用一对一法设计同步时序电路.docx
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用一对一法设计同步时序电路
数字逻辑电路分析与设计
课外实践项目报告
题目：
用“一对一”法设计同步时序电路
组号：
B-7
组员：
学号
姓名
工作量％
签字
1*
2
3
4
5
注：
*为组长。
2015年1月
报告目录
、
实验方案
、
实验原理
完成过程
四、
设计心得与体会
五、
工作分配
一、实验万案
电路用发光二极管分别显示输出状态Z,以及工作状态SI、S2、S3、S4
灯亮表示输出为高电平，灯暗表示输出为低电平。
具体操作流程如下：
1）打开电源开关，使电路处于工作状态，此时默认处于S1状态。
2）S1状态下由逻辑电平开关输入00信号时保持S1状态不变，输入为01时转变为S4,输入10时状态转变为S2
3）S2状态下由逻辑电平开关输入00,10信号时都保持S2状态不变，输入为01时状态转变为
S3
4）S3状态下由逻辑电平开关输入00时状态转换为S1,输入为01,10时状态保持S3不变
5）S4状态下由逻辑电平开关输入00,01时保持S4状态不变，输入为10时转为S3状态
6）CLR为复位脉冲开关，若按下CLR开关，则复位到S1状态。
二、实验原理
（1）、电子线路图
（2）、芯片使用介绍:
▲74LS00四2输入与非门
LA
VCC
L¥
43
4A
邯
4V
33
2Y
3A
7
GNH
3Y
8
7<1500
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
▲74LS10三3输入与非门
4
EC
14
LC12
J
OdIt
0
GND
姑
3Y
A
B
c
Y
X
X
0
1
X
0
X
1
0
X
X
1
1
1
1
0
T4LS10
▲74LS04六反相器
UUIgv—o§dv
▲74LS175四D触发器
VCC
4G
4Q
4P
3D
3Q
3Q
16
15
r14
13
IS
t11
w
CLX
D
Q
Q
0
X
X
0
1
1
t
I
1
0
1
f
0
0
1
1
0
X
Q
Q
8CLK<9
74LS175
4欢迎Ett
74LS175四上升沿D触发器的引脚图和真值表
（3）、逻辑原理
A.状态转换电路
状态图和状态表
00
10
01
10
k
00
01
10
S|
Si
s<
0
Sj
s・，
■
1
s3
Si
Sj
S3
I
s4
Si
s<
*
\s
2.触发器状态的直接分配
在这个电路中有SI、S2、S3、
S4共4个状态。
规定分别与4个触发器I、U、
川和
W的QI、Q2Q3Q4端直接对应。
在74175中每个触发器端，以Q端表示触发器的状态，即0和1两个状态。
为便于用开机复位的方式启动电路，触发器I的有效状态是0状态：
触发器和
W的有效状态是1状态。
于是规定：
若Q仁Q则表示电路处于S1状态；
若Q2=lQ3=lQ4=l分别表示电路处于S2、S3S4状态。
由于电路任何时刻均只处于一种状态，因此，4个触发器中只有一个处于有效状态。
如果在1、Q2Q3Q4检查触发器的状态，那么其中只可能有一个lo状态为1的那个C端指出了电路的状态。
这样，1、Q2Q3Q4与SI、S2、S3S4之间建立了直接的、——对应的关系。
从状态分配的角度来说，用1Q2Q3Q4=10000100、0010、0001,分别表示SI、S2>S3S4o
3.逻辑次态表
次态
现态
输入
现态
输入
现态
输入
s
X]X2
Si
XiX2
X]
S2
X2
s3
Si
Si
X|X2
4.D触发器的次态方程和输出方程
由于S1与1对应，S2、S3S4分别与Q2Q3Q4对应，因此有:
Dl=Q,X,X2+Q3X，X2—Q1Q3X1X2
D2=QNX2+Q2X2二Q1X1XIQ2X2
D3=Q2X1X2+Q3X1X2+Q3X1X2+Q4X1X2=Q2Q3X1X!
_Q3Q4XiX2
D4二Q1X1X2+Q4X1=Q1X1X2LQ4X1
由状态表（图），可以直接写出该电路的输出方程：
B.时钟脉冲发生电路
利用RC环形多谐振荡器，由奇数个反相器首尾相连而组成，利用门电路的
传输延迟时间产生自激振荡。
振荡周期为To由于门电路的传输延迟时间很小，
产生的自激振荡的频率会很高，并且不易调节。
为此可在门电路环路中插入RC
延迟环节，这样不仅增加了延迟时间，还可以通过改变RC实现频率调节。
图中a点由高电位跳变到低电位时，b点由低变高它一方面经F2使c点由高变低，
另一方面通过电容C耦合到d点，使d点的电位也上跳到高电位，于是，
输出暂时保持为低电位，即开始第一个暂稳态。
随着电容C的充电，d点电位逐
渐降低，当d点电位降低到关门电平时，F3迅速关闭，a点由低变高，b点由高变低d
点下跳到较负的电压值，确保F3输出暂时保持为高电位，即开始第个暂稳态，此时电容C放电，当d点电位逐步上升到开门电平时，F3迅速开启,
a点由高变低，于是又从第二个暂稳态跳变到第一个暂稳态，如此继续，形成自激振荡。
振荡周期T=2.2RG
二、完成过程
1、分析项目原理。
鉴于此次项冃与上课内容相关，我们提前自学了课本5.3相关的内容，并查阅了时
钟脉冲产生电路，确定了该设计的原理。
2、画出工作电路图。
仿照课本上的逻辑电路图，而后通过搜集相关芯片的引脚图，工作特点等性能，我们着手用Multsim软件绘制电路图，几次调试仿真失败后，我们通过改变元器件排列、参数、接线等，最终进行仿真后实现所要求的功能
3、中期报告的撰写。
将前期搜集的资料进行汇总、梳理元器件工作原理等，撰写出中期报告。
4、电路板的焊接。
在第五周开始电路板的焊接，由于电路图使用了七块芯片，且每块芯片的引脚众多，焊接工作相当繁重。
我们只能对照原理图接线，在地的选择上采取了以单点当地的方式，使得导线的跨度大，使得整个板子的后面的导线十分烦乱，后我们在板子上多焊了几个点分开导线，使得导线布局不那么错综复杂。
5、电路板的调试。
在电路板的焊接完成后，我们开始对电路板进行调试。
测试发现我们焊接好的电
路无法实现设计效果，我们进行了很多天的调试，结果发现了以下问题：
问题一：
电路焊接过于混乱。
在最开始接线时，拨码开关处没有焊接地线，加之我们原来的电路较为复杂，剪出来的导线长短控制不够好，导致焊接出来的电路极为混乱，检查I•分繁琐。
我们试图分块检查时发现所接导线的混乱程度超过我们原来的设想，且分块调试时发现电路仍无法实现正常的效果。
问题二
仔细检查接线后，板子的逻辑功能混乱。
我们大致判断是芯片有因为焊接时直接放置而烧坏现象。
于是决定更换全部芯片。
在芯片更换过程中，我们发现在板子的三块10芯片随机组合调试时出现的逻辑现象都不同，我们认为是芯片引脚的焊接有问题，所以对每个焊点都进行了整修，发现还是无法实现预计现象。
6、电路板的重新焊接
在发现以上难以解决的问题以后，尤其是原本的接线十分复杂混乱难以检查并发现问题以后，我们决定从原理入手，化简次态方程，整改我们的电路图，对整个逻辑图进行了简化重新绘制并焊接另一个电路。
7、第二个电路板的调试。
该次电路板焊接完成后明显比第一次的电路板结构清晰，走向清楚。
但进行调试时，仍发现存在逻辑混乱现象。
经过仔细检查接线后，我们最终很好的实现了项目功能
8、终期报告的撰写。
经过了将近一个月时间的努力，我们终于完成了项目的制作。
我们整合了搜集的资料以及实际的完成过程，撰写了此份报告。
四、设计心得与体会
这次的数电项目原理基本来自课堂教材，不仅调动了我们的自学积极性，而且锻炼了我们的动手能力和协作能力，可谓是一举两得。
我们在领好器材之后就开始了讨论，分配了工作，每个人都明确了自己的任务后，项目也能开始有序的进行。
我们在绘制原理图方面并没有投入太多的时间，主要是因为课本上有一套完整的逻辑过程，我们可以参照书本，使用EDA进行连线，仿真，同时我们意识到这个项目的连线很多，焊接和调试都是一个问题。
在焊接过程中，我们发现由于所用电路元件脚较多，并且电路设计相对比较难焊接，很容易在焊接过程中由于失误而导致电路焊接后实验结果出现偏差，我们每个负责焊接的同学在焊接时都格外小心，生怕犯错，这对一个人的精神是个很大的考验。
最难但也是最有意思的就是调试过程，我们通过运用自己学过的本领，并且向别人请教，学会了很多知识和能力。
这次完成项目的过程也是一波三折，我们小组每个人都投入了大量心血，同时也培养了彼此之间的默契。
整个过程锻炼了我们的手脑能力和团队合作能力，我们从中受益匪浅。
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