北邮电路综合实验报告——串行口数据传输的仿真及硬件实现精编版

1、北京邮电大学信息与通信工程学院电路综合实验报告串行口数据传输的仿真及硬件实现姓名：学号：班内序号：班级：指导老师：日期： 2014 年 10 月 10 日1摘要：本实验模拟了现代数字逻辑电路中的数据传输过程。使用连续的代表 0 、1 的高低电平作为数字信号，将该数字信号从输出端发送到接收端，并分别用串行、并行两种方式进行锁存，检测。本实验模拟了序列信号的发生装置、串并转换装置、串行并行两种方式的检测装置、锁存输出和控制电路，实现了一个简单的串行口数据传输模型。在此试验中，通过对常见芯片的组合实现功能，将一串由0、1 组成的数字信号进行传输、转换、检测，使之显示在数码管上成为可读信息。并且，还实

2、现了对此电路显示的控制，使数码管在满足条件的情况下才点亮。在实验中，还使用了Quartus对设计的电路进行了仿真模拟。关键字：数据传输、串并转换、数据检测、QuartusIIAbstract：Thisexperimentsimulateddatatransferinmoderndigitallogiccircuit.Digitalsignalwas transferredfromtheoutputterminaltothereceivingend,whichwasconsistedof2continuous high or low level represent 0 and 1 as digi

3、tal signal, and latch, test it through serial or parallel mode.Our experiment simulated the producing equipment of sequence signal, the signal conversion module, testing module of serial and parallel mode, latch output and control circuit. It implements a simple serial port data communicationmodel.

4、In the experiment, we use the combination of simplechips to realize the function that transport, transfer and test asequenceofthedigitalsignalconsistingof0 and1, anddisplay it on LED Segment Displays. In addition, we realize thecontrolof display.The LED SegmentDisplaysworksonlyinspecificconditions.W

5、ealsoconductsimulationsonQuartus.Keywords:Data transmission, String conversion, Data detection, QuartusII目 录一、实验目的 ·······························

6、;·········43二、实验仪器 ·······································&#

7、183;4三、实验内容及设计任务···························4四、实验设计 ···················

8、·····················61.分频电路····························

9、;············62.序列信号发生器··································63.串、并转换模块

10、83;·································84.串行检测模块···············

11、·····················95.并行检测模块··························4·&#

12、183;········ 116.控制电路········································

13、;117.锁存显示模块···································· 128.总体电路图和仿真结果·········

14、3;·················· 12五 、实验的硬件实现及结果分析···················14六、遇到的问题及解决办法·······&#

15、183;················15七、心得体会 ································

16、;········16八、参考文献 ········································17

17、5? 实验目的串行口数据传输是数字系统中常用的一种数据传输方式。本次课程设计要求学生综合数字逻辑电路和串行口通信的有关知识，用硬件独立设计完成一个简单的串行口数据传输系统，并用 FPGA可编程逻辑器件进行仿真。? 实验仪器1 双踪示波器1 台2 直流稳压电源1 台3频率计1台4数字万用表1台5面包板1台? 实验内容及设计任务? 实验内容实验要求学生独立去设计一个完成一个简单的串行口数据传输系统，系统框图如下：6由图可见，系统分为发送端，接收端两部分。发送端主要是同步字符、结束字符、时钟电路和信息码发生器。接收端包括串 / 并转换电路、字符检测电路、控制电路、锁存接收和显示电路。要求学生将以上电

18、路分别设计出来，然后互相连接和总体调测。? 设计任务? 设计时钟电路? 设计信息码，其中包含同步字符? 设计串并转换电路? 设计同步字符检测电路? 设计控制电路? 设计锁存接收电路? 设计显示电路? 总体连接、联调? 具体要求1）发送端信息码：，由信息码形成电路实现。2）同步码： 1111000 。信息码的前 7 位为同步码，需要用同步检测电路检测，在电路板加电后，首先显示同步码。3）同步码及其它各组串行码要求在数码管上逐个显示。4）要求在字符检测电路中，先用串行检测的方法设计实现，7再用并行检测的方法设计实现。? 实验设计1.分频电路实验提供的晶振频率为 1MHz，用数码管显示同步码和其它串

19、行码时，应将频率降到小于 2Hz/ 秒，我们使用的是 74LS161 计数器，每一片芯片可实现 16 分频，经计算可知需要 5 片 74LS161。5 片 74161 逐级分频，前 4 片芯片实现 16 分频，最后一片实现 8 分频，得到的频率为 1MHz ÷（ 164 ×8）1.9Hz。电路原理图如下：2.序列信号发生器本次实验需要产生的循环码“”为 15 位，此序列产生的 15 种 4 位序列互不重复，因此可用 4 位 D 触发器产生此序列，反馈电路中的逻辑关系用一个数据选择器实现。状态转移表如下：8卡诺图如下：Q4Q3Q2Q1D11110111001100010001

20、00010001000100110011001100110111010101010101110111011119Q4 Q30001111021Q Q00101010101110101100101由卡诺图得 D= Q4Q3，同时为了使电路自启动， 应该为 1，则 D=电路原理图如下：发生序列如下：3.串、并转换模块串并的转化可以通过移位寄存器来实现，因为需要7 位并行输出，10所以需要两块移位寄存器74LS194 级联构成。电路原理图如下：4.串行检测模块串行检测可只检测同步码的后四位 1000 ，当有连续 4 位与 1000 符合时，则输出信号。状态转移图如下：对 A、B、C、D 分别编码为

21、00、01、11、10，状态转移表如下：D=0D=100000101110111100010000011输出为：ZD=0D=10000010011001010卡诺图如下：12由卡诺图可得：D2=Q2n+1 =D1=Q1n+1 =Z =电路原理图如下：5.并行检测模块并行数据需要检测 15 位数据，由两个 74LS85 比较器级联即可比较 15 位数据，电路图如下：136.控制电路控制电路的输入为串 / 并行检测电路的输出，控制电路的结果输出至锁存器，从而控制数码管的显示，可利用 D 触发器的特性实现此功能。串 / 并行检测电路的输出从 D 触发器的时钟输入，检测信号得到一个脉冲时 D 触发器被

22、触发，开始输出时钟信号。电路原理图如下：7.锁存显示模块锁存的功能可用一片74LS273 芯片即可实现，电路图如下：148.总体电路图和仿真结果串行检测总图：并行检测总图：15仿真波形：? 实验的硬件实现及结果分析1.实验所用芯片清单芯片名称简介数量74LS161四位同步计数器574LS153双 4-1 线数据选择器174LS1944 位双向移位寄存器374LS273 输入端三或非门274LS175四D触发器174LS113 输入端三与门274LS046 反相器174LS85四位量值比较器274LS74双D触发器11674LS2738D 锁存器12.硬件实现图2.结果分析由结果波形可以看出，当

23、发生序列到达同步码 1111000 时，检测电路检测到同步码，锁存器开始输出数据，从而使数码管开始显示。17? 遇到的问题与解决方法（一）电路设计在设计分频电路时，我们用到 5 片 74LS161 同步计数器，我们把分频的原理与计数原理混淆，把分频电路设计成了计数电路，虽然在软件上仿真结果是正确的，但实际在面包板上无法实现分频功能。好在及时向老师寻求帮助，找出了问题，让 5 片计数器芯片逐级分频，得到了正确的结果。（二）硬件搭建1、在搭建电路的过程中，由于元件之间连线复杂，面包板接线点有限，导致导线没有地方插，而且出现很多交叉的情况。我们改变了芯片的布局，经过精心安排，使整个线路变得清晰美观，解决了这个问题。2、我们对数码管的使用方法不是特别了解，为了检查数码管是否工作，直接将 5V 电源接在了数码管的管脚，导致数码管电流过大，损坏了数码管。在老师的帮助下，我们了解了正确的使用方法。3、连接了检测电路以后，我们接通了电源来检测电路的输出是否正确，但是数码管有异常。我们用万用表仔细检查，发现了锁存电路中有短路点。通过一级一级向上检查，检查到我们使用的74LS273芯片损坏。我们及时更换了新的芯片，解决了这个问题。184、在全部电路连接完成后，我们先接通了VCC 和地线，然后打开了直流