課程設(shè)計(jì) 串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器課件

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器的電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器一.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)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．寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告；3、主要設(shè)計(jì)條件 a.QuartusII-6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境； b.FPGA開(kāi)發(fā)板。課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器

1.基本原理：a.JK觸發(fā)器的基本原理:二.設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器a.JK觸發(fā)器的基本原理JKQ*說(shuō)明00保持010復(fù)位101置位11計(jì)數(shù)主從JK觸發(fā)器的邏輯功能表課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器2、設(shè)計(jì)方法a、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(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<M≤2n;3.進(jìn)行狀態(tài)編碼，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)。課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器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3.時(shí)序電路設(shè)計(jì)步驟：課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器4、總體設(shè)計(jì)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。課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器b.進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn)：比較一下S2和S3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S2和S3是等價(jià)狀態(tài)，可以合并為一個(gè)。從物理概念上也不難理解，當(dāng)電路處于S2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S2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。課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器c.狀態(tài)分配：在電路狀態(tài)M=3的情況下，根據(jù)式:2n－1<M≤2n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、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：課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器將圖a-4所示的卡諾圖分解為分別表示Q1*，Q0*和Y的三個(gè)卡諾圖：課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后得到電路的狀態(tài)方程:由JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程可得上式的驅(qū)動(dòng)方程：輸出方程：JK觸發(fā)器的特性方程：Q*=JQ’+K’Q課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器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。課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器三.單元電路設(shè)計(jì)（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)：課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器四.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：輸出方程：由JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程可得上式的驅(qū)動(dòng)方程：經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后得到電路的狀態(tài)方程:課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器五、電路的調(diào)試a、QuartusII文本輸入調(diào)試程序代碼：課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器波形圖：16課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器

在原總電路圖（左）中增加一個(gè)D觸發(fā)器(特性方程：Q*=D)使電路狀態(tài)信息的輸出與輸入數(shù)據(jù)的改換同步。改進(jìn)后的電路如圖（右）六

、電路改進(jìn)課程設(shè)計(jì)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器modulecxsj(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*/inputx,r,clk;outputy;output[4:0]cout;regy;reg[4:0]cout;always@(negedgeclk)beginif(r||!x)//重置檢測(cè)器begincout=0;y=0;endelseif(x)//計(jì)數(shù)begincout=cout+