時序邏輯電路

1、課程名稱:數(shù)字邏輯電路設(shè)計實踐實驗名稱：組合邏輯電路設(shè)計LimsEER電子實驗報告時序邏輯電路1、 實驗?zāi)康? .掌握時序邏輯電路的一般設(shè)計過程；2 .掌握時序邏輯電路的時延分析方法，了解時序電路對時鐘信號相關(guān)參數(shù)的基本要求;3 .掌握時序邏輯電路的基本調(diào)試方法；4 .熟練使用示波器和邏輯分析儀觀察波形圖，并會使用邏輯分析儀做狀態(tài)分析。2、 實驗原理詳見書1031473、 實驗內(nèi)容1 .廣告流水燈a. 實驗要求用觸發(fā)器、組合函數(shù)器件和門電路設(shè)計一個廣告流水燈，該流水等由8個LED組成，工作時始終為1暗7亮，且這一個暗燈循環(huán)右移。1 寫出設(shè)計過程，畫出設(shè)計的邏輯電路圖，按圖搭接電路。1）狀態(tài)轉(zhuǎn)換

2、圖：現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q2(n)Q1(n)Q0(n)Q2(n+1)Q1(n+1)Q0(n+1)0000010010100100110111001001011011101101111110002）建立卡諾圖：Qz-Q為011110001010100011101110000111Q2n 1Q1n !Q0n 1有上表得：Q0n 1=Q0nQ1n 1= Q0n Q1n因此，需要三個 D觸發(fā)器來實現(xiàn)時序電路，三個D觸發(fā)器分別對應(yīng) Q0、Q1、Q2通過一片74LS138 3-8線譯碼器將Q2Q1Q0所對應(yīng)的二進(jìn)制碼輸出轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的07號LED燈的輸入電平。2 將單脈沖加到系統(tǒng)時鐘端，靜態(tài)驗證實驗電路。3 將TTL連

3、續(xù)脈沖信號加到系統(tǒng)時鐘端，用示波器和邏輯分析儀觀察并記錄時鐘脈 沖CLK觸發(fā)器的輸出端 Q2、Q1、Q0和8個LED上的波形。b. 實驗數(shù)據(jù)設(shè)計電路。VCC5V1D3-VCC4 d 1PR1Q71CLK1Q1CLRU1A1PRU2A74ALs74ANU7A574LS00N 2U6A74LS04NU5B1PRU3BU4A474ALS86N31D1Q> 1CLK 1Q1CLRv74ALS74AN74ALS86N74ALS86N821D1Q> 1CLK 1Q1CLRY174ALS74ANVCC5VU93VCC0-6-0方AY0BY1CY2Y3G1Y4G2AY5G2BY6Y7DLE74LS

4、138N靜態(tài)驗證（自擬表格）將3-8譯碼器的Y15Y0輸出端，從左到右依次接測試箱上的8個LED燈L8 L0 , 3個D觸發(fā)器共同接箱上經(jīng)消抖處理的當(dāng)脈沖信號（上升沿觸發(fā)）。依次按動單脈沖按鈕，得以下結(jié)果。見表 1.表1.廣告流水燈靜態(tài)驗證結(jié)果次序L8L7L6L5L4L3L2L11暗亮亮亮亮亮亮亮2亮暗亮亮亮亮亮亮3亮亮暗亮亮亮亮亮4亮亮亮暗亮亮亮亮5亮亮亮亮暗亮亮亮6亮亮亮亮亮暗亮亮7亮亮亮亮亮亮暗亮8亮亮亮亮亮亮亮暗9暗亮亮亮亮亮亮亮分析：可見暗燈從左往右按順序移動，并且到最右端會返回到最左端循環(huán)移動。說明3-8譯碼器的YY5Y0輸出端依次為低電平有效，說明電路中 3個D觸發(fā)器的確實 現(xiàn)了

5、模8循環(huán)計數(shù)功能，說明實驗成功。 動態(tài)驗證波形記錄:日直宣辭黎磔颯麗T nf>e； SOOus/div Sample Rte; 100k其中D1D8為譯碼器輸出到發(fā)光二極管的信號，D9為時鐘；D10D12為譯碼器輸入信號；2 .序列發(fā)生器a.實驗要求分別用MSI計數(shù)器和移位寄存器設(shè)計一個具有自啟動功能的01001序列信號發(fā)生器。 寫出設(shè)計過程，畫出電路邏輯圖。1）計數(shù)器實現(xiàn)采用的是方法是計數(shù)器結(jié)合譯碼器：首先是用74161實現(xiàn)模五功能，采用的是輸出0100時同步置數(shù)，回到 0000狀態(tài)。譯碼器部分則是將模五計數(shù)器輸出低三位作為譯碼器輸入，由于譯碼器輸出是低電平有效，因此將 Y1 : Y4

6、通過與非門輸出，作為信號發(fā)生器。2）移位寄存器實現(xiàn)：考慮自啟動功能華后，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表：為了簡化實驗電路圖，在無效狀態(tài)時將S1, D 狀態(tài)設(shè)為表中0D:得邏輯表達(dá)式為:D =QcQaS1:Qa001100000001111001值：（以QA為序列信號發(fā)出端）順序QCQBQAD0S1功匕匕 育有 效 狀 態(tài)011010右移110100右移201000右移310010右移400101無 效 狀 態(tài)511100右移600010701100右移建立卡諾圖:根據(jù)S1和Qc、Qb、Qa關(guān)系容易得至kSi -QbQ 搭接電路，并用單脈沖靜態(tài)驗證實驗結(jié)果。加入TTL連續(xù)脈沖，用雙蹤示波器和邏輯分析儀觀察并記錄

7、時鐘脈沖 出端的波形。CLK序列輸實驗數(shù)據(jù)設(shè)計電路。1 ） MSI計數(shù)器電路圖：（改進(jìn)）2）移位寄存器設(shè)計:靜態(tài)驗證（自擬表格）分析：雄等二鷺亙搟警號冽領(lǐng)旗的Q3Q2Q 1D100001 一1 一1 一110011000010其中Q1為信號輸出，D表示移位的輸入信號動態(tài)驗證波形記錄：其中D11為序列發(fā)生器；D15為掃描信號3 .分頻器 .實驗要求設(shè)計一個分頻器。要求將頻率為32768Hz的方波信號變成32.768Hz的方波信號，其中32768Hz的方波信號需要自己通過電路產(chǎn)生。根據(jù)實驗要求，擬出設(shè)計方案。1000,因此采用需要設(shè)分頻器的設(shè)計思路是基于計數(shù)器實現(xiàn)的，本題要求分頻系數(shù)為 計一個模1

8、000的計數(shù)器。方案1:分別用74LS161設(shè)計三個模10的計數(shù)器，并將其級聯(lián)（進(jìn)位信號控制使能端）但是由于此時其占空比為1/1000,用GW2000不易觀察到脈沖波形，所以改用方案2。方案2:仍采用三個模10級聯(lián)而成，但此時模 10計數(shù)器是通過74LS161產(chǎn)生白模5計 數(shù)器與DS觸發(fā)器級聯(lián)產(chǎn)生的，因此三個模 10計數(shù)器級聯(lián)以后，每個模 10計數(shù)器輸 出都是占空比為50%,易觀察。設(shè)計電路圖如下： 根據(jù)設(shè)計方案選擇器件，并查閱所用器件的功能表和引腳圖。 寫出設(shè)計過程，畫出電路邏輯圖和實驗接線圖并標(biāo)出引腳號。用邏輯分析儀觀察時鐘脈沖CLK和各計數(shù)器輸出端的波形。用邏輯分析儀對時鐘脈沖CLK和各

9、計數(shù)器輸出端的信號做狀態(tài)分析。b.實驗數(shù)據(jù)設(shè)計電路。VCCVCC1/100074LS04N靜態(tài)驗證（自擬表格）順序DCBARCO0000001000102001003001104010005010106011007011108100009100101010100111011012110 '0 '0131101014111001511111分析：灰色部分為我們采用的實現(xiàn)模五功能的部分動態(tài)驗證波形記錄:* Trig03 1口 0上圖分別實現(xiàn)模100與卞H 1000；狀態(tài)分析：略4 . 行列式鍵盤識別電路a.實驗要求設(shè)計一個電路，當(dāng)按下 4X4矩陣鍵盤中的任何一個鍵時，在數(shù)碼管上顯示

10、相應(yīng)的鍵值。其中鍵碼可通過 ROM查表的方式來實現(xiàn)，數(shù)碼管可選擇是BCD輸入還是七段輸入，實驗箱上的 4X4鍵盤上拉電阻已經(jīng)在內(nèi)部連接好。根據(jù)實驗要求，擬出設(shè)計方案。 根據(jù)設(shè)計方案選擇器件，并查閱所用器件的功能表和引腳圖。 寫出設(shè)計過程，畫出電路邏輯圖和實驗接線圖并標(biāo)出引腳號。1）功能分析：本題可分為三個模塊：掃描電路，消抖電路，寄存器2）模塊實現(xiàn)：A）消抖電路：采用一個D觸發(fā)器，加100Hz的時鐘信號。D觸發(fā)器的輸出控制的寄存器的置數(shù)功能和 掃描電路的掃描功能。當(dāng)有鍵按下時，觸發(fā)器控制掃描電路停止掃描，控制寄存器保 存信號。B）寄存器：采用兩個 74LS161實現(xiàn)C汨描信號電路：要實現(xiàn)011

11、1 , 1011 , 1101 , 1110的循環(huán)掃描，采用移位寄存器實現(xiàn)，考慮其自啟動功 能，1）其轉(zhuǎn)態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下：根據(jù)狀態(tài)圖再劃出真值表就可以得到狀態(tài)方程：Q0痛Q°Q1Q2（A7A4對應(yīng)鍵盤上 row1row4; A3A0對應(yīng)鍵盤上的 col1col4 ）AAIA ，AAAAAI/OI/O3I/O0AA6AA4AAA1A3211021位十六進(jìn) 制表小00111110111010000000000011111101101000001001001111111100100010000200111111111000001010031001111011101001000004100111

12、11011010010010051001111111001001100006100111111110000110100710110110111010100000081011011101101010001009101101111100101010000A101101111110001010100B101111001110101100000C101111010110101100100D101111011100101110000E101111011110001110100F用邏輯分析儀觀察時鐘脈沖CLK和各計數(shù)器輸出端的波形。用邏輯分析儀對時鐘脈沖 CLK和各計數(shù)器輸出端的信號做狀態(tài)分析。b.實驗數(shù)

13、據(jù)設(shè)計電路。100HzU1345610A B C DSLS0S1CLR /CLK74LS194NU2A74LS20N12QA QB QCQD1514131211col0 co11co13row0 row1 row2 row3U3A 74LS20co12100Hz29U4AU7A74LS04NRP1- I Q1 s Lcl QI' RRLC1-74LS74NU6100HzU53456345610AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOAD CLRCL1100Hz 2AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOAD CLR臺CLK141312111574L

14、S161N74LS161N靜態(tài)驗證（自擬表格）嫌錯港翻螃號領(lǐng)須酶加Col4Col 3Col2CollRow4Row3Row2RowlA3A2AlAO11101110-000011101101000111101011001011100111001111011110010011011101010111011011011011010111011110111 一110 一10 一001011110110011011 -1011 -1010101101111011011111101100011111011101011110111110011101111111分析：輸出狀態(tài)符合設(shè)計；動態(tài)驗證波形記錄：由于

15、篇幅有限，下面顯示1,2, 3的動態(tài)波形;其中 D7 為時鐘，D15D12 為 col3col1;D11D8 為 row3row1;三幅圖分別顯示了，11101110, 11101101 , 11101011;D15D14013D12D11D7< Trig D8Time: 500us/div Sample Rate: 100k選做實驗：1 .序列檢測器實驗要求用觸發(fā)器設(shè)計一個1011序列檢查器，要求電路對串行輸入序列進(jìn)行檢測，當(dāng)連續(xù)檢測到4個碼元符合檢測器的檢測碼1011時，檢測器輸出為 1 （注意：前一個1011序列的最后一個碼元不能作為本次 1011序列的第一個碼元） 使用靜態(tài)（單步

16、）的測試方法，畫出圖 4.4.1所示的輸入、輸出時間關(guān)系圖。CLK _匚1X | I|Z 對串行輸入序列101101101101010011011進(jìn)行檢測，記錄檢測結(jié)果。b. 實驗數(shù)據(jù)設(shè)計電路。靜態(tài)驗證（自擬表格） 分析：動態(tài)驗證 波形記錄：由于時間限制，本選做實只完成了設(shè)計部分：設(shè)計過程如下：一、確定電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和狀態(tài)表由于是設(shè)計一個四位序列檢測器，因此可以根據(jù)已出現(xiàn)的前三位和現(xiàn)在出現(xiàn)的一位進(jìn)行判斷是否為序列1011,而前三位狀態(tài)可以設(shè)為 Y,有八種可能，分別設(shè)為 A、 B、C、D、E、F、G、H,輸入的最后一位為X,輸出是否為所要的狀態(tài)Z;建立狀態(tài)表如下，現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出X=0X=1X=0X

17、=1A (000)AB00B (001)CD00C (010)EF00D (011)GH00E (100)AB00F (101)CD01G (110)EF00H (111)GH00由狀態(tài)表可以看到，狀態(tài) A、E,狀態(tài)C、G,狀態(tài)D、H在不同輸入下都有相同的次態(tài)和輸 出，所以可以將其等同為一個狀態(tài)，等效后又發(fā)現(xiàn)B、D等效，再次變換后得到，現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出X=0X=1X=0X=1A (000)AB00B (001)CB00C (010)AF00F (101)CB01二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、卡諾圖外輸入現(xiàn)態(tài)次公外輸出Xnq2QnQn+1Q?+1Z000000001100010000011100100010101010110110111011Qn+1Q2卡諾圖： n nXQ2Q1 000101100001011110Qn+1Q1卡諾圖：q2q：X 1 00 0 100001111011110Z卡諾圖：n nXQ2Q1 000100000010011110三、建立方程組由上述的卡諾圖可以得到方程如下：q2+1 =xq； +xq2q