數(shù)字電子技術課程設計報告-修改

1、數(shù)字電子課程設計小組成員： 19 / 22文檔可自由編輯打印課程設計任務書課程名稱：電子技術課程設計題  目：串行數(shù)據(jù)檢測器電路設計  專業(yè)班級：        學生姓名：          指導老師：     審  批：   任務書下達日期：2012年11月15日設計完成 日期：2012年12月12日目錄一.設計內(nèi)容與設計要求1二. 設

2、計總體思路、基本原理和框圖2三. 單元電路設計（各單元電路圖）13四. 總電路設計（總電路圖）15五. 安裝、調(diào)試步驟16六. 故障分析與電路改進17七. 總結與設計調(diào)試體會21八附錄（元器件清單）22九參考文獻24十.課程設計成績評分表25一：設計內(nèi)容與設計要求1、設計內(nèi)容設計一個串行數(shù)據(jù)檢測器。要求：連續(xù)輸入3個或3個以上的1時輸出為1，其他輸入情況下輸出為0。2、設計要求：a. 設計思路清晰，給出整體設計框圖；b 程序編寫簡潔，要求給出關鍵的注釋；c 下載程序到FPGA開發(fā)板，調(diào)試程序；e 寫出設計報告；3、主要設計條件a.quartusii_60開發(fā)環(huán)境；b. FPGA開發(fā)板。二. 設

3、計總體思路、基本原理和框圖1.基本原理：JK觸發(fā)器原理: J KQ主從SRQQQCLK10110111011000101101100111000000XXXX主從JK觸發(fā)器的邏輯功能表 JK說 明00保持010復位101置位11計數(shù)2、分析方法a、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉換圖或狀態(tài)轉換表1.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)。通常取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取結果作輸出邏輯變量；2.定義輸入、輸出邏輯狀態(tài)和每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號；3.按照題意列出電路的狀態(tài)轉換表或畫出電路的狀態(tài)轉換圖。b、 狀態(tài)化簡 若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并

4、且轉換到同樣的一個狀態(tài)去，則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)。等價狀態(tài)可以合并，這樣設計的電路狀態(tài)數(shù)少，電路越簡。c、 狀態(tài)分配狀態(tài)分配也叫狀態(tài)編碼1.確定觸發(fā)器的數(shù)目n ；2.確定電路的狀態(tài)數(shù)M ，應滿足2n1<M2n;3.進行狀態(tài)編碼，即將電路的狀態(tài)和觸發(fā)器狀態(tài)組合對應起來。d、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1. 選定觸發(fā)器的類型；2. 由狀態(tài)轉換圖（或狀態(tài)轉換表）和選定的狀態(tài)編碼、觸發(fā)器的類型，寫出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程。e 、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖f、 檢查設計的電路能否自啟動若電路不能自啟動，則應采取下面措施：1. 通過預置數(shù)將電路狀態(tài)置成有效循

5、環(huán)狀態(tài)中；2. 通過修改邏輯設計加以解決C、框圖 3.總體思路:a、首先進行邏輯抽像：取輸入數(shù)據(jù)為輸入變量，用X表示；取檢測結果為輸出變量，用Y表示。設電路在沒有輸入1以前的狀態(tài)為S0，輸入一個1以后的狀態(tài)為S1，連續(xù)輸入二個1以后的狀態(tài)為S2，連續(xù)輸入3個或三個以上1以后的狀態(tài)為S3。若以S表示電路的現(xiàn)態(tài)，以S*表示電路的次態(tài)依據(jù)設計要求便可得到表a-1狀態(tài)轉化表和a-2狀態(tài)轉化圖。表a-1S*/YSXS0S1S2S30S0/0S0/0S0/0S0/01S1/0S2/0S3/1S3/1圖a-2 b.進行狀態(tài)化簡：比較一下Q2和Q3這兩個狀態(tài)便可發(fā)現(xiàn)，他們在同樣的輸入狀態(tài)下有同樣的輸出，而且轉

6、換后得到同樣的狀態(tài)。因此Q2和Q3是等價狀態(tài)，可以合并為一個。從物理概念上也不難理解，當電路處于Q2狀態(tài)時表明已經(jīng)輸入了二個1。如果在電路轉換到Q2狀態(tài)的同時輸入也改換為下一位輸入數(shù)據(jù)（當輸入數(shù)據(jù)來自移位寄存器的串行輸出，而且移位寄存器和數(shù)據(jù)檢測器由同一時鐘信號操作時，就工作在這種情況），那么只要下個輸入為1，就表明連續(xù)輸入3個1了，因而無需再設置一個電路狀態(tài)，于是就得到了圖a-3所示化簡后的狀態(tài)轉換圖。 圖a-3c.狀態(tài)分配：在電路狀態(tài)M=3的情況下，根據(jù)式：可知，應取觸發(fā)器的位數(shù)n=2。d. 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：如果取觸發(fā)器狀態(tài)Q1Q0的00、01和1

7、0分別代表S0、S1和S2，并選定JK觸發(fā)器組成這個檢測電路，則可從狀態(tài)轉換圖畫出電路次態(tài)和和輸出的卡諾圖：將圖a-4所示的卡諾圖分解為分別表示S1*，S0和Y的三個卡諾圖：經(jīng)過化簡后得到電路的狀態(tài)方程:由上式得驅(qū)動方程：輸出方程：e.根據(jù)得到的方程式設計出電路邏輯圖f. 檢查設計的電路能否自啟動：將狀態(tài)“11” 代入狀態(tài)方程和輸出方程，分別求X=0/1下的次態(tài)和現(xiàn)態(tài)下的輸出，得到：由狀態(tài)轉換圖a-6可知，此電路可以自啟動。由于電路有輸入信號，故為米利型時序邏輯電路。圖a-6三. 單元電路設計（各單元電路圖）本設計中中用到的單元電路為JK觸發(fā)器，其電路邏輯圖如下圖所示：電路結構：邏輯符號：四.

8、 總電路設計（總電路圖）根據(jù)得到的方程式設計總電路圖如下圖：圖a-5五. 安裝、調(diào)試步驟1.Quartus2文本輸入并仿真：程序代碼：波形圖：六. 故障分析與電路改進設計的邏輯電路圖6.3中：圖6.3增加一個D觸發(fā)器( 上升沿觸發(fā), JK觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)) , 將檢測數(shù)據(jù)時確定的電路狀態(tài)延遲至輸入改換為下一位輸入數(shù)據(jù)時再行輸出。也就是說, 使電路狀態(tài)信息的輸出與輸入數(shù)據(jù)的改換同步。修改后的電路如圖6.8所示：圖6.8 狀態(tài)信息輸出與輸入數(shù)據(jù)改換同步的檢測器七. 總結與設計調(diào)試體會本次課程所設計的是串行數(shù)據(jù)檢測電路。通過這次課程設計讓我們了解了更多關于數(shù)字電子計數(shù)的知識，為今后的學習打下了堅實

9、的基礎。這個電路設計是關于時序邏輯電路的設計。在時序邏輯電路的設計中,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,可在一般設計方法的基礎上,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

10、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。本次課程設計的思想是設計設計一個串行數(shù)據(jù)檢測電路，當連續(xù)出現(xiàn)三個或三個以上的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€步驟來設計，分別是原始狀態(tài)轉換圖、狀態(tài)轉換表；狀態(tài)化簡； 狀態(tài)分配；選定觸發(fā)器類型、確定激勵和輸出函數(shù)表達式；根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖；檢查設計的電路能否自啟動。八附錄（元器件清單）1.JK觸發(fā)器2.非門3.與門程序代碼verilog：module cxsj(x,clk,r,cout,y);/*x數(shù)據(jù)輸入變量，clk時鐘信號，r重置檢測器，cout加法計數(shù)，y檢測結果輸出變量*/input x,r,clk;output y;output 4:0cout;reg y;reg 4:0cout;always (negedge clk)beginif(r | !x)/重置檢測器begincout=0; y=0;endelse if(x)/計數(shù)begincout=cout+1;if(cout!=5'b00000 && cout!=5'b00001 && cout!=5'b00010)/數(shù)據(jù)檢測beginy=1;e