8421码检测电路的设计

1、.数字电路与逻辑设计实验报告实验九 8421码检测电路的设计姓名：_ 学号：17XXXXXX班级：电子XXXX一、实验目的1. 了解检测电路的工作原理。2. 进一步掌握同步时序电路的设计方法。二、实验器件1、实验箱、万用表、示波器。2、74LS73, 74LS74, 74LS00, 74LS20, 74LS197。三、实验预习根据使用器件的不同, 我们可以设计出两种不同思路的电路.米里时序电路:根据需求, 按照米里时序电路的设计流程得到触发器驱动方程.首先画出状态转换图, 并对图做出适当简化.保留S0, S1, S3, S4 , S7, S8六个状态,并用3个JK触发器的23 = 8个状态中的

2、6个表示它们,状态分配表如下图.Q3Q2Q1000111100S0S4S3S11S7S8XX将上面的状态转换和输出写成上述的代数形式有Q3Q2Q1X01000010/0010/0010011/0001/0011101/0100/0001100/0100/0101000/0000/0100000/0000/1根据上表画出Q3,Q2,Q1,X的次态卡诺图, 并进而得到各个端口的驱动方程.Q1:XQ3Q2Q1000111100000110100XX1100XX100001化简得到Q1n+1 =Q2 n x n + x Q2 n x Q1 n有J1 = Q2, K1 = ( Q2)Q2:XQ3Q2Q1

3、000111100010010100XX1100XX101000化简得到Q2n+1 =n x n x n + x Q2 n x n有J2 = n x n, K2 = ( x n)Q3:XQ3Q2Q1000111100001100100XX1100XX100110化简得到Q3n+1 = n Q1 n有J3 = Q1n, K3 = 1F:XQ3Q2Q1000111100000000100XX1110XX100000化简得到F = X Q3 n n这样, 就能使用三个JK触发器构造一个8421码检测电路, 为保证正确性还可以添加一个74LS74触发器来保证X已经转变.用于仿真时的动态测试, 我们还需

4、要一种16进制的串行输出计数器, 即按顺序串行输出0000-1000-0100, 对每个数从最低位开始, 依次输出4个二进制数.我们可以借助计数器和寄存器实现该器件, 首先使用一个计数器实现4分频, 从已有的f频率,50占空比的时钟信号中获取f/4频率的, 12.5占空比的同相位脉冲信号. 再使用这两个时钟循环地执行 计数-4次移位读数-置数的工作, 画出电路图如下所示.其输出波形的一个周期如下面的波形图所示:靠上信号为器件输出, 靠下信号为时钟脉冲, 容易看出经过64个时钟周期, 器件输出了从0000到1111的串行形式.把该输出作为8421检测电路的输入X, 得到电路图如下.其波形如下所示

5、:可见在一整个015的序列中,只有6种数字引起了电路的非法脉冲, 分别是1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 和1111, 仿真时由于给定时钟信号的固有问题, 无法从S0状态开始检验, 但仍然不影响我们仿真验证的完备性.摩尔型时序电路摩尔时序电路无需考虑输入,输出和状态之间的关系, 我们只需要使用寄存器和计数器来收集输入的信号, 并进行逻辑运算即可.我们使用3个JK触发器串行读取输入的X, 并设置计数器为4进制, 这样每当计数器从0计数到3时, 对三个触发器和X的状态执行一次逻辑运算, 如果满足”非BCD码”的条件,就输出一段脉冲.非BCD码的判断条件经化简后为: Q4(

6、Q3+Q2)则输出脉冲信号的逻辑表达式: Q4(Q3+Q2)(QA QB)计数器清零条件:QC这样,使用3个JK触发器和一个197计数器, 就实现一个BCD码判断电路.使用上面的串行16进制输出器进行动态仿真,波形如下:其中最上面的波形为电路输出, 中间的波形为时钟信号, 下面的波形为串行16进制输出器产生的输入信号. 可见, 只有后6个波形出现非法脉冲, 判断电路正常工作. 四、实验内容1、 实验目的本实验要求设计一一个8421BCD码(串行输入)检测电路。此电路是用来检测串行的8421码传输过程中是否发生错误。假定8421BCD码传送过程中是由低位到高位串行输送，例如十进制2 (代码为00

7、10)是按0、1、0、0次序传送的。如果在传送过程中代码发生错误，出现非法数码(不在0000到1001之间的代码),则检测电路发生一脉冲信号。实验所用触发器为JK触发器，要求自己设计、自己安装和测试。2、设计过程正式实验由于器件和线的限制，没有机会实现上述的16X4串行信号发生器和摩尔型时序电路。只实现了米里时序电路，并用四分频的信号进行动态测试。在3个JK触发器的J，K输入端按照上述的驱动方程接线，时钟信号并行接入JK触发器的CLK端，清零端均接高电平。在输出口F接一个D触发器，其时钟信号与前面相同，D触发器清零端也接高电平。对静态测试，脉冲接手动脉冲，输出端F接LED灯，输入X接模拟开关，

8、观察不同输入时输出的变化。作为动态输入，我们需要一个四倍于时钟周期的信号。使用74LS197输出该信号，将CP0接时钟脉冲，QA接CP1，MR和PL接高电平，并将被四分频的信号QC接入检测电路的输入端X，输出F接逻辑分析仪，观察动态波形。五、测试过程实验接线图：静态测试： 输入序列为0101(1010/10)时，F为高电平 输入序列为1111(1111/15)时，F为高电平 输入序列为1110(0111/7)时，F为低电平 输入序列为1001(1001/9)时，F为低电平经16次静态测试，能得到高电平输出的有1010，1011，1100，1101，1110，1111.体现了电路只对非BCD码信

9、号输入的敏感性。动态测试：得到的波形如下图所示，由于QC信号具有相位的不确定性，对不同的起始状态位置，会导致对QC的不同截断方式，进而会产生不同的输出波形。波形1：图中波形从上到下依次为输出F，Qc，反相后的时钟脉冲和时钟脉冲。判断该图中的截断方式为0000和1111，其中0000不输出脉冲，1111输出脉冲。波形2：图中波形从上到下依次为输出F，Qc，反相后的时钟脉冲和时钟脉冲。判断该图中的截断方式为0001和1110，其中0001不输出脉冲，1110输出脉冲。经判断此外还有两种截断方式，0011-1100和0111-1000，前者会在上图的左侧一周期远的地方产生脉冲，后者不会产生脉冲。但个

10、人感觉全部记录意义不大，只在这里做出说明。由动态测试和静态测试结果，我们可以看出电路会对非8421码的信号，在最后一位的时刻输出一个时钟周期宽度的脉冲，说明电路正确，符合题目要求。六、总结对固定需求的电路，往往根据实验器件的不同，会有相当多的设计方案，同时也各有优缺点。比如本实验中的两种设计方案，米里时序电路使用状态转换来实现，只需要3个触发器描述六个状态，所需器件较少，但其状态搭建好后就不能做其他拓展，泛用性较差。而摩尔时序电路需要3个触发器和一个计数器来实现，虽然使用了较多的器件，但我们只需要根据不同的需求对电路进行简单的改动，就能得到功能完全不同的电路，比如对偶数码产生脉冲，对质数产生脉冲等。其泛用性远高于前者。实验中使用了一种防止错误码的技巧，使用锁存器锁定输出后再进行输出。这可以将输出的时间点延长到CP的有效沿时刻，以留给输入信号一段