串行數(shù)據(jù)檢測器課程設(shè)計

1、 摘要分析了時序邏輯電路設(shè)計中的狀態(tài)化簡問題,指出了狀態(tài)化簡不會改變電路的邏輯功能,不可能使電路產(chǎn)生錯誤輸出。討論了串行數(shù)據(jù)檢測器的米里型電路設(shè)計和摩爾型電路設(shè)計,提出了一種在輸入數(shù)據(jù)穩(wěn)定的區(qū)段進(jìn)行檢測、確定電路狀態(tài),在輸入數(shù)據(jù)改換為下一位時輸出狀態(tài)信息,確保系統(tǒng)正常工作的米里型電路設(shè)計方法,這種方法對米里型電路的設(shè)計有通用性。時序邏輯也叫時態(tài)邏輯(temporallogic)，是計算機科學(xué)里一個很專業(yè)很重要的領(lǐng)域。時序邏輯被用來描述為表現(xiàn)和推理關(guān)于時間限定的命題的規(guī)則和符號化的任何系統(tǒng)，主要用于形式驗證。20世紀(jì)60年代ArthurPrior提出介入的基于模態(tài)邏輯的特殊的時間邏輯系統(tǒng)，這一理

2、論后來被艾米爾伯努利等邏輯學(xué)家進(jìn)一步發(fā)展。關(guān)鍵詞：串行數(shù)據(jù)檢測電路；邏輯電路；調(diào)試目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 緒論1 HYPERLINK l bookmark2 設(shè)計方案2 HYPERLINK l bookmark4 電路的原理及其設(shè)計3 HYPERLINK l bookmark6 安裝與調(diào)試11 HYPERLINK l bookmark8 結(jié)論13 HYPERLINK l bookmark10 參考文獻(xiàn)14串行數(shù)據(jù)檢測電路的設(shè)計 1.緒論本次試驗所需要的選擇器有著很重要的應(yīng)用意義。在當(dāng)今社會各個領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，因為它能在觸發(fā)后產(chǎn)生相應(yīng)的

3、反應(yīng)，可以應(yīng)用在報警器、搶答器等電子產(chǎn)品中，它為人們本次課設(shè)所設(shè)計的數(shù)據(jù)選擇器在現(xiàn)實生活中帶來許多方便之處。接收到本課設(shè)時想到的相關(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)器為基礎(chǔ)的同步時序電路設(shè)計或是以中大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的時序電路的設(shè)計；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：以觸發(fā)器為基礎(chǔ)的同步時序電路設(shè)計，還要在原始狀態(tài)圖上補充X不是1111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)的時序電路設(shè)計，則需要將X

4、序列的串行碼按連續(xù)4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1111。用移位寄存器可實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。設(shè)計方案我們自己設(shè)計電路時，要要讓自己設(shè)計的電路力求簡單，自己反復(fù)思考，提升動手能力，加強團(tuán)隊意識。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，就是要求實現(xiàn)的時序邏輯功能表示為時序邏輯函數(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)計的電路能否自啟動。如果電路不能自動啟

5、動，則需要采取措施加以解決。一種解決方法是在電路開始工作時通過預(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)計加以解決。電路原理及設(shè)計圖1.同步時序邏輯電路的設(shè)計過程時序邏輯電路設(shè)計的一般步驟是:邏輯抽象,畫出電路的原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。狀態(tài)化簡。狀態(tài)編碼(即二進(jìn)制狀態(tài)分配),進(jìn)而作出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。選定觸發(fā)器類型,求出電路的邏輯函數(shù)表示式(狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程)。畫出邏輯圖,檢測設(shè)計的電路能否自啟動。這種方法具有一般性,例1也是依此完成設(shè)計的。輸人數(shù)據(jù)為輸入變量，以X表示;檢測結(jié)果為輸出變量，以Y表示。設(shè)電路在輸入1個時的狀態(tài)為S。，輸入一個2以后的狀

6、態(tài)為S,連續(xù)輸入3個1以后的狀態(tài)為S?,連續(xù)輸入4個或4個以上1以后的狀態(tài)為S，同時輸出Y為高電平1。則電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1所3示。圖1原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖2化簡后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖S2和S3是等效狀態(tài),可以合并為一個狀態(tài)，化簡后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。所需觸發(fā)器個數(shù)為2,取觸發(fā)器狀態(tài)Q1Q0的00、01和10分別代表S、S和S，則有012Qn+1=XQ+XQ101Qn+1=XQQ=(XQ)Q+1Q010100選用J、K觸發(fā)器，則J1=XQoK1=XJ0=XQK=110電路的輸出方程為Y=XQ1由上所述，可畫出檢測電路的邏輯圖，如圖3所示。圖A.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Sn/YSS1S2S30S/0S/0S/1S/

7、000301S/0S/0S/0S/01221表A.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表卡諾圖：XqIQOQ1Q0/YSx00011110000/000/000/000/0101/010/011/111/0由圖A中可見，S4和S3在同樣的輸入下有同樣的輸出，而且轉(zhuǎn)向同樣的次態(tài)，因而S4和S3為等價狀態(tài)可以合并，將狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖簡化為圖B的形式。需要強調(diào)的一點是每當(dāng)電路轉(zhuǎn)換到次態(tài)時，輸入也必須同時轉(zhuǎn)換為下一個輸入狀態(tài)，否則將會把原來的輸入狀態(tài)當(dāng)做下一個輸入狀態(tài)。而且，只有在這種條件下，才能將S4和S5兩個狀態(tài)合并化簡。因為電路工作過程中有四個狀態(tài)，所以需要用兩個觸發(fā)器的四種狀態(tài)組合表示，若以兩個觸發(fā)器狀態(tài)的00,01,10,1

8、1分別表示SO,SI,S2,S3，并以A表示輸入，以Y表示輸出，即可根據(jù)圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。從表可畫出Q1*,Q0*,Y的卡諾圖，從從卡諾圖得到電路的狀態(tài)方程和輸出方程Q1*二AQ1+AQ0QO*二AQl+aqOY=AQ1QO若選用D觸發(fā)器組成該電路，則根據(jù)D觸發(fā)器的特性方程Q*=D，得到電路的驅(qū)動方程D1=AQ1+AQO在連接實物時我們用到與門，或門，D觸發(fā)器，下面是一些介紹。74LS08Vcc4B4A4Y3B,3A3Y_|141312f111098|Y=AB)I2輸入四正與非門74LS00|1匕34567|1AIB1Y2A2B2fYGNU11Iqji-TirunirkF-安

9、裝與調(diào)試D觸發(fā)器工作原理SD和RD接至基本RS觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=1且RD=O時，不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會使Q=0,Q非=1,即觸發(fā)器置0；當(dāng)SD=O且RD=1時，Q=1，Q非=0,觸發(fā)器置1,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下：1.CP=0時，與非門G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信號D，Q5=D非,Q6=Q5非=。D觸發(fā)器原理2.當(dāng)CP由0變1時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時G3和G4打開，它們的輸入Q3

10、和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=。非。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=Q3=D。3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時輸入信號被封鎖。這是因為G3和G4打開后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補的，即必定有一個是0,若Q3為0,則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用，故該反饋線稱為置0維持線，置1阻塞線。Q4為0時，將G3和G6封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；Q4輸出至G3輸入的

11、反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持-阻塞觸發(fā)器。總之，該觸發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號，正跳沿時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強的抗干擾能力和更高的工作速度。功能描述5.結(jié)論本次課程設(shè)計，我所設(shè)計的是串行數(shù)據(jù)檢測電路。通過這次課程設(shè)計讓我了解了更多關(guān)于數(shù)電的知識，為今后的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。這個電路設(shè)計是關(guān)于時序邏輯電路的設(shè)計。在時序邏輯電路的設(shè)計中,狀態(tài)化簡不會改變電路的邏輯功能,不可能使電路產(chǎn)生錯誤輸出。為保證串行數(shù)據(jù)檢測器可靠、正常地工作,可在一般設(shè)計方法的

12、基礎(chǔ)上,依具體情況靈活處時序邏輯電路簡稱時序電路。時序電路有兩大類：同步時序電路和異步時序電路。在同步時序電路中，有一個公共的時鐘信號，電路中各記憶元件受它統(tǒng)一控制，只有在該時鐘信號到來時，記憶元件的狀態(tài)才能發(fā)生變化，從而使時序電路的輸出發(fā)生變化，而且每來一個時鐘信號，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。在異步時序電路中，電路沒有統(tǒng)一的時鐘信號，各記憶元件也不受同一時鐘控制，電路的改變是由輸入信號引起的。本次課設(shè)設(shè)計的思想是設(shè)計設(shè)計一個串行數(shù)據(jù)檢測電路，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)四個和四個以上的1時，檢測輸出信號為1，其余情況下的輸出信號為0?？偣灿辛鶄€步驟來設(shè)計，分別是原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；狀態(tài)化簡；狀態(tài)分配；選定觸