时序比较器课程设计

4-目录第一章技术指标1.1整体功能描述1.2系统结构要求1.3电气指标1.4扩展指标1.5设计条件第二章整体电路设计2.1设计原理2.1.1数据处理器的功能2.1.2控制器的功能2.1.3显示电路2.2建立算法流程图和ASM图.2.2.1算法流程图2.2.2ASM图2.3建立处理器明细表2.3.1分析2.3.2比较器2.3.3数据选择器2.3.4译码显示电路2.3.5分频器2.4控制器设计2.5定时器2.6秒信号产生电路测试与调试3.1处理器 3.2控制器 3.3总图3.4实物图第四章试验小结和心得体会 第一章技术指标1.1整体功能描述现代工业控制和微机系统中离不开数据处理器。时序比较器是数据处理器的一个部分，它能将输入的8421BCD码存储并进行比较，最终以十进制数显示其大小。时序比较器的功能是，用同一组输入端口分两次送入两组数据，经过比较显示出数值大的一组数据值。1.2系统结构要求:时序比较器的总体结构框图如下图：RESET：开机后按复位键，低电平有效，整个系统复位。AJ：当一组数据（X3~X0）设置完毕后，按“确认”键后，输入的这组数据有效。Y1：Y1常亮，要求输入第一组数据，若闪亮，则为第一组数据为大数。Y2：Y2常亮，要求输入第二组数据，若闪亮，则为第二组数据为大数。D3～D0：较大数输出端，驱动显示十进制数。1.3电气指标（1）数据输入采用并行送数，系统先后收到两组8421BCD码后比较其大小，将大数输出，用十进制数显示出来。（2）显示时间5S～10S，显示结束电路自动清零，进入初始状态。（3）仅在开机后人工操作RESET开关，使RESET=0整机清零，整机立即进入工作状态；LED1点亮表示允许输入第一组数据Xa。（4）按一次AJ键，表示输入一脉冲信号，Xa被确认后LED2点亮，表示允许输入第二组数据Xa。（5）再按一次AJ键，Xb被确认,电路立即比较大小，输出显示大数。（6）对比较结果：Xa>Xb，Xa=Xb或Xa<Xb,应有LED显示。Xa>Xb时，LED1闪亮；Xa<Xb时,LED2闪亮；Xa=Xb时，两灯交替闪亮。（7）系统设计要求采用ASM图法。2.2.2ASM图2.3建立处理器明细表2.3.1寄存器(1)A寄存器的功能1.保持、置数和清零。根据分析A寄存器的功能，选取74194芯片实现其三个功能比较器。从74194功能表可知，它有两个功能控制端M1M0，即：功能控制端的功能表如表3所示。同时74194芯片清零为异步清零。2.A寄存器的控制信号：RESET74194清零M1M0SETXa11所以M1M0=SETXaCR=RESET+T0电路图：仿真：结论:电路仿真结果完全符合设计要求。B寄存器的功能1.从处理器明细表可知有3个功能：清零、保持和置数。同样采用74194实现。则M1=M0=SETXb,CR=RESET+T02.电路图：3.仿真:4.结论：电路仿真结果完全符合设计要求。2.3.2比较器选择7485芯片1.(A=B）i=1,（A<B）i=0,（A>B）i=0;2.A3～A0接A寄存器的Q3～Q0;3.B3～B0接B寄存器的Q3～Q0;4.输出FA＞B、FA＜B、FA=B；A3～A0=B3～B0，则FA=B=1，FA＞B=FA＜B=0A3～A0＞B3～B0，则FA＞B=1，FA=B=FA＜B=0A3～A0＜B3～B0，则FA＜B=1，FA=B=FA＞B=0c.电路图：d.仿真：e.结论：电路仿真结果完全符合设计要求。2.3.3数据选择器根据题目技术要求选出大数，即从A和B两数中选出大数。可选用二选一数据选择器。由于A和B为四位而二进制数，则选用74157四个二选一数据选择器。（1）二选一数据选择器的地址控制端和数据端连接。从ASM图和处理器明细表可知，输出端输出大数，地址A端连接到FA〈B。数据端D1接B寄存器的Q端；数据端D0接A寄存器的Q端当A=FA〈B=1时，选择D1数据输出（Y=B，B为大数）。当A=FA〈B=0时，A〉B，选择D0数据输出（Y=A，A为大数）A=B，选择D0数据输出（Y=A，选A输出）（2）二选一数据选择器的使能端控制命令当E=1，Y=0时，数据选择器不工作；当E=0，Y输出取决于地址A。因此，从ASM图和处理器明细表可知：E=T3当T3=0时，E=1，Y=0时，数据选择器不工作；当T3=1时，E=0，数据选择器工作。电路图：仿真：结论：电路仿真结果完全符合设计要求。2.3.4译码显示电路显示管：共阴极译码管：方案选择——用VHDL硬件描述语言描述，编译成所需的逻辑器件.（连线方便，效率高）电路图：4仿真结论：电路仿真结果完全符合设计要求。2.3.5分频器利用555产生100Hz时钟信号，通过74160分频可获的1Hz时钟信号。电路图：仿真：结论：电路仿真结果完全符合设计要求。2.4控制器设计控制器采用每态一个D触发器实现。由于ASM图中有四个状态，所以需要4个D触发实验中使用GAL16V8，所以以上内容可以通过编程烧到GAL16V8中，有利于电路的集成。代码如下：PIN[1,2,3,4]=[CP,RESET,AJ,8S];PIN[19,18,17,16,13,12]=[T0,T1,T2,T3,L1,L2];T0.D=T3&8S#!RESET;T1.D=(T0#T1&!AJ)&RESET;T2.D=(T1&AJ#T2&!AJ)&RESET;T3.D=(T2&AJ#T3&!8S)&RESET;L1=T3&!8S&F1&CP#T3&!8S&!F1&F2&CP#T1;L2=T3&!8S&!F2&!F1&CP#T3&!F1&!8S&F2&!CP#T2;2.5定时器(74161一片)电路图：2.6秒信号产生电路测试与调试3.1处理器3.1.1处理器=A寄存器+B寄存器+CNT寄存器+MUX数据选择器+比较器3.1.2仿真图分析：RESET=1,T1=T2=T3=0,置数器清零RESET=0,T1=1,T2=T3=0,X3-X0=0110,置数A，GG=1RESET=0,T2=1,T1=T3=0,X3-X0=1000,置数B，LL=1RESET=0,T3=1,T1=T2=0,置数器比较，A-G输出大数11111111（8），CNT=8时全部清零3.1.3结论：以上电路仿真结果完全符合设计要求。3.2控制器3.2.1控制器=控制器+LED1+LED23.2.2仿真：AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数AAJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数BAJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1,LED2交替闪烁,比较结果：A=BCNT8=1,回到状态11.RESET=1,清零2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数A3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1交替闪烁,比较结果：A>B5.CNT8=1,回到状态11.RESET=1,清零2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数A3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED2交替闪烁,比较结果：A<B5.CNT8=1,回到状态13.2.3总结：以上电路仿真结果完全符合设计要求。3.3总图3.3.1总图=处理器+控制器+分频器.3.4实物图第四章试验小结和心得体会为期两周的课程设计实验终于即将结束，我们本次实验的题目是时序比较器，应该说在我们日常生活的方方面面都离不开其应用。作为一名微电子专业的学生，电子电路设计是我们的必修课。通过这两周的课程设计，培养了我们最基本的实验和设计素养。试验中还运用到了很多我们以前所学的数字电路的知识，可以说是数字电路课程的一次扩展应用。在老师一步步地耐心讲解下，我们从简单到复杂，从局部到整体，有计划地经过理论学习，整体设计，局部设计，各部分仿真，整体仿真，实物验证等步骤，最终完成设计要求。实验的各部分都是环环相扣，紧密相连的，任何一个部分做的不到位都会影响到以后的设计。在试验中，我们也遇到了很多问题，有些甚至是在后面才发现的，这些都是很正常的，这就需要