數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(實驗八)同步時序電路邏輯設(shè)計

1、實驗八 同步時序電路邏輯設(shè)計一、實驗?zāi)康模?掌握同步時序電路邏輯設(shè)計過程。2掌握實驗測試所設(shè)計電路的邏輯功能。3學(xué)習(xí)eda軟件的使用。二、實驗儀器：序號儀器或器件名稱型號或規(guī)格數(shù)量1邏輯實驗箱12萬用表13雙蹤示波器1474ls1941574ls1121674ls041774ls001874ls861974ls101三、實驗原理：設(shè)計要求狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移表狀態(tài)化簡狀態(tài)分配選擇觸發(fā)器激勵方程、輸出方程邏輯電路同步時序電路邏輯設(shè)計過程方框圖如圖8-1所示。 圖8-1其主要步驟有：1確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表根據(jù)設(shè)計要求寫出狀態(tài)說明，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，這是整個邏輯設(shè)計中最困難的一步，設(shè)計

2、者必須對所需要解決的問題有較深入的理解，并且掌握一定的設(shè)計經(jīng)驗和技巧，才能描繪出一個完整的、較簡單的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。2狀態(tài)化簡將原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中的多余狀態(tài)消去，以得到最簡狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，這樣所需的元器件也最少。3狀態(tài)分配這是用二進(jìn)制碼對狀態(tài)進(jìn)行編碼的過程，狀態(tài)數(shù)確定以后，電路的記憶元件數(shù)目也確定了，但是狀態(tài)分配方式不同也會影響電路的復(fù)雜程度。狀態(tài)分配是否合理需經(jīng)過實踐檢驗，因此往往需要用不同的編碼進(jìn)行嘗試，以確定最合理的方案。4選擇觸發(fā)器通?？梢愿鶕?jù)實驗室所提供的觸發(fā)器類型，選定一種觸發(fā)器來進(jìn)行設(shè)計，因為同步時序電路觸發(fā)器狀態(tài)更新與時鐘脈沖同步，所以在設(shè)計時應(yīng)盡

3、量采用同一類型的觸發(fā)器。選定觸發(fā)器后，則可根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表和觸發(fā)器的真值表作出觸發(fā)器的控制輸入函數(shù)的卡諾圖，然后求得各觸發(fā)器的控制輸入方程和電路的輸出方程。5排除孤立狀態(tài)理論上完成電路的設(shè)計后，還需檢查電路有否未指定狀態(tài)，若有未指定狀態(tài)，則必須檢查未指定狀態(tài)是否有孤立狀態(tài)，即無循環(huán)狀態(tài)，如果未指定狀態(tài)中有孤立狀態(tài)存在，應(yīng)采取措施排除，以保證電路具有自啟動性能。經(jīng)過上述設(shè)計過程，畫出電路圖，最后還必須用實驗方法對電路的邏輯功能進(jìn)行驗證，如有問題，再作必要的修改。時序電路的功能測試可以用靜態(tài)和動態(tài)兩種方法進(jìn)行，靜態(tài)測試由邏輯開關(guān)或數(shù)據(jù)開關(guān)提供輸入信號，測試各級輸出狀態(tài)隨輸入信號變化的情況，可用指

4、示燈觀察，用狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表或功能表來描述。動態(tài)測試是在方波信號的作用下，確定各輸出端輸出信號與輸入信號之間的時序圖，可用示波器觀察波形。在實際的邏輯電路設(shè)計中，以上的設(shè)計過程往往不能一次性通過，要反復(fù)經(jīng)過許多次仿真和調(diào)試，才能符合設(shè)計要求，既費時費力，又提高了產(chǎn)品的成本，而且，隨著電路的復(fù)雜化，受工作場所及儀器設(shè)備等因素的限制，許多試驗不能進(jìn)行。為了解決這些問題，很多國內(nèi)外的電子設(shè)計公司于20世紀(jì)80年代末、90年代初，推出了專門用于電子線路仿真和設(shè)計的“電子設(shè)計自動化（eda）”（electronics design automation）軟件，電子產(chǎn)品設(shè)計人員利用這個軟件對所設(shè)計的電路進(jìn)行

5、仿真和調(diào)試，一方面可以驗證所設(shè)計的電路是否能達(dá)到設(shè)計要求的技術(shù)指標(biāo)，另一方面又可以通過改變電路中元器件的參數(shù)，使整個電路性能達(dá)到最佳。4、 實驗內(nèi)容：1用給定的觸發(fā)器及門電路設(shè)計101序列信號（串行）檢測器。該同步時序電路有一個輸入x，一個輸出z，對應(yīng)于輸入序列101的最后一個1，輸出z=1。設(shè)序列可以重疊檢測。要求：輸入x用一個邏輯開關(guān)控制，cp用單脈沖開關(guān)控制，一個cp送入x的一個數(shù)碼，輸出z及觸發(fā)器狀態(tài)q接指示燈。設(shè)x=010101110100101時，觀察指示燈并記錄。設(shè)計過程如下:狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖: 0/0 s0 1/0 0/0 s1 1/0 1/1 0/0 s2狀態(tài)轉(zhuǎn)移表：x(t)/n(

6、t)x=0x=1s0s0/0s1/0s1s2/0s1/0s2s0/0s1/1化簡：s1s2s0s1 編號：s000s101s210x(t)/n(t)x=0x=10000/001/00110/001/01000/001/1故而需要使用兩個d觸發(fā)器，列卡諾圖如下所示：q2q1x0001111000001111 得：q1=x故而d1=xq2q1x0001111000101000 得：q2=xq1故而d2= xq1q2q1x0001111000001001 得：z=xq2連接電路如下所示：2用一片74ls194及適當(dāng)門電路實現(xiàn)：00101序列信號發(fā)生器（若74ls194構(gòu)成右移，q2作為輸出）101序列信號（并行）檢測器（輸出z=1）要求：敘述設(shè)計過程，寫出設(shè)計方案，構(gòu)成邏輯電路。用示波器觀察實驗電路。畫出cp、q2、z的對應(yīng)波形。步驟：正確完成實驗電路，接入1khz的cp信號，用示波器的一個探頭接cp端，另一個探頭接q2端，觀察相應(yīng)的波形并記錄；改變接q2端的探頭至序列信號檢測器的輸出z端，觀察相應(yīng)的波形并記錄。把它們畫在一張圖上，完成要求。列卡諾圖得：q2q1q4q3000111100010110111000易得dr=q2q1+q4q2示波器輸出如下:5、 實驗思考：1時序電路的自啟動的作用是什么？答：在程序意外跳出循環(huán)后