数字电路课程设计串行数字比较器.doc

串行数字比较器 目录 串行数字比较器 xxx 目录目录 摘要摘要 1 1 1 绪论绪论 1 2 2 需求分析需求分析 1 3 3 硬件设计硬件设计 1 3 1 电路原理 1 3 2 芯片选择 5 3 3 线路连接 9 4 4 调试与分析调试与分析 9 5 5 结论结论 9 6 6 结束语结束语 10 7 7 参考文献参考文献 10 串行数字比较器 1 摘要 研究事物或者现象最常用的手法莫过于比较 比较是认识对象间的相同 点或相异点的逻辑方法 这次课程设计的目的就是比较两个二进制数的大小 设计实验主要是采用同步时序逻辑电路来完成 通过串行输入的方式 从高位到低位逐位对 两组二进制数进行比较 并输出比较结果 本文从需求分析 硬件设计调试与分析的几个方面详细的介绍这一次课程 设计的实现过程 并在最后对所设计电路的总体情况进行了总结 1 绪论 比较是一种常用的科学手段 有利于了解事物的本质 这一次实验的目的 是比较两个数字的大小设计一个能对两个串行输入的二进制数 X X1X2 Xn 和 Y Y1Y2 Yn 进行比较的电路 比较从 X1 Y1 开始 依次进行到 Xn Yn 电路 有两个输出端 Zx Zy 若比较结果 X Y 则 Zx 为 1 Zy 为 0 若 X Y 则 Zx 为 0 Zy 为 1 若 X Y 则 Zx 和 Zy 都为 1 2 需求分析 串行输入并比较两个二进制数的大小 一定要有高位到底位 逐位进行比 较 如实中途比较出现结果 则显示比较的最终结果 通过输出端显示 若是 需要比较的数值在没有比较出结果之前 应不予显示 直到每一位的数字均已 经比较结束 则显示最后结果 上述此类功能可以通过一个同步时序逻辑电路 来实现 使用部分逻辑门运算和触发器完成 3 硬件设计 3 1 电路原理 3 1 1 真值表 经分析并根据题意得到真值表如图 1 所示 串行数字比较器 2 xy 110011 111111 110101 111010 01N A01 01N A01 01N A01 01N A01 10N A10 10N A10 10N A10 10N A10 图 1 真值表 串行数字比较器 3 3 1 2 状态转换图 用两个 D D 触发器 这两个触发器的输出就是电路的输出 其中y y 2 2 表示Z Zy y y y 1 1表示Z Zx x 用 A A B B C C 三个状态分别表示 X X Y Y X X Y Y X X Y Y 根据题意得到状态转换图如下所示 图 2 实验的状态转换图 3 1 3 逻辑表达式 令 A 11 B 01 C 10A 11 B 01 C 10 得二进制状态表 采用 D D 触发器 经卡诺图化 简得激励方程 卡诺图如图 3 所示 图 3 为采用 D 触发器的卡诺图 2212 yyyxyD i i 1 i 1i21 yxyyyD 3 1 4 逻辑电路图 根据激励方程得到比较部分的逻辑电路图如图 5 所示 串行数字比较器 4 U2A 74LS04D U2B 74LS04D U1A 74LS08D U1B 74LS08D U1D 74LS08D U1C 74LS08D U3A 74LS32D U3B 74LS32D U3C 74LS32D U3D 74LS32D U4A 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 U4B 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 1 2 5678 9 11 10 12 1314 4 3 1516 ZyZx VCC 5V VCC 17 cp X Y 图 5 比较部分逻辑电路图 根据需要制作结果输出控制电路图 如图 6 所示 串行数字比较器 5 U1A 74LS244N 1Y1 18 1Y2 16 1Y3 14 1Y4 12 1A1 2 1A2 4 1A3 6 1A4 8 1G 1 U1B 74LS244N 1Y1 18 1Y2 16 1Y3 14 1Y4 12 1A1 2 1A2 4 1A3 6 1A4 8 1G 1 U2A 74LS86D U4A 74LS20D U5A 74LS04D U5B 74LS04D U3 74LS161D QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 1 2 3 4 5 6 Zx Zy X1 2 5 V X2 2 5 V 15 VCC 5V VCC 137 U6A 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 CP 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 9 VCC 5V VCC 8 0 14 X3 2 5 V U5D 74LS04D 16 12 10 11 图 6 控制部分逻辑电路图 3 2 芯片选择 3 2 1 芯片型号 1 1 名称 74LS04 2 功能 六反相器 3 引脚图 串行数字比较器 6 74LS04 1234567 141312111098 vcc GND 3 2 2 芯片型号 2 1 名称 74LS21 2 功能 4 输入端双与门 3 引脚图 3 2 3 芯片型号 3 1 名称 74LS27 2 功能 3 输入端三或非门 3 引脚图 串行数字比较器 7 3 2 4 芯片型号 4 1 名称 74LS74 2 功能 三态反相八 D 锁存器 3 引脚图 74LS74 1234 5 6 7 891011121314 QCPD RD SD RDD CP SD Q Q Q VCC GND 3 2 5 芯片型号 5 1 名称 74LS244 2 功能 八同相三态缓冲器 线驱动器 3 引脚图 74LS244 1 234567910 1112 13 14151617 18 19 20 8 串行数字比较器 8 3 2 6 芯片型号 6 1 名称 74LS161 2 功能 可予制四位二进制异步清除计数器 3 引脚图 3 2 7 芯片型号 7 1 名称 74LS32 2 功能 2 输入端四或门 3 引脚图 4 串行数字比较器 9 3 33 3 线路连接线路连接 U1 74LS04N 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND4Y 4A 5Y 5A 6Y 6A VCC U2 74LS21D 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND2Y 2D 2C NC1 2B 2A VCC U3 74LS21D 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND2Y 2D 2C NC1 2B 2A VCC U4 74HC161D 4V QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U5 74LS20D 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND2Y 2D 2C NC1 2B 2A VCC U6 74LS32D 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND3Y 3A 3B 4Y 4A 4B VCC U7 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 GND 7 2Q 8 2Q 9 2PR 10 2CLK 11 2D 12 2CLR 13 VCC 14 U8 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 GND 7 2Q 8 2Q 9 2PR 10 2CLK 11 2D 12 2CLR 13 VCC 14 U9 74HC244 4V 1A1 1A2 1A3 1A4 1OE 2A1 2A2 2A3 2A4 2Y1 1Y4 1Y3 VCC GND 1Y1 1Y2 2Y2 2Y3 2Y4 2OE U10 74LS86D 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND3Y 3A 3B 4Y 4A 4B VCC VCC 5V X1 2 5 V X2 2 5 V X3 2 5 V 3 1 XY 4 2 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 VCC 5V VCC 15 16 18 17 23 26 27 cp 0 28 29 20 19 ZxZyover VCC U11 DCD HEX 21 22 24 25 4 4 调试与分析调试与分析 按照原理图开始连接电路 但是在连线结束后并未出现预期效果 而是出 现了很错误的显示 经检查发现 74LS74 芯片 发现有一个接口没有接到应该接 得接口上 把两条导线加上之后 再进行操作输出端终于出现了预期的结果了 其次在连接过程中遇到 74LS74 芯片不能行使其功能了 因此更换了一个新的芯 片 5 5 结论结论 课程设计顺利完成 任务书中所提出的要求全部实现 设计出一个能对 两个二进制数X x1 x2 xn和Y y1 y 2 y n进行比较的同步时序电路 其 中 X Y串行地输入到电路的x y输入端 比较从x1 y 1开始 依次进行 到xn y n 电路有两个输出Zx和Zy 若比较结果X Y 则Zx为 1 Zy为 串行数字比较器 10 0 Zx灯亮 若X Y 则Zy为 1 Zx为 0 Zy灯亮 若X Y 连续输入十次 则 Zx 和 Zy都为 灯同时亮 指示灯亮结束 要求用尽可能少的状态数作出状 态图和状态表 并作尽可能的逻辑门和触发器来实现 6 6 结束语结束语 通过这次课程设计 我对于计算机组成原理这门课有了一个深刻的认识 也使我进一步明白了熟悉芯片信息的重要性 为期三个星期的计算机组成原理 电路的实验终于顺利完成 在这期间真正的学到了一些经验通过本次试验的历 练 是自己的动手能力得到了一些提高 并通过实际操作巩固了所学的知识 7 7 参考文献参考文献 1 魏达 高强 金玉善 曹英晖 数字逻辑电路 科学出版社 2005 2 白彦霞 张秋菊编 数字电子技术基础 北京邮电大学出版社 2008 版 3 唐志宏 韩振振 数字电路与系统 北京邮电大学出版社 2008 版 4 阎石主编 数字电子技术基础 清华大学出版社 2006 版 串行数字比较器 11 完成日期 2