數(shù)字邏輯課程設(shè)計——001序列檢測器

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名 學(xué)生專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 名 稱 一、題目：“001”序列檢測器。原始條件：使用D觸發(fā)器( 74 LS 74 )、“與”門 ( 74 LS 08 )、“或”門( 74 LS 32 )、非門 ( 74 LS 04 )，設(shè)計“001”序列檢測器。二、要求完成設(shè)計的主要任務(wù)如下： 1能夠運(yùn)用數(shù)字邏輯的理論和方法，把時序邏輯電路設(shè)計和組合邏輯電路設(shè)計相結(jié)合，設(shè)計一個有實際應(yīng)用的數(shù)字邏輯電路。2使用同步時序邏輯電路的設(shè)計方法，設(shè)計“001”序列檢測器。寫出設(shè)計中的5個過程。畫出課程設(shè)計圖。3根據(jù)74 LS 74、74 LS 08、74 LS 32、74 LS 04集成電路引

2、腳號，在設(shè)計好的“001”序列檢測器電路圖中標(biāo)上引腳號。4在試驗設(shè)備上，使用74 LS 74、74 LS 08、74 LS 32、74 LS 04集成電路連接、調(diào)試和測試“001”序列檢測器電路。三、課程設(shè)計進(jìn)度安排：序號課 程 設(shè) 計 內(nèi) 容所用時間1設(shè)計“001”序列檢測器電路1天2電路連接、調(diào)試和測試3天3分析總結(jié)設(shè)計，撰寫課程設(shè)計1天合 計5天指導(dǎo)教師簽名： 2011年 月 日系主任（責(zé)任教師）簽名： 2011年 月 日一、實驗?zāi)康模?1、深入了解與掌握同步時序邏輯電路的設(shè)計過程； 2、了解74LS74、74LS08、74LS32 及 74LS04 芯片的功能； 3、能夠根據(jù)電路圖連接

3、好實物圖，并實現(xiàn)其功能。學(xué)會設(shè)計過程中的檢驗與完善。 二、實驗內(nèi)容描述：題目：001序列檢測器。 原始條件：使用 D 觸發(fā)器( 74 LS 74 )、與門 ( 74 LS 08 )、或 門 ( 74 LS 32 )、非門 ( 74 LS 04 )，設(shè)計001序列檢測器。 集成電路引腳圖：D 觸發(fā)器( 74 LS 74) 與門 ( 74 LS 08 )或門( 74 LS 32 )非門( 74 LS 04 )三、實驗設(shè)計過程： 第1步 畫出原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表 根據(jù)任務(wù)書要求，設(shè)計的序列檢測器有一個外部輸入x和一個外部輸出Z。輸出和輸入的邏輯關(guān)系為：當(dāng)外部輸入 x 第一個為0外部輸出Z為0；當(dāng)外部輸

4、入 x 第二個為0，外部輸出Z為0；當(dāng)外部輸入x第三個為1，外部輸出 Z 才為1。假定有一個外部輸入x序列以及外部輸出 Z 為: 輸入 X：0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 輸出 Z：0 0 0 1 0 0 1 0 0 0要判別序列檢測器是否連續(xù)接收了001，電路必須用不同的狀態(tài)記載外部輸入x的值。假設(shè)電路的初始狀態(tài)為 A，x 輸入第一個0，檢測器狀態(tài)由 A 裝換到 B，用狀態(tài) B 記載檢測器接受了 001序列的第一個0，這時外部輸出 Z=0；x 輸入第二個0，檢測器狀態(tài)由 B 裝換到 C，用狀態(tài) C 記載檢測器接受了 001 序列的第二個 0，外部輸出 Z=0；x 輸入第三個1，檢測器

5、狀態(tài)由 C 裝換到 D，外部輸出 Z=1。 然后再根據(jù)外部輸入及其他情況時的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，寫出相應(yīng)的輸出以上分析了序列檢測器工作，由此可畫出圖1所示的原始狀態(tài)圖。根據(jù)原始狀態(tài)圖可列出原始狀態(tài)表，如表2 所示。 表2：原始狀態(tài)表圖1：原始狀態(tài)圖第2步 狀態(tài)簡化表 2 所示的原始狀態(tài)表是完全確定狀態(tài)表。根據(jù)狀態(tài)等效條件。通過對原始狀態(tài)表中各個狀態(tài)所對應(yīng)的輸出和狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況分析，可以找到最大等效類（A，D），（B），（C）。并以A代替最大等效類（A，D），以 B 代替最大等效類 （B），以 C 代替最大等效類（C），得到所示。然后得到最小化狀態(tài)表如表3所示。表3：最小化狀態(tài)表 第3步 狀態(tài)編碼表3共有3

6、個狀態(tài)，所以需要用兩位二進(jìn)制代碼來表示。設(shè)狀態(tài)變量為 y2和 y1。根據(jù)狀態(tài)編碼的基本原則，可以確定狀態(tài) A 和 B，A 和 C 應(yīng)該分配相鄰代碼。狀態(tài)編碼方案如圖4 所示。狀態(tài) A 的編碼為00，狀態(tài) B 的編碼為01，狀態(tài) C 的編碼為10.將各狀態(tài)的編碼帶入表 3，得到表5 所示的二進(jìn)制狀態(tài)表。 圖4：狀態(tài)編碼方案表5：二進(jìn)制狀態(tài)表第4步 列出激勵函數(shù)和輸入函數(shù)表達(dá)式根據(jù)表5所示的狀態(tài)表和D觸發(fā)器的激勵表，可列出激勵函數(shù)和輸出函數(shù)的真值表，如表6所示。由真值表可畫出如圖7所示。表6：激勵函數(shù)和輸出函數(shù)的真值表表7：激勵函數(shù)和輸出函數(shù)的卡諾圖由此得激勵函數(shù)和輸出函數(shù)：第5步 畫出邏輯電路圖

7、根據(jù)所求得的激勵函數(shù)和輸出函數(shù)表達(dá)式，畫出如圖 8 所示的時序邏輯電路圖。圖8：時序邏輯電路圖四、實驗調(diào)試： 表10：修改后的輸出函數(shù)卡諾圖圖9：時序邏輯電路圖分析的狀態(tài)圖圖9是分析圖8的同步時序邏輯電路圖的狀態(tài)圖。首先檢查有無無效狀態(tài)。從圖9可以看出，一旦進(jìn)入狀態(tài)“11”，不管是輸入X是“1”還是“0”，在時鐘信號作用下，電路進(jìn)入有效狀態(tài)，不存在掛起現(xiàn)象。然后檢查有沒有產(chǎn)生錯誤的外部輸入輸出信號。在圖9中若電路處于無效狀態(tài)“11”，當(dāng)輸入X為“1”時，產(chǎn)生一個錯誤的外部輸出“1”。為了消除這個錯誤輸出，需對輸出函數(shù)表達(dá)式作適當(dāng)修改。將表7中輸出函數(shù)卡諾圖修改為表10所示的輸出函數(shù)卡諾圖。修改

8、后的輸出函數(shù)表達(dá)式為。根據(jù)修改后的輸出函數(shù)表達(dá)式，對圖8所設(shè)計的同步邏輯電路圖中的外部輸出作出相應(yīng)的修改。如圖11所示：圖11：修改后的同步時序邏輯電路圖注：A 代表非門( 74LS04 )B 代表或門( 74LS32)C、D代表與門( 74LS08)E 代表D 觸發(fā)器(74LS74)2、由于實驗器材比較昂貴在實驗過程中必須非常小心，千萬不可以將集成電路高低電位接反，否則可能燒毀集成電路元件，無法完成實驗； 3、在實驗過程中必須講究團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，同時要分工明確。連接電路時必須記住插口的次序，否則會浪費時間； 4、連線過程必須十分小心謹(jǐn)慎，因為插孔較多較密，不小心可能會插錯，無法達(dá)到設(shè)計預(yù)期的效

9、果。五、實驗小結(jié)與體會： 這次課程設(shè)計由于是第一次做類似的設(shè)計對于我們來說都是個很好的鍛煉和體驗，通過這次的課程設(shè)計加深了我對數(shù)字邏輯這門課程的理解與認(rèn)識。本次設(shè)計中使用了D 觸發(fā)器、與門、或門、以及非門等元件加深了我對這些器件的使用與連接的了解。同時通過這次經(jīng)歷也使我深深認(rèn)識到團(tuán)隊合作的重要性。這次我們小組分到的任務(wù)是使用D觸發(fā)器等元件運(yùn)用時序邏輯電路設(shè)計的知識設(shè)計001序列檢測器。通過這一個學(xué)期系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這項任務(wù)對我們來說不是很困難，但是能夠很好的強(qiáng)化我們的動手能力。我們小組的三人在開始之前先進(jìn)行了討論跟任務(wù)分配。然后每個人分別都做了一個設(shè)計，然后通過對比和討論各個設(shè)計的優(yōu)點與不足，在連接電路圖時匯總成了一個比較合理的方案。雖然在連接電路和檢查過程中遇到了很多難題，但是我們通過小組討論和通過網(wǎng)絡(luò)等等方式解決了一些不是很理解的地方。初次的設(shè)計讓我們體會到了理論與實踐相結(jié)合的重要性，下面想談?wù)勎覀冞@次設(shè)計的不足之處。本次課程設(shè)計是以小組為單位進(jìn)行的，雖然設(shè)計并不是很難，但是為了發(fā)揮小組的優(yōu)勢，我們組的三人進(jìn)行了相關(guān)的分工。但是同時這也使得我們有些方面得到了強(qiáng)化，有些方面卻缺少了鍛煉，雖然說人多力量大，但卻多了些依賴思想，但是大家最終還是能夠合理安排，很多問題得到解決。說到設(shè)計，我們