串行輸入序列脈沖檢測電路的設(shè)計(jì)

1、遼 寧 工 學(xué) 院電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：串行輸入序列脈沖檢測電路的設(shè)計(jì)院（系）： 信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 課程設(shè)計(jì)（論文）題目串行輸入序列脈沖檢測電路的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)： 設(shè)計(jì)一串行數(shù)據(jù)檢測器。當(dāng)連續(xù)輸入110時(shí)輸出為“1”，其它情況下為“0”。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案

2、。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄第1章 串行輸入序列脈沖檢測電路的設(shè)計(jì)方案論證11.1串行輸入序列脈沖檢測電路的應(yīng)用意義1串行輸入序列脈沖檢測電路設(shè)計(jì)的要求1 設(shè)計(jì)方案論證2 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析3第2章 串行輸入序列脈沖檢測電路的各單元電路設(shè)計(jì)4 原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換

3、圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表52.2 狀態(tài)化簡52.3 狀態(tài)分配52.4 選定觸發(fā)器類型、確定激勵(lì)和輸出函數(shù)表達(dá)式6 根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖6檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動6第3章 串行輸入序列脈沖檢測電路的整體電路設(shè)計(jì)73.1 整體電路圖及工作原理73.2整機(jī)電路性能分析7第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)9參考文獻(xiàn)10 第1章 串行輸入序列脈沖檢測電路設(shè)計(jì)方案論證1.1串行輸入序列脈沖檢測電路的應(yīng)用意義本次課設(shè)所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)選擇器在現(xiàn)實(shí)生活中有著很重要的應(yīng)用意義。在當(dāng)今社會各個(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，它為人們帶來許多方便之處。串行輸入序列脈沖檢測電路設(shè)計(jì)的

4、要求及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)的要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。設(shè)計(jì)方案論證接收到本課設(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)的序列脈沖信號輸入；其次是要進(jìn)行以觸發(fā)器為基

5、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)檢測一下電路能否自啟動。若以X為輸入信號出現(xiàn)，Y為輸出信號出現(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110碼的各種輸入的對應(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，求觸發(fā)器的級數(shù)、類型以及驅(qū)動方程，最后畫出邏輯電路；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序列的串行碼按連續(xù)3位為1組轉(zhuǎn)換成并行碼，這樣就可以用組合電路檢測并行碼是否正好是110。用移位寄存器可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換?？傮w設(shè)計(jì)方案框圖及分析時(shí)序邏輯問題狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）最簡狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）電路方程式邏輯電路圖邏輯抽

6、象狀態(tài)化簡選定觸發(fā)器的類型檢查能否自啟動圖1-1 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)過程總體設(shè)計(jì)方案： 在設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路時(shí)，所得到的設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)力求簡單。設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路時(shí)，一般按如下步驟進(jìn)行：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)化簡的目的就在于將等價(jià)狀態(tài)合并，以求得最簡單的狀態(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)動方程和輸出方程。五、 根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。六、 檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動。如果電路不能自動啟動，則需要采取措施加以

7、解決。一種解決方法是在電路開始工作時(shí)通過預(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修改邏輯設(shè)計(jì)加以解決。第2章 各串行輸入序列脈沖檢測電路單元電路設(shè)計(jì)原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表首先進(jìn)行邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。分析給定的邏輯問題，確定輸入變量，輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常都取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取結(jié)果作輸出邏輯變量。定義輸入，輸出邏輯狀態(tài)和每個(gè)電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號。按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。取輸入數(shù)據(jù)為輸入變量，用X表示；取檢測結(jié)果為輸出變量，以Y表示。設(shè)電路在沒有輸入1以前的狀態(tài)為，輸入一個(gè)1以后的狀態(tài)為，連續(xù)輸

8、入兩個(gè)1以后的狀態(tài)為，輸入110后的狀態(tài)為。若以表示電路的現(xiàn)態(tài)，以表示電路的次態(tài)，可得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表2-2。 X0/0/0/1/01/0/0/0/0表2-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1/01/00/10/00/01/00/01/0圖2-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)化簡若兩個(gè)電路狀態(tài)在相同輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣一個(gè)次狀態(tài)，則稱這兩個(gè)狀態(tài)為等價(jià)狀態(tài)。顯然等價(jià)狀態(tài)是重復(fù)的，可以含并為一個(gè)。電路的狀態(tài)數(shù)越少，設(shè)計(jì)出來的電路也越簡單。 狀態(tài)化簡的目的就在于將等價(jià)狀態(tài)合并，以求得最簡單的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。1/00/00/10/01/01/0圖2-2 化簡后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)分配狀態(tài)分配又稱為狀態(tài)編碼。時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)是用觸發(fā)器

9、狀態(tài)的不同組合來表示的。首先，需要確定觸發(fā)器的數(shù)目n。因?yàn)閚個(gè)觸發(fā)器共有種狀態(tài)組合，所以為獲得時(shí)序電路所需的M個(gè)狀態(tài)，必須取<M<=。 其次，要給每個(gè)電路狀態(tài)規(guī)定對應(yīng)的觸發(fā)器狀態(tài)組合。每組觸發(fā)器的狀態(tài)組合都是一組二值代碼，因而又將這項(xiàng)工作稱為狀態(tài)編碼。在M<的情況下，從個(gè)狀態(tài)的排列順序又有許多種。如果編碼方案選擇得當(dāng)，設(shè)計(jì)結(jié)果可以很簡單。反之編碼方案選的不好，設(shè)計(jì)出來的電路就會復(fù)雜的多，這里面有一定的技巧。 此外，便于記憶和識別，一般選用的狀態(tài)編碼和它們的排序都有一定的規(guī)律。0001101/00/00/10/01/01/0圖2-3 狀態(tài)分配后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖X0001111000

10、0/000/0xx/x00/1110/010/0xx/x10/0圖2-4 電路次態(tài)/輸出的卡諾圖選定觸發(fā)器類型、確定激勵(lì)和輸出函數(shù)表達(dá)式因?yàn)椴煌壿嫻δ艿挠|發(fā)器驅(qū)動方式不同，所以用不同類型觸發(fā)器設(shè)計(jì)出來的電路也不一樣。為此，在設(shè)計(jì)具體的電路前必須選定觸發(fā)器的類型。選擇觸發(fā)器類型時(shí)應(yīng)考慮到器件的供應(yīng)情況，并應(yīng)力求減少系統(tǒng)中使用的觸發(fā)器種類。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和選定的狀態(tài)編碼，觸發(fā)器類型，就可以寫出電路的狀態(tài)方程，驅(qū)動方程和輸出方程了。將圖2-4的卡諾圖分解為圖2-5中分別表示和Y的3個(gè)卡諾圖。X00011110000x0111x1（a）X00011110000x0101x1（b）X000111100

11、00x1100x0（c）Y圖2-5 卡諾圖的分解=X=X+X Y=因?yàn)楸倦娐匪栌|發(fā)器個(gè)數(shù)較少，所以采用了D觸發(fā)器。所以此D觸發(fā)器的驅(qū)動方程為=X= X+X輸出方程為 Y=2.5 根據(jù)得到的方程畫出邏輯圖若以中大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的時(shí)序電路設(shè)計(jì)時(shí)，用移位寄存器可實(shí)現(xiàn)將X序列的串行碼按連續(xù)3位為1組轉(zhuǎn)換為并行碼，這樣就可以用組合電路檢測并行碼是否正好是110。74LS194+A B C DCP=11&Y=0=1=X圖2-6 110序列檢測電路以D觸發(fā)器為基礎(chǔ)的時(shí)序電路設(shè)計(jì)&C1C1&1YX1&1D1DCP 圖2-7 用D觸發(fā)器組成的數(shù)據(jù)檢測器電路2.6 檢查設(shè)計(jì)的

12、電路能否自啟動上述狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表明，當(dāng)電路進(jìn)入無效狀態(tài)11后，若X=1則次態(tài)轉(zhuǎn)入10；若X=0則次態(tài)轉(zhuǎn)入00，因此這個(gè)電路是能夠自啟動的。第3章 各串行輸入序列脈沖檢測電路整體電路設(shè)計(jì)3.1整體電路圖及工作原理 &C1C1&1YX1&1D1DCP圖3-1 整體電路圖3.2整機(jī)電路性能分析進(jìn)行邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。分析給定的邏輯問題，確定輸入變量，輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常都取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取結(jié)果作輸出邏輯變量。定義輸入，輸出邏輯狀態(tài)和每個(gè)電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號。按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。若兩個(gè)電路狀態(tài)在相同

13、輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣一個(gè)次狀態(tài)，則稱這兩個(gè)狀態(tài)為等價(jià)狀態(tài)。顯然等價(jià)狀態(tài)是重復(fù)的，可以含并為一個(gè)。電路的狀態(tài)數(shù)越少，設(shè)計(jì)出來的電路也越簡單。 狀態(tài)化簡的目的就在于將等價(jià)狀態(tài)合并，以求得最簡單的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。狀態(tài)分配又稱為狀態(tài)編碼。時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)是用觸發(fā)器狀態(tài)的不同組合來表示的。首先，需要確定觸發(fā)器的數(shù)目n。因?yàn)閚個(gè)觸發(fā)器共有種狀態(tài)組合，所以為獲得時(shí)序電路所需的M個(gè)狀態(tài)，必須取<M<=。 其次，要給每個(gè)電路狀態(tài)規(guī)定對應(yīng)的觸發(fā)器狀態(tài)組合。每組觸發(fā)器的狀態(tài)組合都是一組二值代碼，因而又將這項(xiàng)工作稱為狀態(tài)編碼。在M<的情況下，從個(gè)狀態(tài)的排列順序又有許多種。如果編碼方案選擇

14、得當(dāng)，設(shè)計(jì)結(jié)果可以很簡單。反之編碼方案選的不好，設(shè)計(jì)出來的電路就會復(fù)雜的多，這里面有一定的技巧。此外，便于記憶和識別，一般選用的狀態(tài)編碼和它們的排序都有一定的規(guī)律。 因?yàn)椴煌壿嫻δ艿挠|發(fā)器驅(qū)動方式不同，所以用不同類型觸發(fā)器設(shè)計(jì)出來的電路也不一樣。為此，在設(shè)計(jì)具體的電路前必須選定觸發(fā)器的類型。選擇觸發(fā)器類型時(shí)應(yīng)考慮到器件的供應(yīng)情況，并應(yīng)力求減少系統(tǒng)中使用的觸發(fā)器種類。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和選定的狀態(tài)編碼，觸發(fā)器類型，就可以寫出電路的狀態(tài)方程，驅(qū)動方程和輸出方程了。最后根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖并檢查設(shè)計(jì)的電路能否啟動。第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)的是串行輸入序列脈沖檢測電路。通過這次課程設(shè)

15、計(jì)讓我了解了更多關(guān)于數(shù)電的知識，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)。時(shí)序邏輯電路簡稱時(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，電路中各記憶元件受它統(tǒng)一控制，只有在該時(shí)鐘信號到來時(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，而且每來一個(gè)時(shí)鐘信號，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)鐘信號沒有到來，輸入信號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，電路沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號，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引起的。本次課設(shè)設(shè)計(jì)的思想是設(shè)計(jì)一串行數(shù)據(jù)檢測器。當(dāng)連續(xù)輸入110時(shí)輸出為“1”，其它情況下為“0”?？偣灿辛鶄€(gè)步驟來設(shè)計(jì)，分別是原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；狀