基于四蹤示波的串口通信與串口顯示

基于四蹤示波的串口通信與串口顯示

多功能模擬軟件是由加拿大interation視覺技術(shù)公司開發(fā)的基于spice工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的eda軟件。它是一個(gè)真正的實(shí)驗(yàn)車間，它將電路原理圖的輸入、虛擬儀器的測(cè)試分析和結(jié)果的圖形顯示整合到設(shè)計(jì)窗口。在用Multisim仿真軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)器狀態(tài)變化過(guò)程波形仿真分析時(shí),用虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器做實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)源產(chǎn)生所需的各種輸入信號(hào),用四蹤示波器觀測(cè)輸入、輸出波形,可直觀描述計(jì)數(shù)器的工作特性,且解決了計(jì)數(shù)器工作波形無(wú)法用實(shí)際電子實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行分析驗(yàn)證的問題。174單片“u3000”輸出74LS161是集成4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,功能表如表1所示。其中CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端、ENP及ENT為計(jì)數(shù)控制端、~LOAD為預(yù)置數(shù)控制端、~CLR異步置零控制端、DCBA為預(yù)置數(shù)輸入端、QDQCQBQA為狀態(tài)輸出端、RCO為進(jìn)位輸出端,單片74LS161有從0000~1111共16個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)。利用74LS161的預(yù)置數(shù)控制端~LOAD或異步清零端~CLR在計(jì)數(shù)循環(huán)過(guò)程跳過(guò)2n~N個(gè)狀態(tài),可構(gòu)成任意N(N<2n)進(jìn)制計(jì)數(shù)器,基本方法有置零法和置數(shù)法。用異步置零法將74LS161構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí),使用計(jì)數(shù)和異步清零功能:用計(jì)數(shù)功能完成0~過(guò)度狀態(tài)(最后一個(gè)有效狀態(tài)+1的狀態(tài))的狀態(tài)轉(zhuǎn)換、將過(guò)渡狀態(tài)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生~CLR=0的異步置零信號(hào)在過(guò)渡狀態(tài)異步清零。過(guò)渡狀態(tài)持續(xù)時(shí)間極短,~CLR=0的異步置零信號(hào)形成并完成置零后立刻消失。過(guò)渡狀態(tài)非完全譯碼時(shí),僅由過(guò)渡狀態(tài)中為1的Q端狀態(tài)產(chǎn)生~CLR=0信號(hào),~CLR的邏輯表達(dá)式為:即~CLR等于過(guò)渡狀態(tài)中值為1狀態(tài)變量的與非。74LS161的其他控制端、輸入端的邏輯表達(dá)式為:2零步驟、多元sim模擬方案的建設(shè)2.1過(guò)渡狀態(tài)下的仿真設(shè)計(jì)用Multisim10版本以構(gòu)成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例,說(shuō)明Multisim仿真方案設(shè)計(jì)。異步置零法10進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)圖如圖1所示,其中0000~1001為正常計(jì)數(shù)的狀態(tài),過(guò)渡態(tài)為QDQCQBQA=1001+1=1010,1010過(guò)渡狀態(tài)形成~CLR=0信號(hào)完成置零后消失,作用10個(gè)時(shí)鐘脈沖完成一個(gè)計(jì)數(shù)周期的循環(huán)。仿真方案設(shè)計(jì)的要求是以時(shí)序波形圖方式直觀顯示計(jì)數(shù)過(guò)程、過(guò)渡狀態(tài)形成~CLR=0信號(hào)的過(guò)程,從而便于直觀理解過(guò)渡狀態(tài)的作用及計(jì)數(shù)原理。其中,持續(xù)時(shí)間極短的過(guò)渡狀態(tài)及~CLR=0信號(hào)的形成過(guò)程的波形顯示是用Multisim軟件仿真的技術(shù)關(guān)鍵,在實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)中是難以實(shí)現(xiàn)的,用Multisim軟件仿真亦需要對(duì)仿真方案進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)。2.2模擬的多因素實(shí)驗(yàn)方法構(gòu)建的仿真實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。1數(shù)據(jù)特征選擇Multisim中的字組產(chǎn)生器產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。字組產(chǎn)生器輸出10進(jìn)制計(jì)數(shù)所需的10個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào),需在字組產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)欄內(nèi)以16進(jìn)制(Hex)依次輸入0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0共21個(gè)字組數(shù)據(jù),并對(duì)最后一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行末地址設(shè)置(SetFinalPosition),完成所有字組信號(hào)的設(shè)置。并設(shè)置頻率為fCLK=1kHz(周期TCLK=1ms)。仿真實(shí)驗(yàn)時(shí),字信號(hào)發(fā)生器的輸出方式為全部(BURST)時(shí)剛好顯示一個(gè)計(jì)數(shù)周期的波形、字信號(hào)發(fā)生器的輸出方式為單步(STEP)時(shí)可逐個(gè)脈沖輸出便于觀察每個(gè)時(shí)鐘作用后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)變化情況。2時(shí)鐘脈沖觸發(fā)錯(cuò)誤Multisim10版本中,集成4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161的時(shí)鐘脈沖觸發(fā)方式有錯(cuò)誤,為CLK為下降沿觸發(fā),附加反相器74LS04(圖2中U3A)修正為和實(shí)際器件一致的上升沿觸發(fā)方式。3多環(huán)芳烴同步顯示實(shí)驗(yàn)表明,Multisim中的邏輯分析儀可以同步顯示多路數(shù)字信號(hào)的波形,但對(duì)持續(xù)時(shí)間較短的~CLR信號(hào)及過(guò)渡狀態(tài)卻顯示不出來(lái)。因此圖2中選用Multisim中的2個(gè)四蹤示波器同步顯示時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK、異步置零信號(hào)~CLR及狀態(tài)輸出信號(hào)QAQBQCQD,其中四蹤示波器XSC1同步顯示CLK及~CLR信號(hào),四蹤示波器XSC2同步顯示QAQBQCQD信號(hào),兩個(gè)示波器的面板以部分重疊方式顯示,如圖3所示,且兩個(gè)面板的Timebase區(qū)中的Scale、Xposition要設(shè)置一致,顯示一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)周期的波形。4d的形成圖2中U2A與非門74LS00用于在過(guò)渡態(tài)形成~CLR=0的異步置零信號(hào),為能明顯觀察過(guò)渡態(tài)、~CLR信號(hào)的形成過(guò)程,需對(duì)與非門74LS00的上升延遲時(shí)間及下降延遲時(shí)間進(jìn)行增大設(shè)置,通過(guò)EditModel設(shè)置成risedelay=0.05ms,faldelay=0.05ms,使74LS00的平均延遲時(shí)間tpd=0.05ms,亦可大于或小于0.05ms,以能明顯顯示過(guò)渡狀態(tài)及異步置零信號(hào)為原則,但不能大于時(shí)鐘信號(hào)的周期。3不同時(shí)鐘脈沖信號(hào)clk上升沿東南角距離的狀態(tài)仿真顯示的時(shí)序波形圖如圖3所示。圖3中,由上至下依次為時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK、異步置0信號(hào)~CLR、狀態(tài)輸出信號(hào)QA~QD的波形。從左至右觀察圖3可看出:第1個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=0001,~CLR=1;第2個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=0010,~CLR=1;第3個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=0011,~CLR=1;第4個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=0100,~CLR=1;第5個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=0101,~CLR=1;第6個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=0110,~CLR=1;第7個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=0111,~CLR=1;第8個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=1000,~CLR=1;第9個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QDQCQBQA=1001,~CLR=1;第10個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK上升沿到來(lái)后計(jì)數(shù)器進(jìn)入QDQCQBQA=1010的過(guò)渡狀態(tài),使~CLR=0,持續(xù)暫短時(shí)間后計(jì)數(shù)器異步置零,使QDQCQBQA=0000。經(jīng)過(guò)10個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)作用后完成一個(gè)計(jì)數(shù)周期的循環(huán),仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖1所示狀態(tài)圖的要求一致。4多態(tài)性信號(hào)同步觀測(cè)問題由于受實(shí)驗(yàn)儀器的限制無(wú)法對(duì)計(jì)數(shù)器工作波形進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,主要是,現(xiàn)有的信號(hào)發(fā)生器不能產(chǎn)生多路同步