采用MSI芯片構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器的幾種方法

1、采用MSI芯片構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器的幾種方法摘要：在研究時(shí)序電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)一具體序列信號(hào)，提出了用不同功能的MSI芯片對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)的思路。文中詳細(xì)闡述了用移位寄存器及必要的門電路設(shè)計(jì)序列信號(hào)發(fā)生器的過程。實(shí)驗(yàn)證明，用這幾種方法構(gòu)成的序列信號(hào)發(fā)生器，不但電路簡(jiǎn)捷，連接方便，而且工作可靠。論文關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì),序列信號(hào)發(fā)生器,計(jì)數(shù)器,數(shù)據(jù)選擇器,移位寄存器在數(shù)字信號(hào)的傳輸和數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試中，常常用到一組特定的串行數(shù)字信號(hào)，通常把這種串行數(shù)字信號(hào)叫序列信號(hào)。而把產(chǎn)生序列信號(hào)的電路稱為序列信號(hào)發(fā)生器。在較舊版本的數(shù)字電子技術(shù)的教材中，并未涉及到有關(guān)序列信號(hào)發(fā)生器的概念和設(shè)計(jì)方法的講述。在新版教

2、材的有關(guān)章節(jié)中，雖然增加了該內(nèi)容但講解并不深入，并且在該章節(jié)的目錄中注有“”號(hào)，表示該部分內(nèi)容是建議作為選講的內(nèi)容，在學(xué)時(shí)較少或要求不高的情況下，建議首先刪減的內(nèi)容。因此，很多同學(xué)對(duì)該部分內(nèi)容較為生疏。但在實(shí)踐教學(xué)中已將序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)放在了選做的內(nèi)容，由于上述原因致使該部分選內(nèi)容未落在實(shí)處。隨著數(shù)字電子技術(shù)的進(jìn)步，尤其是集成電路的迅猛發(fā)展，采用中規(guī)模集成電路（MSI）芯片構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器已非常方便簡(jiǎn)潔。設(shè)計(jì)序列信號(hào)發(fā)生器的方法有很多種，比較簡(jiǎn)單直觀的方法是用計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器組成，也可以用計(jì)數(shù)器和必要的組合邏輯電路構(gòu)成，當(dāng)然用移位寄存器和必要的門電路也是組成序列信號(hào)發(fā)生器的方法之一。1

3、 用計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)過程一般可分以下幾步進(jìn)行。首先，根據(jù)序列信號(hào)長(zhǎng)度M設(shè)計(jì)模為M的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器狀態(tài)可以自定。然后根據(jù)計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系和序列信號(hào)要求，選擇和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)選擇器的輸入信號(hào)，并確定其地址輸入端與計(jì)數(shù)器輸出端的連接方式。最后，根據(jù)計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器的功能表以及設(shè)計(jì)結(jié)果畫出邏輯電路圖。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)生01011序列信號(hào)的序列信號(hào)發(fā)生器，由于所需信號(hào)的循環(huán)長(zhǎng)度為五，首先可選用一片MSI的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過選取適當(dāng)?shù)姆答伹辶阈盘?hào)得到一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將其輸出端信號(hào)接入另一片八選一數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端，根據(jù)數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能可知，只要將其數(shù)據(jù)輸入端接入與序列信號(hào)相

4、應(yīng)的電平，在其原碼輸出端即可得到所需序列信號(hào)。如果選用具有同步清零的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162，并選用常用的前五個(gè)狀態(tài)000100構(gòu)成五進(jìn)制，數(shù)據(jù)選擇器選用74LS151，并從其原碼輸出端得到序列信號(hào)，其真值表如表1所示。根據(jù)真值表可知，只要將五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出QCQBQA接入74LS151的地址輸入端A2A1A0,將其數(shù)據(jù)輸入端接成D0=D2=0, D1=D3=D4=1,既可從74LS151的Q端得到所需序列信號(hào)，邏輯電路如圖1所示。2 用移位寄存器和必要的門電路構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)過程可分以下幾步進(jìn)行（依然以產(chǎn)生01011序列信號(hào)為例）：首先，根據(jù)給定序列信號(hào)的循環(huán)長(zhǎng)度M，確定所需移位寄

5、存器位數(shù)N。其中2n-1 M 2 n,由于序列信號(hào)01011為五位，所以M=5,可取n=3。第二步，要確定移位寄存器的M個(gè)獨(dú)立狀態(tài)。若取n=3，可將給定的序列信號(hào)01011按移位規(guī)律三位一組畫出五個(gè)狀態(tài)，可得010，101，011，110，101，由于所得五個(gè)狀態(tài)中有兩個(gè)重復(fù)（101），即不是五個(gè)獨(dú)立狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)增大移位寄存器位數(shù)n,若取n=4，按上述方法重新畫出五個(gè)狀態(tài)，可得0101，1011，0110，1101，1010，得到五個(gè)獨(dú)立狀態(tài)，因此確定取n=4，用一片雙向移位寄存器74LS194即可。第三步，根據(jù)五個(gè)不同狀態(tài)列出移位寄存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及每一個(gè)狀態(tài)所需要的移位輸入，即反饋輸入信號(hào)

6、，列出反饋函數(shù)表如表2所示。從表中所知，移位寄存器只需進(jìn)行左移操作，因此反饋函數(shù)F=SL.。根據(jù)反饋函數(shù)表畫出F的卡諾圖如圖2所示。根據(jù)卡諾圖得出F(SL)=。若令74LS194的控制方式選擇端S1S2=10,左移串行輸入端SL=，則可由74LS194的任一輸出端得到01011序列信號(hào)（只是起始位不同）。在完成了上述設(shè)計(jì)后，需要檢查系統(tǒng)是否能自啟動(dòng)。即檢查當(dāng)741LS194的輸出端Q0Q3出現(xiàn)無效狀態(tài)時(shí)，根據(jù)F(SL)=觀察其能否在若干個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下進(jìn)入有效循環(huán)。其完全狀態(tài)圖如圖3所示。由圖3可知，該電路能夠自啟動(dòng)。最后一步，畫出邏輯電路。根據(jù)所用雙向移位寄存器的功能表以及所設(shè)計(jì)反饋函數(shù)的F

7、(SL)=可畫出其邏輯電路如圖4所示。3 用計(jì)數(shù)器和必要的組合邏輯電路構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)思路與上兩種方法近似，由于要構(gòu)成的序列信號(hào)01011是一個(gè)五位的串行數(shù)字信號(hào)，可選用74LS162首先構(gòu)成一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再通過一定的組合邏輯電路使其輸出F=01011即可。根據(jù)題義可列真值表如表3所示。根據(jù)真值表作出反饋函數(shù)F的卡諾圖如圖5所示?；?jiǎn)得出F=QA+QC=,因此可得出如圖6所示邏輯電路。注意，采用MSI設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須給器件的所有控制端提供必要的信號(hào)，使之能夠正常工作。如74LS162的ET、EP引腳以及74LS151的端引腳等。實(shí)驗(yàn)證明，用以上幾種方法構(gòu)成的序列信號(hào)發(fā)生器不但電路簡(jiǎn)捷

8、，連接方便，而且工作可靠。總之，在時(shí)序電路的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，可以有多種不同的設(shè)計(jì)思路和方案選擇，而針對(duì)同一題目采用不同方案進(jìn)行設(shè)計(jì)則對(duì)開拓學(xué)習(xí)思路，掌握時(shí)序電路設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)過程的理性認(rèn)識(shí)有很大的促進(jìn)作用。The Methods of Designing Sequence signal generator with MSIHI Bihua(EEEC_Shaanxi University of Technology Hanzhong 723003 in China)Abstract: The article that based on the investigating

9、of the sequence circuits, questioned about the design methods that using various functional MSI chip to produce the same signal. At first, the paper described the process that using the shift register and the necessary gate circuit to design the Sequence Signal Generator in detail. Then according to the experiment, it proved that the methods used not only simple but also easy to connect, and the circuit could worked reliable.Keywords: Design Sequence signal g