数字逻辑课程设计-“111”序列检测器.doc

武汉理工大学（数字逻辑）课程设计学 号： 课 程 设 计课程名称数字逻辑设计题目“111”序列检测器专 业计算机科学与技术学院班 级姓 名指导教师2011年3月10日课程设计任务书学生姓名 学生专业班级 计算机0908班指导教师 学 院 名 称 计算机科学与技术学院一、题目：“1 1 1”序列检测器。原始条件：使用d触发器( 74 ls 74 )、“与”门 ( 74 ls 08 )、“或”门( 74 ls 32 )、非门 ( 74 ls 04 )，设计“1 1 1”序列检测器。二、要求完成设计的主要任务如下： 1能够运用数字逻辑的理论和方法，把时序逻辑电路设计和组合逻辑电路设计相结合，设计一个有实际应用的数字逻辑电路。2使用同步时序逻辑电路的设计方法，设计“1 1 1”序列检测器。写出设计中的5个过程。画出课程设计图。3根据74 ls 74、74 ls 08、74 ls 32、74 ls 04集成电路引脚号，在设计好的“1 1 1”序列检测器电路图中标上引脚号。4在试验设备上，使用74 ls 74、74 ls 08、74 ls 32、74 ls 04集成电路连接、调试和测试“1 1 1”序列检测器电路。三、课程设计进度安排：序号课 程 设 计 内 容所用时间1设计“111”序列检测器电路1天2电路连接、调试和测试3天3分析总结设计，撰写课程设计1天合计5天指导教师签名： 2011 年3 月10 日系主任（责任教师）签名： 2011 年 3月10 日一、 实验目的：1、 深入了解与掌握同步时序逻辑电路的设计过程；2、 了解74ls74、74ls08、74ls32、及74ls04芯片的功能；3、 能够根据电路图连接好实物图，并实现其功能。学会设计过程中的检验与完善。二、实验内容描述：题目：“111”序列检测器。原始条件：使用d触发器（74ls74）、“与”门(74ls08)、“或”门(74ls32)、“非”门(74ls04)，设计“111”序列检测器。集成电路引脚图：三、 实验设计过程：第一步，画出原始状态图和状态表。根据任务书要求，设计的序列检测器有一个外部输入x和一个外部输出z。输入和输出的逻辑关系为：当外部输入x第一个为“1”，外部输出z为“0”；当外部输入x第二个为“1”，外部输出为“0”；当外部输入x第三个为“1”，外部输出才为“1”。假定一个外部输入x序列以及外部输出z为：输入x：0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1输出z：0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 要判别序列检测器是否连续接受了“111”，电路必须用不同的状态记载外部输入x的值。假设电路的初始状态为a，x输入第一个“1”，检测器状态由a转换到b，用状态b记载了检测器接受了“111”序列的第一个“1”，这是外部输出z=0；x输入的第二个“1”，检测器状态由b转换到c，用状态c记载检测器接受了“111”序列的第二个“1”，外部输出z=0；x输入的第三个“1”，检测器状态由c转换到d，外部输出z=0。让后再根据外部输入及其他情况时的状态转移，写出相应的输出。以上分析了序列检测器的工作，由此可画出图1的原始状态图。根据原始状态图可列出原始状态表，如表2所示。现态 次态 /输出 x =0x =1aa/0b/0ba/0c/0ca/0d/1da/0d/1 （图1 原始状态图） （表2 原始状态表）第二步，状态化简。表2所示的原始状态表是完全确定状态表.根据表2做隐含表，如图3所示。通过对原始状态表中各个状态所对应的输出和状态转移情况分析，可以找到最大等效类。并a以代替最大等效类(a)，并以b代替最大等效类(b)，并以c代替最大等效类(c,d)，得到最小化状态表如表4所示。bbccdabc现态 次态 /输出 x =0x =1aa/0b/0ba/0c/0ca/0c/1 （图3 隐含表） ( 表4 最小化状态表) 第三步，状状态编码。表4共有3个状态，所以需要两位二进制表示。设状态量为y2和y1。根据状态编码的基本法则，可以确定状态a和b，c和d应该分配相邻代码。状态编码方案如图5所示。状态a的编码为“00”，状态b的编码为“01”，状态c的编码为“10”。将各状态的编码带入表，得到表6所示的二进制状态表. 现态次态/输出y1 y2x=0x=10 000/001/00 100/010/01 000/010/1y1 y2010ac1b (图5 状态编码方案) （表6 二进制状态表）第四步，列出激励函数和输入函数表达式。1、根据表6所示的状态表和触发器d的激励表，可列出激励函数和输入函数的真值表，如表7所示，x y2 y1d2 d1 z0 0 00 000 0 10 000 1 00 000 1 1d dd1 0 00 101 0 11 001 1 01 011 1 1d dd （ 表7 激励函数和输出函数的真值表 ）2、由真值表可写出激励函数和输入函数的表达式：d1=m5+d(3,7);d2=m(5,6)+ d(3,7);z=m6+d(3,7);4、 由真值表可画出激励函数和输入函数的卡洛图，如图8所示。 根据组合逻辑电路写出的输出逻辑函数表达式一般不是最简逻辑函数。化简输出逻辑函数的目的是使输出逻辑函数表达式成为最简输出逻辑函数，便于分析出逻辑电路的功能下面三个卡诺图分别是函数d1，d2，z的卡诺图，在化简过程中，先在对应方格里填上1、0，再结合无关小项d对逻辑函数进行化简。（表8 激励函数和输出函数的卡洛图）5、 由图得出激励函数和输入函数的表达式为d2=x(y2+y1) d1=xy2y1 z=xy2第五步，画出逻辑电路图。根据所求得到的激励函数和输出函数表达式，画出如图9所示的时序逻辑电路图。四、接线并调试： 一、接线：1、按照电路图和门的脚引图，在集成电路板接线。2、连线过程必须十分小心谨慎，因为插孔较多较密，不小心可能会插错，无法达到设计预期的效果。二、调试：1、本次试验中存在无效状态“11”，在输入为“1”时，产生一个错误输出“1”，为消除这个错误，需对输出函数进行修改。修改后 z=xy2y1。 2、实验过程中必须非常小心不可以将集成电路高低电位接反，否则可能烧毁集成电路元件； 3、实验过程中必须讲究协作精神，分工明确。连接电路时必须记住插口的次序，否则找不到时再回去搜索会浪费时间； 五、集成电路连接图:经过调试和测试，生成了最终的设计方案，入戏未涉及结果的集成电路连接图：六、实验小结与体会： 经过几天的辛苦劳动，自己深入地思考过，也向周边同学请教过，中间走过不少弯路，终于完成了数字逻辑课程设计报告。虽然任务相对简单，但是课程设计中间的很多细节都还是需要我们注意，譬如，卡诺图的化简、逻辑电路图的画法，这些平时完成题目很简单，可是当我们需要用电子档完成时，一切就不那么容易，必须得自己用专业软件去完成，而这过程又是一个不断摸索的过程。本次课程设计加深了我对数字逻辑这门课程的理解与认识。我对 d触发器、“与”门、“或”门、以及非门的使用与连接有了进一步的了解。并且认识到团队合作的重要性。这次我们小组分到的任务是“111”序列检测器。通过对数字逻辑课程一个学期系统和理论的学习，这项任务对我们来说不是很困难。们开始之前先进行了讨论跟任务分配。然后每个人都做了一个设计。最后大家商量跟讨论，在连接电路图时选择了一个比较合理的方案。虽然在连接电路和检查过程中遇到了很多难题。但是我们通过小组讨论和向老师请教解决了一些疑惑。 还有要谈谈我们这次设计的不足之处，本次课程设计是以小组为单位进行的，我们各自分配了任务，因此我们有些方面得到了强化，有些方面却缺少了炼，虽然说人多力量大，但却多了些依赖思想，而且整体没有配合好，使得我们之前的进度一直比较缓慢，但是大家还是能够合理安排，很多问题得到解决。说到设计，我们如今已经可以避免发生一些原则性的错误，但是有一些细节我们还是做得不够，这是我们以后的设计中应该提起重视和改进的。数字逻辑课程设计结束，相对而言，数字逻辑更多的和硬件打交道，可能现在很多计算机专业学生更多注重学习软件知识，但我想动手实践的过程总能让自己收获或许知识，很多东西貌似简单可是却是纸上得来终觉浅，须知此事还躬行。平时还是要加强自己的基本功，软硬兼施，这样才能不断提高自己的计算机水平，做一名合格追求优秀的计算机专业学生。 而且，还要感谢我们指导老师的细心指导、认真监督，以及给我们组的设计提出的许多中肯意见。路漫漫其修远兮，虽然本学期数字逻辑课程结束了，但仍觉得自己还有很多东西要学，我会在自己在以后的学习生活中不断努力、不断提高，争取更大的进步。本科生课程设计成绩评定表班级：计算机0908班 姓名：叶敏 学号：012091