數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 -修改

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1、中央民族大學(xué) 數(shù)字電子課程設(shè)計(jì) 小組成員： 中央民族大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 課程名稱(chēng)：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題??目：串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器電路設(shè)計(jì) ? 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： ?????? 學(xué)生姓名：??? ?????? 指導(dǎo)老師：???? 審??批： ? ? 任務(wù)書(shū)下達(dá)日期：2012年11月15日設(shè)計(jì)完成 日期：2012年12月12日 中央民族大學(xué) 目錄 一.設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求………………

2、…………………1 二. 設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖…………………2 三. 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）…………………13 四. 總電路設(shè)計(jì)（總電路圖）…………………………15 五. 安裝、調(diào)試步驟……………………………………16 六. 故障分析與電路改進(jìn)………………………………17 七. 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)………………………………21 八．附錄（元器件清單）………………………………22 九．參考文獻(xiàn)……………………………………………24 十.課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)分表…………………………………25 中央民族大學(xué) 一：設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求 1、設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)

3、一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器。 要求：連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上的1時(shí)輸出為1，其他輸入情況下輸出為0。 2、設(shè)計(jì)要求： a. 設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖； b． 程序編寫(xiě)簡(jiǎn)潔，要求給出關(guān)鍵的注釋?zhuān)? c． 下載程序到FPGA開(kāi)發(fā)板，調(diào)試程序； e． 寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告； 3、主要設(shè)計(jì)條件 a.quartusii_60開(kāi)發(fā)環(huán)境； b. FPGA開(kāi)發(fā)板。 二. 設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖 1.基本原理： JK觸發(fā)器原理: J K Q’ 主 從 S R Q Q Q’ CLK

4、 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 X X X X 主從JK觸發(fā)器的邏輯功能表 J K 說(shuō) 明 0 0 保持 0 1 0 復(fù)位 1 0 1 置位 1 1 計(jì)數(shù) 2、分析方法 a、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

5、或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 1.分析給定的邏輯問(wèn)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(jié)果作輸出邏輯變量； 2.定義輸入、輸出邏輯狀態(tài)和每個(gè)電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號(hào)； 3.按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫(huà)出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 b、 狀態(tài)化簡(jiǎn) 若兩個(gè)電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣的一個(gè)狀態(tài)去，則稱(chēng)這兩個(gè)狀態(tài)為等價(jià)狀態(tài)。等價(jià)狀態(tài)可以合并，這樣設(shè)計(jì)的電路狀態(tài)數(shù)少，電路越簡(jiǎn)。 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(yīng)滿足2n－1

6、碼，即將電路的狀態(tài)和觸發(fā)器狀態(tài)組合對(duì)應(yīng)起來(lái)。 d、選定觸發(fā)器的類(lèi)型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程 1. 選定觸發(fā)器的類(lèi)型； 2. 由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）和選定的狀態(tài)編碼、觸發(fā)器的類(lèi)型，寫(xiě)出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。 e 、根據(jù)得到的方程式畫(huà)出邏輯圖 f、 檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng) 若電路不能自啟動(dòng)，則應(yīng)采取下面措施： 1. 通過(guò)預(yù)置數(shù)將電路狀態(tài)置成有效循環(huán)狀態(tài)中； 2. 通過(guò)修改邏輯設(shè)計(jì)加以解決 C、框圖 3.總體思路: a、首先進(jìn)行邏輯抽像： 取輸入數(shù)據(jù)為輸入變量，用X表示；取檢測(cè)結(jié)果為輸出變量，用Y表示。設(shè)電路在沒(méi)有輸入1以前的狀態(tài)為

7、S0，輸入一個(gè)1以后的狀態(tài)為S1，連續(xù)輸入二個(gè)1以后的狀態(tài)為S2，連續(xù)輸入3個(gè)或三個(gè)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(shè)計(jì)要求便可得到表a-1狀態(tài)轉(zhuǎn)化表和a-2狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖。 表a-1 S*/Y S X S0 S1 S2 S3 0 S0/0 S0/0 S0/0 S0/0 1 S1/0 S2/0 S3/1 S3/1 圖a-2 b.進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn)： 比較一下Q2和Q3這兩個(gè)狀態(tài)便可發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谕瑯拥妮斎霠顟B(tài)下有同樣的輸出，而且轉(zhuǎn)換后得到同樣的狀態(tài)。因此Q2和Q3是等價(jià)狀態(tài)，可以合并為一個(gè)。 從物理概

8、念上也不難理解，當(dāng)電路處于Q2狀態(tài)時(shí)表明已經(jīng)輸入了二個(gè)1。如果在電路轉(zhuǎn)換到Q2狀態(tài)的同時(shí)輸入也改換為下一位輸入數(shù)據(jù)（當(dāng)輸入數(shù)據(jù)來(lái)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(cè)器由同一時(shí)鐘信號(hào)操作時(shí)，就工作在這種情況），那么只要下個(gè)輸入為1，就表明連續(xù)輸入3個(gè)1了，因而無(wú)需再設(shè)置一個(gè)電路狀態(tài)，于是就得到了圖a-3所示化簡(jiǎn)后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 圖a-3 c.狀態(tài)分配： 在電路狀態(tài)M=3的情況下，根據(jù)式：可知，應(yīng)取觸發(fā)器的位數(shù)n=2。 d. 選定觸發(fā)器的類(lèi)型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程： 如果取觸發(fā)器狀態(tài)Q1Q0的00、

9、01和10分別代表S0、S1和S2，并選定JK觸發(fā)器組成這個(gè)檢測(cè)電路，則可從狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫(huà)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(gè)卡諾圖： 經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后得到電路的狀態(tài)方程: 由上式得驅(qū)動(dòng)方程： 輸出方程： e.根據(jù)得到的方程式設(shè)計(jì)出電路邏輯圖 f. 檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)： 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(zhuǎn)換圖a-6可知，此電路可以自啟動(dòng)。由于電路有輸入信號(hào)，故為米利型時(shí)序邏輯電路。 圖a-6 三. 單元電路設(shè)計(jì)

10、（各單元電路圖） 本設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)： 邏輯符號(hào)： 四. 總電路設(shè)計(jì)（總電路圖） 根據(jù)得到的方程式設(shè)計(jì)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(jìn) 設(shè)計(jì)的邏輯電路圖6.3中： 圖6.3 增加一個(gè)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(cè)數(shù)據(jù)時(shí)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(shí)再行輸出。也就是說(shuō), 使電路狀態(tài)信息的輸出與輸入

11、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(cè)器 七. 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì) 本次課程所設(shè)計(jì)的是串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我們了解了更多關(guān)于數(shù)字電子計(jì)數(shù)的知識(shí)，為今后的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這個(gè)電路設(shè)計(jì)是關(guān)于時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)。在時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)中,狀態(tài)化簡(jiǎn)不會(huì)改變 電路的邏輯功能,不可能使電路產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。為保證串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器可靠、正常地工作,可在一般設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,依具體情況靈活處時(shí)序邏輯電路簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)序電路。時(shí)序電路有兩大類(lèi)：同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路。在同步時(shí)序電路中，有一個(gè)公共的時(shí)鐘信號(hào)，電路中各記憶元件受它統(tǒng)一控制

12、，只有在該時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)時(shí)，記憶元件的狀態(tài)才能發(fā)生變化，從而使時(shí)序電路的輸出發(fā)生變化，而且每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，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(shí)鐘信號(hào)沒(méi)有到來(lái)，輸入信號(hào)的改變不能引起電路輸出狀態(tài)的變化。在異步時(shí)序電路中，電路沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，各記憶元件也不受同一時(shí)鐘控制，電路的改變是由輸入信號(hào)引起的。 本次課程設(shè)計(jì)的思想是設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)三個(gè)或三個(gè)以上的1時(shí)，檢測(cè)輸出信號(hào)為1，其余情況下的輸出信號(hào)為0?？偣灿辛鶄€(gè)步驟來(lái)設(shè)計(jì)，分別是原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；狀態(tài)化簡(jiǎn)； 狀態(tài)分配；選定觸發(fā)器類(lèi)型、確定激勵(lì)和輸出函數(shù)表達(dá)式；根據(jù)得到的方程式畫(huà)出邏輯圖；檢查設(shè)

13、計(jì)的電路能否自啟動(dòng)。 八．附錄（元器件清單） 1.JK觸發(fā)器 2.非門(mén) 3.與門(mén) 程序代碼verilog： module cxsj(x,clk,r,cout,y); /*x數(shù)據(jù)輸入變量，clk時(shí)鐘信號(hào)，r重置檢測(cè)器，cout加法計(jì)數(shù)，y檢測(cè)結(jié)果輸出變量*/ input x,r,clk; output y; output [4:0]cout; reg y; reg [4:0]cout; always @(negedge clk) begin if(r || !x)//重置檢測(cè)器 begin cout=0; y=0; end else if(x)//計(jì)

14、數(shù) begin cout=cout+1; if(cout!=5'b00000 && cout!=5'b00001 && cout!=5'b00010)//數(shù)據(jù)檢測(cè) begin y=1; end end end endmodule 九．參考文獻(xiàn) [1] 唐志宏《數(shù)字電路與系統(tǒng)》大連理工大學(xué)城市學(xué)院電子技術(shù)研究室 [2] 閻石、王紅編《數(shù)字電子技術(shù)第五版》 [3] 蔡惟錚《電子技術(shù)基礎(chǔ)試題精選與答題技巧》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社出版 [4] 胡曉光、崔建宗、王建華《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 》 [5] 陳志武主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)輔導(dǎo)教案》西北工業(yè)大學(xué)出版社 [6] 曹林根《數(shù)字邏輯》上海交通大學(xué)出版社 18 中央民族大學(xué)