电工电子技术课设报告 串行数据传输.docx

机械工程与应用电子技术学院电工电子技术课程设计报告中文题目 串行数据传输 姓 名 谭家易 学 号 12013122 同组成员 指导老师 肖日东 成 绩 2015年5月摘 要串行传输是信息系统中经常采用的通信方法。本电路演示通过两根导线data和clock传送8位二进制信号。每按动开关K1一次，便将由K2K9所设定二进制数传送到右侧通过发光二极管D1D8显示出来。关键词：串行；二进制数传送；目 录一.电路原理图简介.3二.工作原理分析及元器件介绍.3三.电路的EDA仿真和结果分析.13四.电路的制作与实验测试及成果展示.14五.思考题.17.六.课程设计的收获和体会.17.七.参考文献.17一、电路原理图：串行传输是信息系统中经常采用的通信方法。本电路演示通过两根导线data和clock传送8位二进制信号。每按动开关K1一次，便将由K2K9所设定二进制数传送到右侧通过发光二极管D1D8显示出来。二、工作原理分析： 1、74LS393模块74LS393双4位二进制计数器，CLR为清零，cp为脉冲输入，每输入一个脉冲便计数一次，在fc输出的脉冲上升沿触发， 2、74LS151模块74LS151接收74LS393的地址，并将对应地址的状态，即D0-D7中对应的状态传输到74LS164中。3、74LS164模块在fc输出的脉冲的的上升沿触发，每有一个上升沿到来，74LS164都会将原数据往后挪一位，将新输入的数据放置到D0， 4、整体分析74LS393每输入一个脉冲便计数一次，在该电路中，当计数到9时，CD输出为1，通过两个与非门，使得无论fc是否有脉冲，到达74LS393的cp端均为0，即停止计数。74LS393将地址发送给74LS151，并将对应地址的状态，即D0-D7中对应的状态传输到74LS164中。在fc输出的脉冲的的上升沿触发，每有一个上升沿到来，74LS164都会将原数据往后挪一位，将新输入的数据放置到D0，直到计数器74LS393计数满8位后，74LS164的cp端输入保持为0，芯片停止工作。直到闭合再打开K1，计数器清零后重新开始计数，再次重复以上操作，实现预期功能元件介绍1、74LS393双 4 位二进制计数器（异步清零）：简要说明:393为两个 4 位二进制计数器，共有 54/74393 和 54/74LS393 两种线路结构型式,其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):型号 fC PD54393/74393 35MHz 190mW54LS393/74LS393 35MHz 75mW异步清零端（1clear,2clear）为高电平时，不管时钟端 1A，2A 状态如何，即可以完成清除功能。当 1clear,2clear 为低电平时，在 1A,2A 脉冲下降沿作用下进行计数操作。引出端符号：1A、2A 时钟输入端（下降沿有效）1clear,2clear 异步清零端1Qa1Qd、2Qa2Qb 输出端外接管腿图：2、74LS151 简要说明：151为互补输出的8选1数据选择器，共有54/74151、54/74S151、74LS151三种线路结构形式，其主要电特性的典型值如下：数据选择端（ABC）按二进制译码，以从8个数据（D0-D7）中选取1个所需的数据。只有在选通端STROBE为低电平时才可选择数据。151有互补输出端（Y、W），Y输出原码，W输出反码。管脚图：引出端符号：A、B、C选择输入端D0-D7数据输入端STROBE选通输入端（低电平有效）W反码数据输出端Y数据输出端功能表：逻辑图：极限值：电源电压-7V 输入电压 54/74151、54/74S151-5.5V 54/74LS151 -7V 工作环境温度 54-55125 74-070 贮存温度-65150 推荐工作条件：静态特性：动态特性：H=高电平L=低电平X=任意D0-D7=对应的D端电平3、74LS164 八位移位寄存器,其主要电特性的典型值如下：54/74164 185mW 54/74LS164 80mW当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。 引脚功能：CLOCK ：时钟输入端CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效） A，B ：串行数据输入端QAQH： 输出端 图1 74LS164封装图图274LS164 内部逻辑图 极限值 电源电压7V 输入电压 5.5V 工作环境温度 54164 -55125 74164 -070 储存温度 -65150 图3 真值表H高电平 L低电平 X任意电平 低到高电平跳变 QA0,QB0,QH0 规定的稳态条件建立前的电平 QAn,QGn 时钟最近的前的电平 图4 时序图建议操作条件 符号 参数最小值 典型值最大值单位 VCC 电源电压4.75 5 5.25 V VIH 输入高电平电压ViH 2 -V VIL 输入低电平电压ViL -0.8 V IOH 输出高电平电流IOH-0.4 mA IOL 输出低电平电流IOL -8 mA fCLK 时钟频率fCP 0 -25 MHz tW 脉冲宽度时钟20 -ns 清除 20 -tSU 数据设置时间17 -ns tH 数据保持时间5 -ns tREL 建立时间 30 -ns TA 工作温度0 -70 电气特性符号参数测试条件最小值典型值 最大值单位 VI 输入钳位电压VCC = Min, II = -18 mA -1.5 V VOH 输出高电平电压 VCC = Min, IOH = Max VIL = Max, VIH = Min 2.7 3.4 -V VOL 输出低电平电压 VCC = Min, IOL = Max VIL = Max, VIH = Min -0.35 0.5 V IOL = 4 mA, VCC = Min -0.25 0.4 II 最大输入电压时输入电流 VCC = Max, VI = 7V -0.1 mA IIH 输入高电平电流 VCC = Max, VI = 2.7V -20 A IIL 输入低电平电流 VCC = Max, VI = 0.4V -0.4 mA IOS 输出短路电流VCC = Max (Note 4) -20 -100 mA ICC 电源电流VCC = Max (Note 5) -16 27 mA 动态特性(TA=25)符号 参数 To (Output) RL = 2k单位 CL = 15 pF CL = 50 pF 最小值 最大值 最小值 最大值 fMAX 最大时钟频率 -25 - - - MHz tPLH 低到高电平输出传递延迟时间 时钟输出 - 27 - 30 ns tPHL 高到低电平输出传递延迟时间 时钟输出 - 32 - 40 ns tPHL 传递延迟时间 时钟输出 - 36 - 45 ns 4、74LS00集成与非门三、电路的EDA仿真和结果分析：此电路通过EDA仿真，由发光二极管亮灭的情况可以清晰的看到74LS164的移位过程，同时经过开关 的控制及多次实验，可知发光二极管的亮灭情况完全正常，实现了串行数据的传输功能。概括的分析如下表所示：分别列出了74LS393，74LS151和74LS164各自相对应的状态，其中红色部分是74LS151的输入端 的状态，以d0d7来表示；第一个时钟周期，74LS393 74LS151 74LS164 Y A L L L L d0 d0 d0 第二个时钟周期74LS393 74LS151 74LS164 Y A H L L L d1 d1 d1 d0 第八个时钟周期74LS393 74LS151 74LS164 Y A H H H L d7 d7 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0第九个时钟周期变为H，74LS164的CP保持L，不在跳变，74LS164输出 保持第八个时钟周期时的样子。设定二进制信号为11100010，二极管对应显示也为11100010。设定二进制信号为00111010，二极管对应显示也为00111010。仿真结果与预期功能一致四、电路的制作与实验测试及成果展示电路板正面电路板背面电路板通电后 11000000 11100000 1111000000001111 11001001电路功能与预期结果一致。连接示波器，查看脉冲波形。八个脉冲的波形五、思考题： 174LS151发送的数据与74LS164接受的数据是颠倒的，怎样修改电路才能使它们一致？ 答：将74LS151的A与C引脚交换。 2图中发光二极管在相应输出位为逻辑“0