘接燈，輸入接模擬開關(guān)，觀察不同輸入時(shí)輸出的變化。作為動(dòng)態(tài)輸入，我們需要一個(gè)四倍于時(shí)鐘周期的信號(hào)。使用輸出該信號(hào)，將接時(shí)鐘脈沖，接，R'和‘接高電平，并將被四分頻的信號(hào)接入檢測(cè)電路的輸入端，輸出‘接邏輯分析儀，觀察動(dòng)態(tài)波形。五、測(cè)試過(guò)程實(shí)驗(yàn)接線圖：靜態(tài)測(cè)試：輸入序列為時(shí)，’為高電平

輸入序列為時(shí)，’為高電平時(shí)l"=輸入序列為'為高電平時(shí)l"=輸入序列為'為高電平輸入序列為時(shí)為低電平輸入序列為時(shí)為低電平輸入序列為時(shí)為低電平經(jīng)輸入序列為時(shí)為低電平經(jīng)16次靜態(tài)測(cè)試，能得到高電平輸出的有101，0101，110，0110，111，0111體1現(xiàn)了電路只對(duì)非碼信號(hào)輸入的敏感性。動(dòng)態(tài)測(cè)試：得到的波形如下圖所示，由于信號(hào)具有相位的不確定性，對(duì)不同的起始狀態(tài)位置，會(huì)導(dǎo)致對(duì)的不同截?cái)喾绞?，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生不同的輸出波形。波形

njuinnnnnjuuirLruiTLnnfirLFLnjuinnnnnjuuirLruiTLnnfirLFL丨口丨m『LnkrLrmkrLnnlmnnknnnfuLnA圖中波形從上到下依次為輸出’,，反相后的時(shí)鐘脈沖和時(shí)鐘脈沖。判斷該圖中的截?cái)喾绞綖楹?，其中不輸出脈沖，輸出脈沖。波形：圖中波形從上到下依次為輸出’，，反相后的時(shí)鐘脈沖和時(shí)鐘脈沖。判斷該圖中的截?cái)喾绞綖楹停渲胁惠敵雒}沖，輸出脈沖。經(jīng)判斷此外還有兩種截?cái)喾绞剑?011-1和101011-1，0前0者0會(huì)在上圖的左側(cè)一周期遠(yuǎn)的地方產(chǎn)生脈沖，后者不會(huì)產(chǎn)生脈沖。但個(gè)人感覺(jué)全部記錄意義不大，只在這里做出說(shuō)明。由動(dòng)態(tài)測(cè)試和靜態(tài)測(cè)試結(jié)果，我們可以看出電路會(huì)對(duì)非842碼1的信號(hào)，在最后一位的時(shí)刻輸出一個(gè)時(shí)鐘周期寬度的脈沖，說(shuō)明電路正確，符合題目要求。六、總結(jié)對(duì)固定需求的電路，往往根據(jù)實(shí)驗(yàn)器件的不同，會(huì)有相當(dāng)多的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也各有優(yōu)缺點(diǎn)。比如本實(shí)驗(yàn)中的兩種設(shè)計(jì)方案，米里時(shí)序電路使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)，只需要3個(gè)觸發(fā)器描述六個(gè)狀態(tài)，所需器件較少，但其狀態(tài)搭建好后就不能做其他拓展，泛用性較差。而摩爾時(shí)序電路需要3個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然使用了較多的器件，但我們只需要根據(jù)不同的需求對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的改動(dòng)，就能得到功能完全不同的電路，比如對(duì)偶數(shù)碼產(chǎn)生脈沖，對(duì)質(zhì)數(shù)產(chǎn)生脈沖等。其泛用性遠(yuǎn)高于前者。實(shí)驗(yàn)中使用了一種防止錯(cuò)誤碼的技巧，吏用鎖存器鎖定輸出后再進(jìn)行輸出。這可以將輸出的時(shí)間點(diǎn)延長(zhǎng)到的有效沿時(shí)刻，以留給輸入信號(hào)一段時(shí)間進(jìn)行變化，