7.1.8時序比較器的設(shè)計

時序工作比較器的設(shè)計電子電路課程設(shè)計一、課程概況簡介二、課題技術(shù)指標(biāo)三、設(shè)計提示四、電路調(diào)測提示主要授課內(nèi)容:一、課程概況簡介課程名稱:電子電路課程設(shè)計（32學(xué)時，兩周）

課程性質(zhì):必修（2學(xué)分）教材: 《電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐教程》教學(xué)目的:1.提高模擬電路、數(shù)字電路理論和實驗的綜合能力。2.掌握綜合型電子電路的設(shè)計、裝配和調(diào)測方法。3.掌握電子元器件資料和電路資料的檢索方法。4.提高設(shè)計報告的撰寫能力。5.全面培養(yǎng)學(xué)生科技工作素質(zhì)。教學(xué)進程：1.設(shè)計要求和提示（在實驗室教師授課，2學(xué)時）查閱資料、設(shè)計電路（同學(xué)獨立完成，1天半）。2.講述裝配方法和調(diào)測要求（2學(xué)時）。3.調(diào)測。4.驗收。5.撰寫報告、講評、收尾。教學(xué)方法：1.教法：①在實驗室集中，分3次講解。

*電路設(shè)計提示。

*裝配要求、調(diào)測方法。

*

實驗報告撰寫要求。

②輔導(dǎo)實驗、最后逐一驗收。2.學(xué)習(xí)方法：

*認真自學(xué)《電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐教程》前六章。

*獨立完成設(shè)計。

*獨立裝配、調(diào)測、撰寫設(shè)計報告。課程紀(jì)律：1.缺少實驗達三分之一以上無成績，必須重修。2.設(shè)計報告必須手寫，不得用打印機打印。3.預(yù)習(xí)報告和設(shè)計報告抄襲他人者，報告成績按0分論處。4.遲到、早退3次成績降檔。成績評定：1.評分項目：預(yù)習(xí)報告、裝配水平、調(diào)測水平、完成指標(biāo)、報告。

2.成績分檔：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格、不及格必須重修，沒有補考。二、課題技術(shù)指標(biāo)2.1設(shè)計課題名稱時序工作比較器2.2技術(shù)指標(biāo)

1、整體功能要求

現(xiàn)代工業(yè)控制和微機系統(tǒng)中離不開數(shù)據(jù)處理器。時序比較器是數(shù)據(jù)處理器的一個部分，它能將輸入的8421BCD碼存儲并進行比較，最終以十進制數(shù)顯示其大小。時序比較器的功能是，用同一組輸入端口分兩次送入兩組數(shù)據(jù)，經(jīng)過比較顯示出數(shù)值大的一組數(shù)據(jù)值。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求時序比較器的總體結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求時序比較器的總體結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。RESET：開機后按復(fù)位鍵，低電平有效，為整個系統(tǒng)的復(fù)位。AJ：當(dāng)一組數(shù)據(jù)（X3～X0）設(shè)置完畢時，按“確認”鍵后輸入的這組數(shù)據(jù)有效。Y1：第一組X3～X0數(shù)據(jù)輸入，若第一組為大數(shù)，則Y1=1，LED1亮。Y2：第二組X3～X0數(shù)據(jù)輸入，若第二組為大數(shù)，則Y2=1，LED2亮。D3～D0：較大數(shù)輸出端，驅(qū)動十進制顯示電路。各部分功能的說明：3、電氣指標(biāo)（1）數(shù)據(jù)輸入采用并行送數(shù)，系統(tǒng)先后收到兩組8421BCD碼后比較其大小，將大數(shù)輸出，用十進制數(shù)顯示出來。（2）顯示時間5S～10S，顯示結(jié)束電路自動清零，進入初始狀態(tài)。（3）僅在開機后人工操作RESET開關(guān)，使RESET=0整機清零，整機立即進入工作狀態(tài)；LED1點亮表示允許輸入第一組數(shù)據(jù)Xa。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求時序比較器的總體結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。RESET：開機后按復(fù)位鍵，低電平有效，為整個系統(tǒng)的復(fù)位。AJ：當(dāng)一組數(shù)據(jù)（X3～X0）設(shè)置完畢時，按“確認”鍵后輸入的這組數(shù)據(jù)有效。Y1：第一組X3～X0數(shù)據(jù)輸入，若第一組為大數(shù)，則Y1=1，LED1亮。Y2：第二組X3～X0數(shù)據(jù)輸入，若第二組為大數(shù)，則Y2=1，LED2亮。D3～D0：較大數(shù)輸出端，驅(qū)動十進制顯示電路。各部分功能的說明：3、電氣指標(biāo)（1）數(shù)據(jù)輸入采用并行送數(shù)，系統(tǒng)先后收到兩組8421BCD碼后比較其大小，將大數(shù)輸出，用十進制數(shù)顯示出來。（2）顯示時間5S～10S，顯示結(jié)束電路自動清零，進入初始狀態(tài)。（3）僅在開機后人工操作RESET開關(guān)，使RESET=0整機清零，整機立即進入工作狀態(tài)；LED1點亮表示允許輸入第一組數(shù)據(jù)Xa。（4）按一次AJ鍵，表示輸入一脈沖信號，Xa被確認后LED2點亮，表示允許輸入第二組數(shù)據(jù)Xa。（5）再按一次AJ鍵，Xb被確認,電路立即比較大小，輸出顯示大數(shù)。（6）對比較結(jié)果：Xa>Xb，Xa=Xb或Xa<Xb,應(yīng)有LED顯示。Xa>Xb時，LED1閃亮；Xa<Xb

時,LED2閃亮；Xa=Xb

時，兩燈交替閃亮。（7）系統(tǒng)設(shè)計要求采用ASM圖法。4、擴展指標(biāo)

以串行方式從同一輸入端口先后輸入兩組M=4的序列碼，每輸入完一組按一次確認鍵，比較前后兩組序列碼碼值的大小，并顯示出大數(shù)值。序列碼中后面的碼值高于前面的碼值。5、設(shè)計條件（1）電源條件，直流穩(wěn)壓電源輸出+5V。（2）必須采用ASM圖法進行設(shè)計，否則設(shè)計無效。（3）可供選擇的元件器件范圍如表1所示。表1可供選擇的元器件范圍三、設(shè)計提示1、設(shè)計原理時序比較器是一個小型的數(shù)字系統(tǒng)，它包含控制器和受控器兩大部分，其原理圖如圖2所示。三、設(shè)計提示1、設(shè)計原理時序比較器是一個小型的數(shù)字系統(tǒng)，它包含控制器和受控器兩大部分，其原理圖如圖2所示。三、設(shè)計提示1、設(shè)計原理時序比較器是一個小型的數(shù)字系統(tǒng)，它包含控制器和受控器兩大部分，其原理圖如圖2所示。

由框圖可以看出,控制器工作過程為:(1)開機后接收RESET鍵的復(fù)位信號,使控制器處于初始狀態(tài)。（2）確認按鍵送來的單脈沖信號使控制器由初始狀態(tài)進入工作狀態(tài)。（3）控制器根據(jù)自身工作狀態(tài)來控制數(shù)據(jù)寄存器，接收輸入數(shù)據(jù)和將寄存器中的數(shù)據(jù)比較結(jié)果顯示出來。

由框圖可以看出,控制器工作過程為:(1)開機后接收RESET鍵的復(fù)位信號,使控制器處于初始狀態(tài)。（2）確認按鍵送來的單脈沖信號使控制器由初始狀態(tài)進入工作狀態(tài)。（3）控制器根據(jù)自身工作狀態(tài)來控制數(shù)據(jù)寄存器，接收輸入數(shù)據(jù)和將寄存器中的數(shù)據(jù)比較結(jié)果顯示出來。

數(shù)據(jù)處理器的功能：（1）輸入數(shù)據(jù)進行寄存，比較數(shù)據(jù)大小，選擇比較結(jié)果。（2）大數(shù)送顯示寄存器，通過譯碼器顯示大數(shù)。同時比較器將結(jié)果送組合電路驅(qū)動兩只發(fā)光二極管。

2、控制電路（1）要求采用ASM圖法描述系統(tǒng)。（2）本系統(tǒng)建議采用每態(tài)一位的方法設(shè)計控制器。這種結(jié)構(gòu)在狀態(tài)不多的情況下便于設(shè)計和調(diào)測。3、顯示電路顯示電路二—十進制譯碼器電路輸入數(shù)據(jù)為二進制碼，顯示為十進制數(shù)。二進制碼轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的電路，需要加修正電路，列出二—十進制數(shù)轉(zhuǎn)換的真值表，找出其修正電路的特點。其參考電路見“數(shù)字式電纜對線器”中的“二、電路設(shè)計提示”。四、電路調(diào)測提示可將總體電路劃分為如下4個部分進行調(diào)測。1、按鍵、時鐘產(chǎn)生及定時器部分按鍵脈沖不應(yīng)產(chǎn)生抖動?？捎妙l率計或計數(shù)器測試其是否存在抖動。若有抖動，應(yīng)另選消抖動電路。時鐘產(chǎn)生電路及定時器可用示波器或二極管測定。2、控制器部分預(yù)置D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端和功能端即R、S端，測其輸出端是否按狀態(tài)要求變化。3、數(shù)據(jù)輸入及傳輸途徑部分將數(shù)據(jù)輸入到寄存器(I),用信號跟蹤法測量比較器、數(shù)據(jù)選擇器和寄存器(Ⅱ)，看其數(shù)據(jù)是否符合比較結(jié)果。4、LED顯示和數(shù)碼顯示部分

LED顯示是通過組合電路，數(shù)碼顯示是通過譯碼電路，在譯碼電路的數(shù)據(jù)輸入端預(yù)置數(shù)就能判斷其顯示正確與否。測試時應(yīng)將各部分的連接斷開，發(fā)現(xiàn)問題并排除故障后再將部分電路連通。

根據(jù)前面介紹的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計原理可以得到如下所示的圖3時序比較器的算法流程圖。四、算法流程圖五、建立算法狀態(tài)機圖（ASM圖）分析：

根據(jù)課題分析，RESET信號為外部控制信號，此時ASM圖根據(jù)算法流程圖可得到ASM圖。六、建立處理器的明細表

根據(jù)ASM圖可列出處理器的明細表如表2所示。分析：首先根據(jù)明細表可知，處理器有三個寄存器，即：A寄存器、B寄存器和CNT寄存器；其次處理器有比較器、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器和振蕩器。討論：1.寄存器(1)A寄存器的功能A寄存器的功能從處理器明細表可知有三個功能:

保持、置數(shù)和清零。

根據(jù)分析A寄存器的功能，選取74194芯片實現(xiàn)其三個功能比較器。從74194功能表可知，它有兩個功能控制端M1M0，即：功能控制端的功能表如表3所示。同時74194芯片清零為異步清零。(1)A寄存器的功能A寄存器的控制信號：RESET74194清零

M1M0SETXa11所以M1M0=SETXaCR=RESET+T0M1M0=SETXa=T1AJCR=RESET+T0(2)B寄存器的功能從處理器明細表可知有3個功能：清零、保持和置數(shù)。同樣采用74194實現(xiàn)。則M1=M0=SETXb,CR=RESET+T0M1M0=SETXb=T2AJCR=RESET+T0(3)CNT寄存器的功能從處理器明細表可知,它主要是作為定時器使用。定時長度為：8s,即為M=16的加法計數(shù)器。(3)CNT寄存器的功能從處理器明細表可知,它主要是作為定時器使用。定時長度為：8s,即為M=16的加法計數(shù)器。當(dāng)控制器進入T3狀態(tài)時，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)所計的數(shù)為“16”時，計數(shù)器停止計數(shù)并清零返回到初始狀態(tài)。因此，CNT寄存器的功能有3個：清零、計數(shù)和預(yù)置零。根據(jù)以上分析CNT寄存器可選用74161芯片來實現(xiàn)它的3個功能，即：

P=T=SETPT，CR=RESET+T0D3=D2=D1=D0=0P=T=SETPT=T3，CR=RESET+T0D3=D2=D1=D0=0總結(jié)：三個寄存器的命令(1)A寄存器(74194)的命令

CR=RESET+T0

，SETXa=T1AJ(2)B寄存器(74194)的命令

CR=RESET+T0,SETXb=T2AJ(3)CNT寄存器(74161)的命令

CR=RESET+T0,SETPT=T3

七、比較器（選用7485芯片）1、（A=B）i=1,（A<B）i=0,（A>B）i=0;2、A3～A0

接A寄存器的Q3～Q0;3、B3～B0

接B寄存器的Q3～Q0;4、輸出FA＞B、FA＜B、FA=B；

A3～A0=B3～B0

，則FA=B=1，F(xiàn)A＞B=FA＜B=0A3～A0＞

B3～B0

，則FA＞B=1，F(xiàn)A=B=FA＜B=0A3～A0＜

B3～B0

，則FA＜B=1，F(xiàn)A=B=FA＞B=0比較器（選用7485芯片）：八、數(shù)據(jù)選擇器（選用74157芯片）

根據(jù)題目技術(shù)要求選出大數(shù)，即從A和B兩數(shù)中選出大數(shù)?？蛇x用二選一數(shù)據(jù)選擇器。由于A和B為四位二進制數(shù)，則選用74157四個二選一數(shù)據(jù)選擇器。（1）二選一數(shù)據(jù)選擇器的地址控制端和數(shù)據(jù)端連接。從ASM圖和處理器明細表可知，輸出端輸出大數(shù)，地址A端連接到FA〈B。數(shù)據(jù)端D1接B寄存器的Q端；數(shù)據(jù)端D0接A寄存器的Q端分析：當(dāng)A=FA〈B=1時，選擇D1數(shù)據(jù)輸出（Y=B，B為大數(shù)）。當(dāng)A=FA〈B=0