课程设计（论文）序列号产生器及其仿真

1、 课 程 设 计 报 告 设计题目：序列号产生器及其仿真 班 级： 08 机械 学 号： 姓 名： 设计时间： 2010年10月 目录第一章 概述 3第2章 课程设计及要求 4 2.1 设计任务 4 2.2 设计要求 4第3章 系统设计 5 3.1 设计结构 5 3.2 结构框图及说明 5 3.3 主要元器件及其功能介绍 6 3.4 原理分析 11 3.5 序列信号发生器的电路逻辑图的设计 13 3.6 在multisim软件上检测和调试 14第4章 软件仿真 15 4.1 仿真电路图 15 4.2 仿真过程 15 4.3 仿真结果 15第5章 安装调试 16 5.1 安装调试过程 165.2

2、 故障分析 16第6章 结论 17第7章 使用元件清单 18第8章 总结 19 第1章 概 述 数字电路具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、程序软件控制等一系列优点。随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。为了充分发挥数字电路在信号处理上的强大功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。自20世纪70年代开始，这种用数字电路处理模拟信号的所谓“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域，如序列号产生器等。 很有幸我们学习了数字电子技术这门学科，并且是我们的重点课程，在上课和

3、实验的过程中，渐渐的我喜欢上了它。每一节课我都认真学习，每次实验我都认真的去完成。这次的课程设计我选择了序列号产生器及仿真这个题目，现在我自己来做这实验时，很多东西需要去查资料，翻书才能弄清楚，并且要弄懂它的原理。感觉把知识运用出来是很重要的。 第2章课程设计任务及要求2.1 课程设计的目的学懂移位寄存器和数据选择器的功能，并且能够熟练运用，掌握构成一个序列信号发生器的原理和方法。2.2 设计任务及要求 1熟悉移位寄存器和数据选择器的功能，并应熟练运用。 2选择合适的元器件来构成一个序列信号发生器。 3掌握构成序列信号发生器的原理和方法。 4设计序列信号发生器的电路逻辑图。能输出指定的序列号：

4、00101110 第3章 系统设计 3.1 设计结构 1：1hz信号源的产生由ne555等元器件组成的信号器产生。 2：序列号00101110产生由移位寄存器74ls194和数据选择器74ls153及与非门74ls00完成。 3：检验序列号的产生通过观察发光二极管产生的明暗次序来完成。3.2 结构框图及说明 发光二极管检验装置 序列号产生器 1hz信号源 由ne555电路产生1hz信号源（矩形方波）输送给序列号产生装置作为cp，再由74ls194和74ls153及74ls00组成的序列号产生器来控制产生预期的序列号00101110，再通过发光二极管来检验是否达到实验预期结果。3.3 主要元器件

5、及其功能介绍1. ne555 1hz脉冲发生器 时钟信号产生电路主要由ne555定时器组成振荡器，产生稳定的脉冲信号，送到序列号产生电路，序列号产生电路根据一定的0.1信号。信号发生电路如下图1。图1 ne555引脚图介绍如下 ne555引脚位配置说明下：（图2） 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 2 (触发点) -这个脚位是触发ne555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 vcc，下缘须低于1/3 vcc 。 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到o伏左右的低电位。于高电位时的最

6、大输出电流大约200 ma 。 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出。 6 (重置锁定) - pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 vcc电压以下移至2/3 vcc以上时启动这个动作。 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为on时为low，对地为低阻抗，当输出为off时为high，对地为高阻抗。 8 (v +) -这是555个计时器ic的正电源电

7、压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 （图2） tw1=(r1+r2)c*in（）=0.7(r1+r2)c tw2=r2c*in（）=0.7r2c 时间周期： t=0.7（r1+2r2)c 2 74ls194移位寄存器 移位寄存器的功能：是当时钟控制脉冲有效时，寄存器中存储的数码同时顺序向高位（左移）或向低位（右移）移位一位。所以，移位寄存器的各触发器状态必须同时变化，为同步时序电路。 因为数据可以按序逐位从最低位或最高位串行输入移位寄存器，也可以通过置数端并行输入移位寄存器。所以移位寄存器的数据输入、输出方式有并行输入/并行输出、并行输入/串行输出、串行输入/

8、并行输出、串行输入/串行输出。移位寄存器主要应用于实现数据传输方式的转换（串行到并行或并行到串行）、脉冲分配、序列信号产生以及时序电路的周期性循环控制（计数器）等。图1-2-1 74ls194的逻辑符号及引脚功能表1-2-1 74ls194的逻辑符号及引脚功能 74ls194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置数、保持、清除等多种功能。74ls194各引出端功能如下： d0d3: 并行数码输入端。 cr: 异步清 0 端，低电平有效。 sr、sl：右移、左移串行数码输入端。 s1、 s0： 工作方式控制端。 四位移位寄存器74ls194的逻辑功能如表1-1-1所示。在方式信号三s1和s0控

9、制下，74ls194可以实现右移（串行数据从sd输入）、左移（串行数据从sa输入）、置数（并行数据从d、c、b、a输入）及保持（输出不变）功能。 表1-1-1 四位移位寄存器74194功能表输入输出功能 qd qc qb qa-0 0 0 0 0异步复位1 1 1 dcbad c b a同步置数1 1 0 di di qd qc qb右移1 0 1 di qc qb qa qi左移1 0 0 qd qc qb qa保持 从其功能表1-1-1可以看出，只要cr=0，移存器无条件清 0。只有当cr=1，cp上升沿到达时，电路才可能按s1s0设置的方式执行移位或置数操作：s1s0=11为并行置数，s

10、1s0=01为右移，s1s0=10为左移，时钟无效或虽然时钟有效，但s1s0=00 则电路保持原态。 3 数据选择器 (1)数据选择器又叫“多路开关”。数据选择器在地址码（或叫选择控制）电位的控制下，从几个数据输入中选择一个并将其送到一个公共的输出端。数据选择器的功能类似一个多掷开关，如图1-2-1所示，图中有四路数据d0d3，通过选择控制信号 a1、a0（地址码）从四路数据中选中某一路数据送至输出端q。 数据选择器为目前逻辑设计中应用十分广泛的逻辑部件，它有2选1、4选1、8选1、16选1等类别。 数据选择器的电路结构一般由与或门阵列组成，也有用传输门开关和门电路混合而成的。 (2)双四选一

11、数据选择器 74ls153 所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。引脚排列如图1-2-3，功能如表1-1-3。 图1-2-3 74ls153引脚 表1-1-3 74ls153功能 、为两个独立的使能端；a1、a0为公用的地址输入端；1d01d3和2d02d3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；q1、q2为两个输出端。 当使能端（）1时，多路开关被禁止，无输出，q0。 当使能端（）0时，多路开关正常工作，根据地址码a1、a0的状态，将相应的数据d0d3送到输出端q。 如：a1a000 则选择do数据到输出端，即qd0。 a1a001 则选择d1数据到输出端，即qd

12、1，其余类推。 数据选择器的用途很多，例如多通道传输，数码比较，并行码变串行码，以及实现逻辑函数等。（3）数据选择器的应用 数据选择器的应用很广，它可以作二进制比较器、二进制发生器、图形发生电路、顺序选择电路等。在应用中，设计电路时可以根据给定变量个数的需要，选择合适的多路选择器来完成，具体设计步骤如下： 1）根据所给出组合逻辑函数的变量数，选择合适的多路选择器。一般是两个变量的函数选双输入多路选择器，三变量的函数选四输入多路选择器，四变量的函数选八输入多路选择器。 2）画出逻辑函数的卡诺图，确定多路选择器输入端和控制端与变量的连接形式，画出组合电路图。3.4 原理描述 序列信号发生器是能够循

13、环产生一组或多组序列信号的时序电路，它可以用移位寄存器或计数器构成。序列信号的种类很多，按照序列循环长度m和触发器数目n的关系一般可分为三种： 最大循环长度序列码， m=2n。 最长线性序列码(m序列码)，m=2n-1。 任意循环长度序列码，m2n。 图1-2-4 反馈移位型序列信号发生器框图 反馈移位型序列码发生器的结构框图如图1-2-4所示，它由移位寄存器和组合反馈网络组成，从移存器的某一输出端可以得到周期性的序列码。其设计按以下步骤进行： 根据给定序列信号的循环长度m，确定移存器位数n， 2n-1m2n。 确定移位寄存器的m个独立状态。 将给定的序列码按照移位规律每n位一组，划分为m个状

14、态。若m个状态中出现重复现象，则应增加移存器位数。用n+1位再重复上述过程，直到划分为m个独立状态为止 根据m个不同状态列出移存器的态序表和反馈函数表，求出反馈函数f的表达式。 检查自启动性能。 画逻辑图。 3.5 序列信号发生器的电路逻辑图的设计 确定移位寄存器位数n。 因m=8， 故n3。 确定移位寄存器的八个独立状态。 将序列码00101110 按照移位规律每三位一组，划分八个状态为 001、010、101、011、111、110、100、000。其迁移关系如下所示： 001 0 010 1 101 1 011 1 111 0 110 0 100 0 000 1 作出反馈函数表，如下表所

15、示，由迁移关系可看出移位寄存器只进行左移操作，因此s1=1, s0=0。将f(sl)的卡诺图填入图(a)中，选用四选一实现f(sl)函数。 反馈函数表: qb qc qd f(sl) 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 001110001 qc qb qd 00 01 11 10 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 检查自启动性能。 画逻辑电路。3.6 在multisim软件上检测和调试 在multisim上选择元器件作出电路图。选择run，运行电路。打开示波器，发现其波形为一条直线，与期望结果不符。检查错误，发现有些元器件的引脚未接

16、地，继续调试，其波形成周期性变化，但仍与期待结果有点差异。检查后发现，有些元器件的引脚接线错误，并且有些器件的输入端输入错误。再次调试后，得出期待结果。最终电路图如下： 图3.6 第4章 软件仿真4.1 仿真电路图 仿真图 如图 3.64.2 仿真过程 电路的连接与仿真是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段。仿真这部分工作在multisim仿真软件上进行。对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试之后，每连接一部分都要调试一次，才能确保最后的成功。 multisim这个仿真软件以前用的很少，对它的基本仿真过程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明确

17、，只能一边学习，一边仿真，过程很慢但收获很多。 基本过程： 1、按照电路原理图将仿真分成几部分依次连接电路并调试； 2、连接ne 555脉冲发生器并调试 3、连接序列号产生电路并调试，观察是否符合要求； 4、观察发光二极管是否达到预期结果。 4.3 仿真结果 电路成功将序列号00101110显示出来。 第5章 安装调试 5.1 焊接与调试过程 按照如图3.6电路图焊接电路，由于电路图比较复杂在连接过程中必须认真细心。首先必须明确实验原理，在此基础上连接电路会相对比较清晰明了，同时注意集中精力。并且由于焊接导线比较多，为了避免不必要的麻烦，在焊接后需要检测每一条导线是否导通。调试过程分为单元电路

18、检测和整板电路调试。5.2 故障分析 没能实现预想的功能，就要一个一个部分的检查，若哪一个功能不能实现，再根据故障分析和排除的方法，找出故障，并加以改进，排除故障。调试并不是一件易事，需要准确找到故障处，否则只能乱碰，却达不到效果，只是白费时间，经过实践，我觉的缩小范围的方法很实用，可以省去很大的工作量，大大提高了排障的效率。 第6章 结论 经过这学期的课程设计，我完成了这次的设计要求，成功的设计了一个序列号产生器，完成了预想的功能。首先提出可行的执行方案，多提出几种方案，集思广益。然后对方案进行理论上的论证。选择方便可行而且价格便宜的元件，进行设计，注意性价比。 通过对本次设计的方案理论论证并且应用 multisim 仿真软件进行分析仿真，可证明此方案可行。采用先提出问题，再建立模型，思索方法，对比比较，选用器材，最后仿真测试的方法，是解决此类问题的关键。 第7章 使用元件清单元件清单表： 元件名 数量 74ls194(移位寄存器） 1块 74ls153(数