用“一对一”法设计同步时序电路

1、数字逻辑电路分析与设计课外实践项目报告题目：用“一对一”法设计同步时序电路组号：B-7组员：学 号姓 名工作量 %签字1*2345注：*为组长。2015年1月报告目录一、 实验方案二、 实验原理三、 完成过程四、 设计心得与体会五、 工作分配一、实验方案电路用发光二极管分别显示输出状态Z，以及工作状态S1、S2、S3、S4。灯亮表示输出为高电平，灯暗表示输出为低电平。具体操作流程如下：1）打开电源开关，使电路处于工作状态，此时默认处于S1状态。2) S1状态下由逻辑电平开关输入00信号时保持S1状态不变，输入为01时转变为S4，输入10时状态转变为S23）S2状态下由逻辑电平开关输入00,10

2、信号时都保持S2状态不变，输入为01时状态转变为S34）S3状态下由逻辑电平开关输入00时状态转换为S1，输入为01,10时状态保持S3不变5）S4状态下由逻辑电平开关输入00，01时保持S4状态不变，输入为10时转为S3状态6）CLR为复位脉冲开关，若按下CLR开关，则复位到S1状态。二、实验原理（1）、电子线路图（2）、芯片使用介绍： 74LS00 四2输入与非门ABY001011101110 74LS10 三3输入与非门ABCYXX01X0X10XX11110 74LS04 六反相器A Y0110 74LS175 四D触发器 74LS175 四上升沿D触发器的引脚图和真值表（3）、逻辑原

3、理A状态转换电路 状态图和状态表2.触发器状态的直接分配 在这个电路中有S1、S2、S3、S4共4个状态。规定分别与4个触发器、和的Q1、Q2、Q3、Q4端直接对应。在74175中每个触发器端，以Q端表示触发器的状态，即0和1两个状态。为便于用开机复位的方式启动电路，触发器的有效状态是0状态：触发器、和的有效状态是1状态。于是规定： 若Q1=0，则表示电路处于S1状态； 若Q2=1、Q3=1、Q4=1分别表示电路处于S2、S3、S4状态。 由于电路任何时刻均只处于一种状态，因此，4个触发器中只有一个处于有效状态。如果在Q1、Q2、Q3、Q4检查触发器的状态，那么其中只可能有一个1。状态为1的那

4、个Q端指出了电路的状态。这样，Q1、Q2、Q3、Q4与 S1、S2、S3、S4 之间建立了直接的、一一对应的关系。从状态分配的角度来说，用Q1Q2Q3Q4 =1000、0100、0010、0001，分别表示S1、S2、S3、S4。3.逻辑次态表 4.D触发器的次态方程和输出方程由于S1与Q 1对应，S2、S3、S4分别与Q2、Q3、Q4对应，因此有：D1= =D2 = D3 = D4 = 由状态表（图），可以直接写出该电路的输出方程：Z= Q2+Q3+Q4=Q1B时钟脉冲发生电路利用RC环形多谐振荡器，由奇数个反相器首尾相连而组成，利用门电路的传输延迟时间产生自激振荡。振荡周期为T。由于门电路

5、的传输延迟时间很小，产生的自激振荡的频率会很高，并且不易调节。为此可在门电路环路中插入RC延迟环节，这样不仅增加了延迟时间，还可以通过改变RC实现频率调节。图中a点由高电位跳变到低电位时，b点由低变高它一方面经F2使c点由高变低，另一方面通过电容C耦合到d点，使d点的电位也上跳到高电位，于是，输出暂时保持为低电位，即开始第一个暂稳态。随着电容C的充电，d点电位逐渐降低，当d点电位降低到关门电平时，F3迅速关闭，a点由低变高，b点由高变低，d点下跳到较负的电压值，确保F3输出暂时保持为高电位，即开始第二个暂稳态，此时电容C放电，当d点电位逐步上升到开门电平时，F3迅速开启，a点由高变低，于是又从

6、第二个暂稳态跳变到第一个暂稳态，如此继续，形成自激振荡。振荡周期T=2.2RC。 三、完成过程1、分析项目原理。鉴于此次项目与上课内容相关，我们提前自学了课本5.3相关的内容，并查阅了时钟脉冲产生电路，确定了该设计的原理。2、画出工作电路图。仿照课本上的逻辑电路图，而后通过搜集相关芯片的引脚图，工作特点等性能，我们着手用Multsim软件绘制电路图，几次调试仿真失败后，我们通过改变元器件排列、参数、接线等，最终进行仿真后实现所要求的功能3、中期报告的撰写。将前期搜集的资料进行汇总、梳理元器件工作原理等，撰写出中期报告。4、电路板的焊接。在第五周开始电路板的焊接，由于电路图使用了七块芯片，且每块

7、芯片的引脚众多，焊接工作相当繁重。我们只能对照原理图接线，在地的选择上采取了以单点当地的方式，使得导线的跨度大，使得整个板子的后面的导线十分烦乱，后我们在板子上多焊了几个点分开导线，使得导线布局不那么错综复杂。5、电路板的调试。在电路板的焊接完成后，我们开始对电路板进行调试。测试发现我们焊接好的电路无法实现设计效果，我们进行了很多天的调试，结果发现了以下问题：问题一：电路焊接过于混乱。在最开始接线时，拨码开关处没有焊接地线，加之我们原来的电路较为复杂，剪出来的导线长短控制不够好，导致焊接出来的电路极为混乱，检查十分繁琐。我们试图分块检查时发现所接导线的混乱程度超过我们原来的设想，且分块调试时发

8、现电路仍无法实现正常的效果。问题二：仔细检查接线后，板子的逻辑功能混乱。我们大致判断是芯片有因为焊接时直接放置而烧坏现象。于是决定更换全部芯片。在芯片更换过程中，我们发现在板子的三块10芯片随机组合调试时出现的逻辑现象都不同，我们认为是芯片引脚的焊接有问题，所以对每个焊点都进行了整修，发现还是无法实现预计现象。6、电路板的重新焊接在发现以上难以解决的问题以后，尤其是原本的接线十分复杂混乱难以检查并发现问题以后，我们决定从原理入手，化简次态方程，整改我们的电路图，对整个逻辑图进行了简化重新绘制并焊接另一个电路。7、第二个电路板的调试。该次电路板焊接完成后明显比第一次的电路板结构清晰，走向清楚。但

9、进行调试时，仍发现存在逻辑混乱现象。经过仔细检查接线后，我们最终很好的实现了项目功能8、终期报告的撰写。经过了将近一个月时间的努力，我们终于完成了项目的制作。我们整合了搜集的资料以及实际的完成过程，撰写了此份报告。四、设计心得与体会这次的数电项目原理基本来自课堂教材，不仅调动了我们的自学积极性，而且锻炼了我们的动手能力和协作能力，可谓是一举两得。我们在领好器材之后就开始了讨论，分配了工作，每个人都明确了自己的任务后，项目也能开始有序的进行。我们在绘制原理图方面并没有投入太多的时间，主要是因为课本上有一套完整的逻辑过程，我们可以参照书本，使用EDA进行连线，仿真，同时我们意识到这个项目的连线很多，焊接和调试都是一个问题。在焊接过程中，我们发现由于所用电路元件脚较多，并且电路设计相对比较难焊接，很容易在焊接过程中由于失误而导致电路焊接后实验结果出现偏差，我们每个负责焊接的同学在焊接时都格外小心，生怕