8421碼檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

XXXX$悠需XXXXXXZT*m妝X—|奪8Sumin一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈾z測(cè)電路的工作原理。進(jìn)一步掌握同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法.二實(shí)驗(yàn)器件1、實(shí)驗(yàn)箱、萬(wàn)用表、示波器。2、74LS73,74LS74,74LS00,74LS20，74LS197.三、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)根據(jù)使用器件的不同，我們可以設(shè)計(jì)出兩種不同思路的電路。米里時(shí)序電踣：根據(jù)需求，按照米里時(shí)序電路的設(shè)計(jì)流程得到觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程。首先畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，并對(duì)圖做出適當(dāng)簡(jiǎn)化。保留S0,S1,S3,S4,S7,S8六個(gè)狀態(tài)，并用3個(gè)JK觸發(fā)器的2人3=8個(gè)狀態(tài)中的6個(gè)表

示它們，狀態(tài)分配表如下圖。Q3\Q2Q1000111100S0S4S3S11S7S8XX將上面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和輸出寫(xiě)成上述的代數(shù)形式有Q3Q2Q1\X01000010/0010/0010011/0001/0011101/0100/0001100/0100/0101000/0000/0100000/0000/1根據(jù)上表畫(huà)出Q3，Q2,Q1,X的次態(tài)卡諾圖，并進(jìn)而得到各個(gè)端口的驅(qū)動(dòng)方程Q1：XQ3\Q2Q1000111100000110100XX1100XX100001化簡(jiǎn)得到Q1n+1=Q2nXn+xQ2nxQ1n有J1=Q2,K1=（Q2）’Q2：

XQ3\Q2Q1000111100010010100XX1100XX101000化簡(jiǎn)得到Q2n+1=nxnxn+xQ2nxn有J2=n"K2=（4）’Q3:XQ3\Q2Q1000111100001100100XX1100XX100110化簡(jiǎn)得到Q3n+i=nQ1n有J3=Q1n,K3=1F:XQ3\Q2Q1000111100000000100XX1110XX100000化簡(jiǎn)得到F=XQ3nn

這樣,就能使用三個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)造一個(gè)8421碼檢測(cè)電路，為保證正確性還可以添加一個(gè)74LS74觸發(fā)器來(lái)保證X已經(jīng)轉(zhuǎn)變.用于仿真時(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)試，我們還需要一種16進(jìn)制的串行輸出計(jì)數(shù)器，即按順序串行輸出0000-〉1000-〉0100...,對(duì)每個(gè)數(shù)從最低位開(kāi)始，依次輸出4個(gè)二進(jìn)制數(shù)。我們可以借助計(jì)數(shù)器和寄存器實(shí)現(xiàn)該器件，首先使用一個(gè)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)4分頻，從已有的f頻率，50占空比的時(shí)鐘信號(hào)中獲取f/4頻率的，12。5占空比的同相位脈沖信號(hào).再使用這兩個(gè)時(shí)鐘循環(huán)地執(zhí)行計(jì)數(shù)-〉4次移位讀數(shù)一＞置數(shù)的工作，畫(huà)出電路圖如下所示。=1:7ML51^10-n-iU5I--:由宣-1KHZ=1:7ML51^10-n-iU5I--:由宣-1KHZ其輸出波形的一個(gè)周期如下面的波形圖所示:靠上信號(hào)為器件輸出，靠下信號(hào)為時(shí)鐘脈沖，容易看出經(jīng)過(guò)64個(gè)時(shí)鐘周期，器件輸出了從0000到1111的串行形式.把該輸出作為8421檢測(cè)電路的輸入入得到電路圖如下.其波形如下所示:可見(jiàn)在一整個(gè)0~15的序列中，只有6種數(shù)字弓|起了電路的非法脈沖，分別是1010,1011,1100,1101,1110，和1111，仿真時(shí)由于給定時(shí)鐘信號(hào)的固有問(wèn)題，無(wú)法從S0狀態(tài)開(kāi)始檢驗(yàn)，但仍然不影響我們仿真驗(yàn)證的完備性。摩爾型時(shí)序電路摩爾時(shí)序電路無(wú)需考慮輸入輸出和狀態(tài)之間的關(guān)系，我們只需要使用寄存器和計(jì)數(shù)器來(lái)收集輸入的信號(hào)，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算即可。我們使用3個(gè)JK觸發(fā)器串行讀取輸入的乂，并設(shè)置計(jì)數(shù)器為4進(jìn)制，這樣每當(dāng)計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到3時(shí)，對(duì)三個(gè)觸發(fā)器和X的狀態(tài)執(zhí)行一次邏輯運(yùn)算如果滿足"非BCD碼"的條件，就輸出一段脈沖.非BCD碼的判斷條件經(jīng)化簡(jiǎn)后為：Q4(Q3+Q2)則輸出脈沖信號(hào)的邏輯表達(dá)式：Q4(Q3+Q2)(QAQB)計(jì)數(shù)器清零條件：QC這樣，使用3個(gè)JK觸發(fā)器和一個(gè)197計(jì)數(shù)器，就實(shí)現(xiàn)一個(gè)BCD碼判斷電路.T

1\i/3卜?4kH?j-lCLF：.HQ>1C1FT

1\i/3卜?4kH?j-lCLF：.HQ>1C1F74LSCSCMl,判II妙::::U11A

和

741.S10D74kSft4D0.000m2800m5.600m8.400m11.200m14.000mit.I.,.I.I.亍:::::::J1__:J1__rluuirninwjiinwjiwmiirjnnmijmniniirnmriLmniiuTmiiuu?；；：；:rd11M111,其中最上面的波形為電路輸出，中間的波形為時(shí)鐘信號(hào)，下面的波形為串行16進(jìn)制輸出器產(chǎn)生的輸入信號(hào)?？梢?jiàn)，只有后6個(gè)波形出現(xiàn)非法脈沖，判斷電路正常工作.四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一一個(gè)8421BCD碼（串行輸入）檢測(cè)電路。此電路是用來(lái)檢測(cè)串行的8421碼傳輸過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。假定8421BCD碼傳送過(guò)程中是由低位到高位串行輸送，例如十進(jìn)制2（代碼為0010）是按0、1、0、0次序傳送的。如果在傳送過(guò)程中代碼發(fā)生錯(cuò)誤，出現(xiàn)非法數(shù)碼（不在0000到1001之間的代碼），則檢測(cè)電路發(fā)生一脈沖信號(hào)。實(shí)驗(yàn)所用觸發(fā)器為JK觸發(fā)器，要求自己設(shè)計(jì)、自己安裝和測(cè)試。2、設(shè)計(jì)過(guò)程正式實(shí)驗(yàn)由于器件和線的限制，沒(méi)有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)上述的16X4串行信號(hào)發(fā)生器和摩爾型時(shí)序電路。只實(shí)現(xiàn)了米里時(shí)序電路并用四分頻的信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。在3個(gè)JK觸發(fā)器的J,K輸入端按照上述的驅(qū)動(dòng)方程接線，時(shí)鐘信號(hào)并行接AJK觸發(fā)器的CLK端，清零端均接高電平。在輸出口F接一個(gè)D觸發(fā)器，其時(shí)鐘信號(hào)與前面相同，D觸發(fā)器清零端也接高電平。

對(duì)靜態(tài)測(cè)試，脈沖接手動(dòng)脈沖，輸出端F‘接LED燈，輸入X接模擬開(kāi)關(guān)，觀察不同輸入時(shí)輸出的變化.作為動(dòng)態(tài)輸入，我們需要一個(gè)四倍于時(shí)鐘周期的信號(hào)使用74LS197輸出該信號(hào)，將CP0接時(shí)鐘脈沖，QA接CP1，MR'和PL‘接高電平,并將被四分頻的信號(hào)QC接入檢測(cè)電路的輸入端X,輸出F‘接邏輯分析儀，觀察動(dòng)態(tài)波形。五、測(cè)試過(guò)程實(shí)驗(yàn)接線圖：輸入序列為0101（1010/10）時(shí)，F(xiàn)‘為高電平輸入序列為1111(1111/15)時(shí)，F(xiàn)‘為高電平經(jīng)16次靜態(tài)測(cè)試，能得到高電平輸出的有1010,1011,1100,1101,1110,1111。體現(xiàn)了電路只對(duì)非BCD碼信號(hào)輸入的敏感性.動(dòng)態(tài)測(cè)試：得到的波形如下圖所示，由于QC信號(hào)具有相位的不確定性,對(duì)不同的起始狀態(tài)位置會(huì)導(dǎo)致對(duì)QC的不同截?cái)喾绞剑M(jìn)而會(huì)產(chǎn)生不同的輸出波形。波形1：

圖中波形從上到下依次為輸出F’,Qc,反相后的時(shí)鐘脈沖和時(shí)鐘脈沖。判斷該圖中的截?cái)喾绞綖?000和1111，其中0000不輸出脈沖，1111輸出脈沖。波形2:圖中波形從上到下依次為輸出F’，Qc，反相后的時(shí)鐘脈沖和時(shí)鐘脈沖。判斷該圖中的截?cái)喾绞綖?001和1110，其中0001不輸出脈沖，1110輸出脈沖。經(jīng)判斷此外還有兩種截?cái)喾绞剑?011—1100和0111—1000，前者會(huì)在上圖的左側(cè)一周期遠(yuǎn)的地方產(chǎn)生脈沖，后者不會(huì)產(chǎn)生脈沖。但個(gè)人感覺(jué)全部記錄意義不大，只在這里做出說(shuō)明。由動(dòng)態(tài)測(cè)試和靜態(tài)測(cè)試結(jié)果我們可以看出電路會(huì)對(duì)非8421碼的信號(hào)，在最后一位的時(shí)刻輸出一個(gè)時(shí)鐘周期寬度的脈沖，說(shuō)明電路正嘛符合題目要求。六、總結(jié)①對(duì)固定需求的電路，往往根據(jù)實(shí)驗(yàn)器件的不同，會(huì)有相當(dāng)多的設(shè)計(jì)方案同時(shí)也各有優(yōu)缺點(diǎn)。比如本實(shí)驗(yàn)中的兩種設(shè)計(jì)方案，米里時(shí)序電路使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)，只需妻個(gè)觸發(fā)器描述六個(gè)狀態(tài)，所需器件較少，但其狀態(tài)搭建好后就不能做其他拓展，泛用性較差.而摩爾時(shí)序電路需要3個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然使用了較多的器件，但我們只需要根據(jù)不同的需求對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的改動(dòng)，就能得到功能完全不同的電路，比如對(duì)偶數(shù)碼產(chǎn)生脈沖，對(duì)質(zhì)數(shù)產(chǎn)生脈沖等。其泛用性遠(yuǎn)高于前者。實(shí)驗(yàn)中使用了一種防止錯(cuò)誤碼的技巧，使用鎖存器鎖定輸出后再進(jìn)行輸出這可以將輸出的時(shí)間點(diǎn)延長(zhǎng)到CP的有效沿時(shí)刻，