串行数据检测电路设计.docx
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串行数据检测电路设计
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
电子与信息工程学院 教研室:
学号
学生姓名
专业班级
课程设计(论文)题目
串行数据检测电路设计
课程设计(论文)任务
设计一个串行数据检测电路,当检测到连续的6位数据010111时检测输出信号为1,否则为0,并用MAX+PLUSⅡ验证设计的正确性。
设计要求:
1.熟练掌握组合逻辑电路的设计思路和方法;
2.熟练掌握MAX+PLUSⅡ原理图输入方法;
3.熟练掌握MAX+PLUSⅡ仿真方法并对设计进行仿真验证,直至得出正确的设计方案;
4.熟练掌握串行数据检测电路的设计方法。
指导教师评语及成绩
平时成绩(20%):
论文成绩(50%):
答辩成绩(30%):
总成绩:
指导教师签字:
学生签字:
年月日
摘要
此次课设做的题目是串行数据监测器。
当输入信号为010111时,输出为1。
否则为0。
此次试验用到的D触发器与若干门电路实现。
首先是想到了是要有连续的序列脉冲信号输入;其次是要进行以触发器为基础的同步时序电路设计;最后还应检测一下电路能否自启动。
此次试验以X为输入信号出现,Y为输出信号出现时:
以触发器为基础的同步时序电路设计,还要在原始状态图上补充输入不是010111码的各种输入的对应状态及其转换关系,建立完整的原始状态图,然后进行状态化简,求触发器的级数、类型以及驱动方程,最后画出逻辑电路。
最后并在实际电路中仿真调试。
关键字:
D触发器;连续脉冲;同步时序电路
目录
第一章设计方案3
第二章电路原理及设计4
2.1电路原理4
2.2电路的设计4
2.3仿真电路及结果7
第三章调试运行结果8
3.1运行结果显示8
第四章结论9
参考文献10
第1章设计方案
在当今社会各个领域都发挥着重要的作用,因为它能在触发后产生相应的反应,可以应用在报警器、抢答器等电子产品中,它为人们带来许多方便之处。
时序逻辑也叫时态逻辑,是计算机科学里一个很专业很重要的领域。
时序逻辑被用来描述为表现和推理关于时间限定的命题的规则和符号化的任何系统,主要用于形式验证。
我们自己设计电路时,要要让自己设计的电路力求简单,自己反复思考,提升动手能力。
1.逻辑抽象,得出电路的状态转换图或状态转换表,就是要求实现的时序逻辑功能表示为时序逻辑函数,可以用状态转换表的形式,也可以用状态转换图的形式。
2.状态化简的目的就在于将等价状态合并,以求得最简单的状态转换图。
3.状态分配又称为状态编码。
4.选定触发器的类型,求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程。
5.根据得到的方程式画出逻辑图。
6.检查设计的电路能否自启动。
如果电路不能自动启动,则需要采取措施加以解决。
一种解决方法是在电路开始工作时通过预置数将电路的状态置成有效状态循环中的某一种。
另一种解决办法是通过修改逻辑设计加以解决。
第2章电路原理及设计
2.1电路原理
时序逻辑电路设计的一般步骤是:
(1)逻辑抽象,画出电路的原始状态转换图、状态转换表。
(2)状态化简。
(3)状态编码(即二进制状态分配),进而作出状态转移表。
(4)选定触发器类型,求出电路的逻辑函数表示式(状态方程、驱动方程和输出方程)。
(5)画出逻辑图,检测设计的电路能否自启动。
图2.1同步时序逻辑电路的设计过程
2.2电路的设计
输人数据为输入变量,以X表示;检测结果为输出变量,以Y表示。
设电路在输入0之前的状态为S0,继续输入0以后的状态为S1,继续输入1以后的状态为S2,继续输入0以后的状态为S3,继续输入1以后的状态为S44,继续输入1以后的状态为S5,继续输入1时的状态为S6,同时输出Y为高电平1。
则电路的状态转换图如图1所示。
图是原始状态转换图,图2是化简后的状态转换图化简后的状态转换图如图2所示。
所需触发器个数为3,取触发器状态Q2,Q1,Q0。
用000、001、010、011、100和101分别代表S0、S1、S2、S3、S4、S5和S6,若以S表示电路的现态以S*表示电路的次态,据设计要求即可得到图2-2状态转换图和表2.1所示的状态转换表。
图2.2电路的状态转换图
表2.1状态转换表
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
0
S1/0
S1/0
S3/0
S1/0
S3/0
S1/0
S1/0
1
S0/0
S2/0
S0/0
S4/0
S4/0
S6/0
S0/0
表2.2电路次态/输出(Q2*Q1*Q0*/Y)的卡诺图
000
O01
011
010
100
101
111
110
0
001/0
001/0
001/0
011/0
011/0
001/0
xxx/x
001/0
1
000/0
010/0
100/0
000/0
100/0
110/1
xxx/x
000/0
因为电路工作过程中有7个状态,所以需要用三个触发器的7种状态组合表示,以三个触发器状态的000,001,010,011,100,101,110分别表示S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,并以X表示输入,以Y表示输出,即可根据图的状态转换图列出电路的状态转换表。
将图2.2所示的卡诺图分解为图2.3中分别表Q2*,Q1*,Q0*和Y的4个卡诺图,如下所示:
表2.3(a)Q2*
000
001
011
010
100
101
111
110
0
0
0
0
0
0
0
x
0
1
0
0
1
0
1
1
x
0
表2.4(b)Q1*
000
001
011
010
100
101
111
110
0
0
0
0
1
1
0
x
0
1
0
1
0
0
0
1
x
0
表2.5(c)Q0*
000
001
011
010
100
101
111
110
0
1
1
1
1
1
1
x
0
1
0
0
0
0
0
0
x
0
表2.6(d)Y
000
001
011
010
100
101
111
110
0
0
0
0
0
0
0
x
0
1
0
0
0
0
0
1
x
0
从Q2*,Q1*,Q0*,Y的卡诺图得到电路的状态方程和输出方程:
Q2*=XQ2Q1'+XQ1Q0
Q1*=XQ1'Q0+X'Q2'Q1Q0'+X'Q2Q1'Q0'
Q0*=X'+Q2Q1'Q0'
Y=XQ2Q1'Q0
选用D触发器组成该电路,则根据D触发器的特性方程Q*=D,得到电路的驱动方程和输出方程:
D2=XQ2Q1'+XQ1Q0
D1=XQ1'Q0+X'Q2'Q1Q0'+X'Q2Q1'Q0'
D0=X'+Q2Q1'Q0'
Y=XQ2Q1'Q0
2.3仿真电路及结果
由上所述,可画出检测电路的逻辑图,如图2.3所示:
图2.3检测电路图
由图2.3得到仿真波形图2.4如下:
图2.4仿真波形
第3章调试运行结果
3.1运行结果显示
电路连接如下图:
用右下端高低电平控制输入信号X。
左下端为脉冲信号CLK。
左上端为输出显示结果Y,此电路用LED灯显示结果。
图3.1电路连接图
显示结果如下:
当电路检测到输入信号为010111时,黄灯亮。
图3.2实验结果显示
第4章结论
本次课程所设计的是串行数据检测电路。
当输入一串行数据,电路对其进行检测。
如果是设定串行数据输入,则有输出,否则无输出。
经过本次课设让我对常用的逻辑元器件、数字电路及其系统的分析和设计学习有了进一步的了解和体会,使我又一次获得了数字电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能,为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下坚实的基础。
数字电子技术课设是学习电子技术的一个重要环节,对巩固理论知识、加深对数字电子技术课程内容的理解,北洋理论联系实际的能力起很重要的作用。
通过基本仪器的正确使用,源器件参数测量,电路的连接、调试及故障排除,数据的记录、分析、总结等环节,培养进行科学实验的动手能力,严谨求实的科学研究作风,解决实际问题的能力。
为后继的毕业设计乃直就业时的工作技能打下坚实的实践基础。
这个电路设计是关于时序逻辑电路的设计。
在时序逻辑电路的设计中,状态化简不会改变电路的逻辑功能,不可能使电路产生错误输出。
时序电路有两大类:
同步时序电路和异步时序电路。
在同步时序电路中,有一个公共的时钟信号,电路中各记忆元件受它统一控制,只有在该时钟信号到来时,记忆元件的状态才能发生变化,从而使时序电路的输出发生变化,而且每来一个时钟信号,记忆元件的状态和电路输出状态才可能改变一次。
如果时钟信号没有到来,输入信号的改变不能引起电路输出状态的变化。
在异步时序电路中,电路没有统一的时钟信号,各记忆元件也不受同一时钟控制,电路的改变是由输入信号引起的。
参考文献
[1]唐志宏.《数字电路与系统》.大连理工大学城市学院电子技术研究室
[2]阎石、王红编.《数字电子技术第五版》
[3]蔡惟铮.《电子技术基础试题精选与答题技巧》.哈尔滨工业大学出版社出版
[4]胡晓光、崔建宗、王建华.《数字电子技术基础》
[5]陈志武主编.《数字电子技术基础辅导教案》.西北工业大学出版社
[6]曹林根.《数字逻辑》.海交通大学出版社
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- 关 键 词:
- 串行 数据 检测 电路设计