課程設(shè)計（論文）序列號產(chǎn)生器及其仿真

1、 課 程 設(shè) 計 報 告 設(shè)計題目：序列號產(chǎn)生器及其仿真 班 級： 08 機械 學(xué) 號： 姓 名： 設(shè)計時間： 2010年10月 目錄第一章 概述 3第2章 課程設(shè)計及要求 4 2.1 設(shè)計任務(wù) 4 2.2 設(shè)計要求 4第3章 系統(tǒng)設(shè)計 5 3.1 設(shè)計結(jié)構(gòu) 5 3.2 結(jié)構(gòu)框圖及說明 5 3.3 主要元器件及其功能介紹 6 3.4 原理分析 11 3.5 序列信號發(fā)生器的電路邏輯圖的設(shè)計 13 3.6 在multisim軟件上檢測和調(diào)試 14第4章 軟件仿真 15 4.1 仿真電路圖 15 4.2 仿真過程 15 4.3 仿真結(jié)果 15第5章 安裝調(diào)試 16 5.1 安裝調(diào)試過程 165.2

2、 故障分析 16第6章 結(jié)論 17第7章 使用元件清單 18第8章 總結(jié) 19 第1章 概 述 數(shù)字電路具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、程序軟件控制等一系列優(yōu)點。隨著計算機科學(xué)與技術(shù)突飛猛進地發(fā)展，用數(shù)字電路進行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮數(shù)字電路在信號處理上的強大功能，我們可以先將模擬信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進行處理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號輸出。自20世紀(jì)70年代開始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號的所謂“數(shù)字化”浪潮已經(jīng)席卷了電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域，如序列號產(chǎn)生器等。 很有幸我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)這門學(xué)科，并且是我們的重點課程，在上課和

3、實驗的過程中，漸漸的我喜歡上了它。每一節(jié)課我都認真學(xué)習(xí)，每次實驗我都認真的去完成。這次的課程設(shè)計我選擇了序列號產(chǎn)生器及仿真這個題目，現(xiàn)在我自己來做這實驗時，很多東西需要去查資料，翻書才能弄清楚，并且要弄懂它的原理。感覺把知識運用出來是很重要的。 第2章課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1 課程設(shè)計的目的學(xué)懂移位寄存器和數(shù)據(jù)選擇器的功能，并且能夠熟練運用，掌握構(gòu)成一個序列信號發(fā)生器的原理和方法。2.2 設(shè)計任務(wù)及要求 1熟悉移位寄存器和數(shù)據(jù)選擇器的功能，并應(yīng)熟練運用。 2選擇合適的元器件來構(gòu)成一個序列信號發(fā)生器。 3掌握構(gòu)成序列信號發(fā)生器的原理和方法。 4設(shè)計序列信號發(fā)生器的電路邏輯圖。能輸出指定的序列號：

4、00101110 第3章 系統(tǒng)設(shè)計 3.1 設(shè)計結(jié)構(gòu) 1：1hz信號源的產(chǎn)生由ne555等元器件組成的信號器產(chǎn)生。 2：序列號00101110產(chǎn)生由移位寄存器74ls194和數(shù)據(jù)選擇器74ls153及與非門74ls00完成。 3：檢驗序列號的產(chǎn)生通過觀察發(fā)光二極管產(chǎn)生的明暗次序來完成。3.2 結(jié)構(gòu)框圖及說明 發(fā)光二極管檢驗裝置 序列號產(chǎn)生器 1hz信號源 由ne555電路產(chǎn)生1hz信號源（矩形方波）輸送給序列號產(chǎn)生裝置作為cp，再由74ls194和74ls153及74ls00組成的序列號產(chǎn)生器來控制產(chǎn)生預(yù)期的序列號00101110，再通過發(fā)光二極管來檢驗是否達到實驗預(yù)期結(jié)果。3.3 主要元器件

5、及其功能介紹1. ne555 1hz脈沖發(fā)生器 時鐘信號產(chǎn)生電路主要由ne555定時器組成振蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號，送到序列號產(chǎn)生電路，序列號產(chǎn)生電路根據(jù)一定的0.1信號。信號發(fā)生電路如下圖1。圖1 ne555引腳圖介紹如下 ne555引腳位配置說明下：（圖2） 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 2 (觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā)ne555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 vcc，下緣須低于1/3 vcc 。 3 (輸出) -當(dāng)時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到o伏左右的低電位。于高電位時的最

6、大輸出電流大約200 ma 。 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 5 (控制) -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出。 6 (重置鎖定) - pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 vcc電壓以下移至2/3 vcc以上時啟動這個動作。 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為on時為low，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為off時為high，對地為高阻抗。 8 (v +) -這是555個計時器ic的正電源電

7、壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 （圖2） tw1=(r1+r2)c*in（）=0.7(r1+r2)c tw2=r2c*in（）=0.7r2c 時間周期： t=0.7（r1+2r2)c 2 74ls194移位寄存器 移位寄存器的功能：是當(dāng)時鐘控制脈沖有效時，寄存器中存儲的數(shù)碼同時順序向高位（左移）或向低位（右移）移位一位。所以，移位寄存器的各觸發(fā)器狀態(tài)必須同時變化，為同步時序電路。 因為數(shù)據(jù)可以按序逐位從最低位或最高位串行輸入移位寄存器，也可以通過置數(shù)端并行輸入移位寄存器。所以移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入、輸出方式有并行輸入/并行輸出、并行輸入/串行輸出、串行輸入/

8、并行輸出、串行輸入/串行輸出。移位寄存器主要應(yīng)用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式的轉(zhuǎn)換（串行到并行或并行到串行）、脈沖分配、序列信號產(chǎn)生以及時序電路的周期性循環(huán)控制（計數(shù)器）等。圖1-2-1 74ls194的邏輯符號及引腳功能表1-2-1 74ls194的邏輯符號及引腳功能 74ls194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置數(shù)、保持、清除等多種功能。74ls194各引出端功能如下： d0d3: 并行數(shù)碼輸入端。 cr: 異步清 0 端，低電平有效。 sr、sl：右移、左移串行數(shù)碼輸入端。 s1、 s0： 工作方式控制端。 四位移位寄存器74ls194的邏輯功能如表1-1-1所示。在方式信號三s1和s0控

9、制下，74ls194可以實現(xiàn)右移（串行數(shù)據(jù)從sd輸入）、左移（串行數(shù)據(jù)從sa輸入）、置數(shù)（并行數(shù)據(jù)從d、c、b、a輸入）及保持（輸出不變）功能。 表1-1-1 四位移位寄存器74194功能表輸入輸出功能 qd qc qb qa-0 0 0 0 0異步復(fù)位1 1 1 dcbad c b a同步置數(shù)1 1 0 di di qd qc qb右移1 0 1 di qc qb qa qi左移1 0 0 qd qc qb qa保持 從其功能表1-1-1可以看出，只要cr=0，移存器無條件清 0。只有當(dāng)cr=1，cp上升沿到達時，電路才可能按s1s0設(shè)置的方式執(zhí)行移位或置數(shù)操作：s1s0=11為并行置數(shù)，s

10、1s0=01為右移，s1s0=10為左移，時鐘無效或雖然時鐘有效，但s1s0=00 則電路保持原態(tài)。 3 數(shù)據(jù)選擇器 (1)數(shù)據(jù)選擇器又叫“多路開關(guān)”。數(shù)據(jù)選擇器在地址碼（或叫選擇控制）電位的控制下，從幾個數(shù)據(jù)輸入中選擇一個并將其送到一個公共的輸出端。數(shù)據(jù)選擇器的功能類似一個多擲開關(guān)，如圖1-2-1所示，圖中有四路數(shù)據(jù)d0d3，通過選擇控制信號 a1、a0（地址碼）從四路數(shù)據(jù)中選中某一路數(shù)據(jù)送至輸出端q。 數(shù)據(jù)選擇器為目前邏輯設(shè)計中應(yīng)用十分廣泛的邏輯部件，它有2選1、4選1、8選1、16選1等類別。 數(shù)據(jù)選擇器的電路結(jié)構(gòu)一般由與或門陣列組成，也有用傳輸門開關(guān)和門電路混合而成的。 (2)雙四選一

11、數(shù)據(jù)選擇器 74ls153 所謂雙4選1數(shù)據(jù)選擇器就是在一塊集成芯片上有兩個4選1數(shù)據(jù)選擇器。引腳排列如圖1-2-3，功能如表1-1-3。 圖1-2-3 74ls153引腳 表1-1-3 74ls153功能 、為兩個獨立的使能端；a1、a0為公用的地址輸入端；1d01d3和2d02d3分別為兩個4選1數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端；q1、q2為兩個輸出端。 當(dāng)使能端（）1時，多路開關(guān)被禁止，無輸出，q0。 當(dāng)使能端（）0時，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼a1、a0的狀態(tài)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)d0d3送到輸出端q。 如：a1a000 則選擇do數(shù)據(jù)到輸出端，即qd0。 a1a001 則選擇d1數(shù)據(jù)到輸出端，即qd

12、1，其余類推。 數(shù)據(jù)選擇器的用途很多，例如多通道傳輸，數(shù)碼比較，并行碼變串行碼，以及實現(xiàn)邏輯函數(shù)等。（3）數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用 數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用很廣，它可以作二進制比較器、二進制發(fā)生器、圖形發(fā)生電路、順序選擇電路等。在應(yīng)用中，設(shè)計電路時可以根據(jù)給定變量個數(shù)的需要，選擇合適的多路選擇器來完成，具體設(shè)計步驟如下： 1）根據(jù)所給出組合邏輯函數(shù)的變量數(shù)，選擇合適的多路選擇器。一般是兩個變量的函數(shù)選雙輸入多路選擇器，三變量的函數(shù)選四輸入多路選擇器，四變量的函數(shù)選八輸入多路選擇器。 2）畫出邏輯函數(shù)的卡諾圖，確定多路選擇器輸入端和控制端與變量的連接形式，畫出組合電路圖。3.4 原理描述 序列信號發(fā)生器是能夠循

13、環(huán)產(chǎn)生一組或多組序列信號的時序電路，它可以用移位寄存器或計數(shù)器構(gòu)成。序列信號的種類很多，按照序列循環(huán)長度m和觸發(fā)器數(shù)目n的關(guān)系一般可分為三種： 最大循環(huán)長度序列碼， m=2n。 最長線性序列碼(m序列碼)，m=2n-1。 任意循環(huán)長度序列碼，m2n。 圖1-2-4 反饋移位型序列信號發(fā)生器框圖 反饋移位型序列碼發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2-4所示，它由移位寄存器和組合反饋網(wǎng)絡(luò)組成，從移存器的某一輸出端可以得到周期性的序列碼。其設(shè)計按以下步驟進行： 根據(jù)給定序列信號的循環(huán)長度m，確定移存器位數(shù)n， 2n-1m2n。 確定移位寄存器的m個獨立狀態(tài)。 將給定的序列碼按照移位規(guī)律每n位一組，劃分為m個狀

14、態(tài)。若m個狀態(tài)中出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，則應(yīng)增加移存器位數(shù)。用n+1位再重復(fù)上述過程，直到劃分為m個獨立狀態(tài)為止 根據(jù)m個不同狀態(tài)列出移存器的態(tài)序表和反饋函數(shù)表，求出反饋函數(shù)f的表達式。 檢查自啟動性能。 畫邏輯圖。 3.5 序列信號發(fā)生器的電路邏輯圖的設(shè)計 確定移位寄存器位數(shù)n。 因m=8， 故n3。 確定移位寄存器的八個獨立狀態(tài)。 將序列碼00101110 按照移位規(guī)律每三位一組，劃分八個狀態(tài)為 001、010、101、011、111、110、100、000。其遷移關(guān)系如下所示： 001 0 010 1 101 1 011 1 111 0 110 0 100 0 000 1 作出反饋函數(shù)表，如下表所

15、示，由遷移關(guān)系可看出移位寄存器只進行左移操作，因此s1=1, s0=0。將f(sl)的卡諾圖填入圖(a)中，選用四選一實現(xiàn)f(sl)函數(shù)。 反饋函數(shù)表: qb qc qd f(sl) 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 001110001 qc qb qd 00 01 11 10 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 檢查自啟動性能。 畫邏輯電路。3.6 在multisim軟件上檢測和調(diào)試 在multisim上選擇元器件作出電路圖。選擇run，運行電路。打開示波器，發(fā)現(xiàn)其波形為一條直線，與期望結(jié)果不符。檢查錯誤，發(fā)現(xiàn)有些元器件的引腳未接

16、地，繼續(xù)調(diào)試，其波形成周期性變化，但仍與期待結(jié)果有點差異。檢查后發(fā)現(xiàn)，有些元器件的引腳接線錯誤，并且有些器件的輸入端輸入錯誤。再次調(diào)試后，得出期待結(jié)果。最終電路圖如下： 圖3.6 第4章 軟件仿真4.1 仿真電路圖 仿真圖 如圖 3.64.2 仿真過程 電路的連接與仿真是我們這次課程設(shè)計的主要任務(wù)之一，也是整個過程的最難的階段。仿真這部分工作在multisim仿真軟件上進行。對于電路的仿真分為幾個部分，分別對電路各個部分的功能都進行仿真調(diào)試之后，每連接一部分都要調(diào)試一次，才能確保最后的成功。 multisim這個仿真軟件以前用的很少，對它的基本仿真過程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明確

17、，只能一邊學(xué)習(xí)，一邊仿真，過程很慢但收獲很多。 基本過程： 1、按照電路原理圖將仿真分成幾部分依次連接電路并調(diào)試； 2、連接ne 555脈沖發(fā)生器并調(diào)試 3、連接序列號產(chǎn)生電路并調(diào)試，觀察是否符合要求； 4、觀察發(fā)光二極管是否達到預(yù)期結(jié)果。 4.3 仿真結(jié)果 電路成功將序列號00101110顯示出來。 第5章 安裝調(diào)試 5.1 焊接與調(diào)試過程 按照如圖3.6電路圖焊接電路，由于電路圖比較復(fù)雜在連接過程中必須認真細心。首先必須明確實驗原理，在此基礎(chǔ)上連接電路會相對比較清晰明了，同時注意集中精力。并且由于焊接導(dǎo)線比較多，為了避免不必要的麻煩，在焊接后需要檢測每一條導(dǎo)線是否導(dǎo)通。調(diào)試過程分為單元電路

18、檢測和整板電路調(diào)試。5.2 故障分析 沒能實現(xiàn)預(yù)想的功能，就要一個一個部分的檢查，若哪一個功能不能實現(xiàn)，再根據(jù)故障分析和排除的方法，找出故障，并加以改進，排除故障。調(diào)試并不是一件易事，需要準(zhǔn)確找到故障處，否則只能亂碰，卻達不到效果，只是白費時間，經(jīng)過實踐，我覺的縮小范圍的方法很實用，可以省去很大的工作量，大大提高了排障的效率。 第6章 結(jié)論 經(jīng)過這學(xué)期的課程設(shè)計，我完成了這次的設(shè)計要求，成功的設(shè)計了一個序列號產(chǎn)生器，完成了預(yù)想的功能。首先提出可行的執(zhí)行方案，多提出幾種方案，集思廣益。然后對方案進行理論上的論證。選擇方便可行而且價格便宜的元件，進行設(shè)計，注意性價比。 通過對本次設(shè)計的方案理論論證并且應(yīng)用 multisim 仿真軟件進行分析仿真，可證明此方案可行。采用先提出問題，再建立模型，思索方法，對比比較，選用器材，最后仿真測試的方法，是解決此類問題的關(guān)鍵。 第7章 使用元件清單元件清單表： 元件名 數(shù)量 74ls194(移位寄存器） 1塊 74ls153(數(shù)