1、辽 宁 工 学 院电子技术基础课程设计（论文）题目：串行输入序列脉冲检测电路的设计院（系）： 信息科学与工程学院专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电子信息工程学 号 学生姓名专业班级 课程设计（论文）题目串行输入序列脉冲检测电路的设计课程设计（论文）任务设计参数：设计一串行数据检测器。当连续输入 110 时输出为“1” ，其它情况下为“0” 。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体
2、方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目 录第 1 章 串行输入序列脉冲检测电路的设计方案论证 .11.1 串行输入序列脉冲检测电路的应用意义 .11.2 串行输入序列脉冲检测电路设计的要求 .11.3 设计方案论证
3、 21.4 总体设计方案框图及分析 3第 2 章 串行输入序列脉冲检测电路的各单元电路设计 42.1 原始状态转换图、状态转换表 52.2 状态化简 52.3 状态分配 52.4 选定触发器类型、确定激励和输出函数表达式 62.5 根据得到的方程式画出逻辑图 62.6 检查设计的电路能否自启动 .6第 3 章 串行输入序列脉冲检测电路的整体电路设计 .73.1 整体电路图及工作原理 73.2 整机电路性能分析 .7第 4 章 设计总结 .9参考文献 .10辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）1第 1 章 串行输入序列脉冲检测电路设计方案论证1.1 串行输入序列脉冲检测电路的
4、应用意义本次课设所设计的数据选择器在现实生活中有着很重要的应用意义。在当今社会各个领域都发挥着重要的作用，因为它能在触发后产生相应的反应，可以应用在报警器、抢答器等电子产品中，它为人们带来许多方便之处。1.2 串行输入序列脉冲检测电路设计的要求及技术指标设计的要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电
5、路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。1.3 设计方案论证接收到本课设时想到的相关内容非常之多：首先是想到了是要有连续的序列脉冲信号输入；其次是要进行以触发器为基础的同步时序电路设计或是以中大规模集成电路为基础的时序电路的设计；最后还应检测一下电路能否自启动。若以 X 为输入信号出现，Y 为输出信号出现时：以触发器为基础的同步时序电路设计，还要在原始状态图上补充 X 不是 110 码的各种输入的对应状态及其转换关系，建立完整的原始状态图，然后进行状态化简，求触发器的级数、类型以及驱动方程，最后画出逻辑电路；以
6、中大规模集成电路为基础的时序电路设计，则需要将 X 序列的串行码按连续 3 位为 1 组转换成并行码，这样就可以用组合电路检测并行码是否正好是 110。用移位寄存器可实现上述转换。辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）21.4 总体设计方案框图及分析时序逻辑问题状态转换图（表）最简状态转换图（表）电路方程式逻辑电路图逻辑抽象 状态化简选定触发器的类型检查能否自启动图 1-1 同步时序逻辑电路的设计过程总体设计方案：在设计时序逻辑电路时，所得到的设计结果应力求简单。设计同步时序逻辑电路时，一般按如下步骤进行：一、 逻辑抽象，得出电路的状态转换图或状态转换表，就是要求实现的时序逻
7、辑功能表示为时序逻辑函数，可以用状态转换表的形式，也可以用状态转换图的形式。二、 状态化简的目的就在于将等价状态合并，以求得最简单的状态转换图。三、 状态分配又称为状态编码。四、 选定触发器的类型，求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程。五、 根据得到的方程式画出逻辑图。辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）3六、 检查设计的电路能否自启动。如果电路不能自动启动，则需要采取措施加以解决。一种解决方法是在电路开始工作时通过预置数将电路的状态置成有效状态循环中的某一种。另一种解决办法是通过修改逻辑设计加以解决。第 2 章 各串行输入序列脉冲检测电路单元电路设计2.1 原始状态转换
8、图、状态转换表首先进行逻辑抽象，画出状态转换图。分析给定的逻辑问题，确定输入变量，输出变量以及电路的状态数。通常都取原因（或条件）作为输入逻辑变量，取结果作输出逻辑变量。定义输入，输出逻辑状态和每个电路状态的含义，并将电路状态顺序编号。按照题意列出电路的状态转换表或画出电路的状态转换图。取输入数据为输入变量，用 X 表示；取检测结果为输出变量，以 Y 表示。设电路在没有输入 1 以前的状态为 ，输入一个 1 以后的状态为 ，连续0S1S输入两个 1 以后的状态为 ，输入 110 后的状态为 。若以 表示电路的现态，2S3n以 表示电路的次态，可得状态转换表 2-2。nS表 2-1 状态转换表Y
9、/1nX01S2S3S0 /00S/00S/13S/00S1 /01/02/02/01辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）43S2S1S0S1/0 1/00/10/00/01/00/01/0图 2-1 状态转换图2.2 状态化简若两个电路状态在相同输入下有相同的输出，并且转换到同样一个次状态，则称这两个状态为等价状态。显然等价状态是重复的，可以含并为一个。电路的状态数越少，设计出来的电路也越简单。状态化简的目的就在于将等价状态合并，以求得最简单的状态转换图。 0S1S2S1/00/00/10/01/01/0图 2-2 化简后的状态转换图2.3 状态分配状态分配又称为状态编码
10、。时序逻辑电路的状态是用触发器状态的不同组合来表示的。首先，需要确定辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）5触发器的数目 n。因为 n 个触发器共有种状态组合，所以为获得时序电路所需的M 个状态，必须取 M= 。12其次，要给每个电路状态规定对应的触发器状态组合。每组触发器的状态组合都是一组二值代码，因而又将这项工作称为状态编码。在 M的情况下，从个状态的排列顺序又有许多种。如果编码方案选择得当，设计结果可以很简单。反之编码方案选的不好，设计出来的电路就会复杂的多，这里面有一定的技巧。此外，便于记忆和识别，一般选用的状态编码和它们的排序都有一定的规律。0001101/00/0
11、0/10/01/01/0图 2-3 状态分配后的状态转换图nQ01X00 01 11 100 00/0 00/0 xx/x 00/11 10/0 10/0 xx/x 10/0图 2-4 电路次态/输出的卡诺图2.4 选定触发器类型、确定激励和输出函数表达式因为不同逻辑功能的触发器驱动方式不同，所以用不同类型触发器设计出来的电路也不一样。为此，在设计具体的电路前必须选定触发器的类型。选择触发器类型时应考虑到器件的供应情况，并应力求减少系统中使用的触发器种类。根辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）6据状态转换图和选定的状态编码，触发器类型，就可以写出电路的状态方程，驱动方程和输
12、出方程了。将图 2-4 的卡诺图分解为图 2-5 中分别表示 和 Y 的 3 个卡诺图。101nQ、nQ01X00 01 11 100 0 0 x 01 1 1 x 1（a） nQnQ01X00 01 11 100 0 0 x 01 0 1 x 1（b） 0nQnQ01X00 01 11 100 0 0 x 11 0 0 x 0（c）Y图 2-5 卡诺图的分解=X1nQ=X +X01Y=X因为本电路所需触发器个数较少，所以采用了 D 触发器。所以此 D 触发器的驱动方程为辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）7=X1D= X +X0Q1输出方程为 Y= 12.5 根据得到的方
13、程画出逻辑图若以中大规模集成电路为基础的时序电路设计时，用移位寄存器可实现将 X序列的串行码按连续 3 位为 1 组转换为并行码，这样就可以用组合电路检测并行码是否正好是 110。74LS194+ CVAQBCDA B C DCPSLD=1CR1 & Y=01M=10=XSRD图 2-6 110 序列检测电路以 D 触发器为基础的时序电路设计辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）8&C1 C1&1YX1 &1D1DCP0Q图 2-7 用 D 触发器组成的数据检测器电路2.6 检查设计的电路能否自启动上述状态转换图表明，当电路进入无效状态 11 后，若 X=1 则次态转入 10
14、；若 X=0 则次态转入 00，因此这个电路是能够自启动的。第 3 章 各串行输入序列脉冲检测电路整体电路设计3.1 整体电路图及工作原理 &C1 C1&1YX1 &1D1DCP0Q辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）9图 3-1 整体电路图3.2 整机电路性能分析进行逻辑抽象，画出状态转换图。分析给定的逻辑问题，确定输入变量，输出变量以及电路的状态数。通常都取原因（或条件）作为输入逻辑变量，取结果作输出逻辑变量。定义输入，输出逻辑状态和每个电路状态的含义，并将电路状态顺序编号。按照题意列出电路的状态转换表或画出电路的状态转换图。若两个电路状态在相同输入下有相同的输出，并且
15、转换到同样一个次状态，则称这两个状态为等价状态。显然等价状态是重复的，可以含并为一个。电路的状态数越少，设计出来的电路也越简单。状态化简的目的就在于将等价状态合并，以求得最简单的状态转换图。状态分配又称为状态编码。时序逻辑电路的状态是用触发器状态的不同组合来表示的。首先，需要确定触发器的数目 n。因为 n 个触发器共有种状态组合，所以为获得时序电路所需的M 个状态，必须取 M= 。12其次，要给每个电路状态规定对应的触发器状态组合。每组触发器的状态组合都是一组二值代码，因而又将这项工作称为状态编码。在 M的情况下，从个状态的排列顺序又有许多种。如果编码方案选择得当，设计结果可以很简单。反之编码
16、方案选的不好，设计出来的电路就会复杂的多，这里面有一定的技巧。此外，便于记忆和识别，一般选用的状态编码和它们的排序都有一定的规律。因为不同逻辑功能的触发器驱动方式不同，所以用不同类型触发器设计出来的电路也不一样。为此，在设计具体的电路前必须选定触发器的类型。选择触发器类型时应考虑到器件的供应情况，并应力求减少系统中使用的触发器种类。根据状态转换图和选定的状态编码，触发器类型，就可以写出电路的状态方程，驱动方程和输出方程了。最后根据得到的方程式画出逻辑图并检查设计的电路能否启动。辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）10第 4 章 设计总结本次课程设计，我所设计的是串行输入序列
17、脉冲检测电路。通过这次课程设计让我了解了更多关于数电的知识，为今后的学习打下了坚实的基础。这个电路设计是关于时序逻辑电路的设计。时序逻辑电路简称时序电路。时序电路有两大类：同步时序电路和异步时序电路。在同步时序电路中，有一个公共的时钟信号，电路中各记忆元件受它统一控制，只有在该时钟信号到来时，记忆元件的状态才能发生变化，从而使时序电路的输出发生变化，而且每来一个时钟信号，记忆元件的状态和电路输出状态才可能改变一次。如果时钟信号没有到来，输入信号的改变不能引起电路输出状态的变化。在异步时序电路中，电路没有统一的时钟信号，各记忆元件也不受同一时钟控制，电路的改变是由输入信号引起的。辽 宁 工 学
18、院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）11本次课设设计的思想是设计一串行数据检测器。当连续输入 110 时输出为“1”，其它情况下为“0” 。总共有六个步骤来设计，分别是原始状态转换图、状态转换表；状态化简； 状态分配；选定触发器类型、确定激励和输出函数表达式；根据得到的方程式画出逻辑图；检查设计的电路能否自启动。参考文献1阎石.数字电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，1998.12 2 张健华.数字电子技术.北京：机械工业出版社，1999 3刘勇，陈松，孙王维.数字电路.北京：电子工业出版社，19934李中波，韩晓明.电子技术. 北京：机械工业出版社，19985 刘维恒.实用电子电路基础.北京：电子工业出版社，1998附录：器件清单辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）12所用器件 器件个数D 触发器 2 个移位寄存器 1 个
