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

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 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

2、为可读信息。并且，还实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 的电路进行了仿真模拟。 Qua rtus H对设计 关键字： 数据传输、串并转换、数据检测、 QuartusII Abstract This experiment simulated data transfer in modern digital logic circuit. Digital signal was transferred from the output terminal to the receiving end, which was consisted of continuou

3、s high or low level represent 0 and 1 as digital 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

4、a simple serial port data communication model. In the experiment, we use the combination of simple chips to realize the function that transport, transfer and test a sequence of the digital signal consisting of 0 and 1, and display it on LED Segment Displays. In addition, we realize the control of di

5、splay. The LED Segment Displays works only in specific conditions. We also conduct simulations on Quartus II. Keywords: Data transmission, String conversion, Data detection, Quartus II 目录 实 三、实验内容及设计任 务4 四、实验设 计 6 1. 分 频 电 路 6 2. 序 列 信 号 发 生 器 6 3. 串 、 并 转 换 模 块 8 4. 串 行 检 测 模 块 .9 5. 块. 并 行 检 测 模 1

6、1 6. 路 11 7. 锁 存 显 示 模 块 12 8. 总 体 电 路 图 和 仿 真 结 果 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 七、心得体 会 16 八、参考文 献 ?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

7、一个简单的串行口数据 传输系统，系统框图如下： 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： 111100010011010 ，由信息码形成电路 实现。 2）同步码： 1111000

8、。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， 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 X8)1.9Hz。 电路原理图如下: 分频电路原理

9、图 A Da QB iiMig-411 iii Wil， 心UTPLiTIs suociin 7 锁存显示模块电路原理图 8. 总体电路图和仿真结果 串行检测总图： 并行检测总图: 仿真波形: Ml*-. TilLx A 肝期I i D .,.xl 0 A I) r- J. tf -I .D J A 0 -J ft D J * Q J 1 D FT J |-| .n 匸耳4山卑.侃事巴加申u觸电guM w :j.s yiniTJYiiyipAruyVLnUpJipnr,.nn.nnnnnnnrnnjyijLfinn nrnnr.r n - ._ . . ZZZirLrLrLrLrLrLmrLn

10、rLnnnrLnjinrLrLrLrLnrLrLnjTrLrLrLrQLnj _: nJ _一l_r_l H_LI- l_nJ 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 5 74LS153 双4-1线数据选择器 1 74LS194 4位双向移位寄存器 3 74LS27 3输入端二或非门 2 74LS175 四D触发器 1 74LS11 3输入端三与门 2 74LS04 6反相器 1 74LS85 四位量值比较器 2 74LS74 双D触发器 1 74LS273 8D锁存器 1 2. 硬件实现图 分加:电跖 序列坯生横疑 屮并转换核魄

11、 屮厅检削 异可；丨丨1踣 并杠检测換腕 锁存焼收按城 2.结果分析 iu. M.lk IA w.ta mi nnrinrin nn /ijTuWUULp_pJJULpLuin4pn nrn.n .nnn nrijLfwn.n n n 弭ur n- ;ummmjmrm_n_rLrumrLn_n_r rn . nn m 丨 i . n i .一 i- n . . _r 一ili-_ nn. n iTrrLrLTLTLrmnrLmTnJT i_n. .iH- -n_ ._ri _ , _ii i _ 一 _1 L IL” LTUJ urur 由结果波形可以看出，当发生序列到达同步码1111000时

12、，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。 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。

13、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。 4、在全部电路连接完成后，我们先接通了 VCC 和地线，然后打 开了直流稳压电源。直流稳压电源启动瞬间产生了一个脉冲， 导致我们的数码管第一个显示的图形不正确。后来我们

14、先启 动电源，然后再接进vcc解决了这个问题。 ? 心得体会 通过本次试验，我们复习了数字电路与逻辑设计课程的知识。实 验中我们应用了序列信号发生器的设计、状态机的设计、分频器的 设计，移存器、锁存器、触发器的功能与使用等知识。通过自己参 与设计电路，巩固了理论知识，并且将所学的知识应用到了实际中。 在对电路进行仿真的过程中，我们不仅复习了 Quartus H的使用方 法，还在过程中发现了软件模拟并不完全等于硬件实现的结果。软 件仿真时成功了，但在后期由于各种芯片的时延并不相同，输出信 号也是有差别的，还需要后期自行调整。 在硬件搭建的过程中，我们自己查询芯片的管脚图，对各种芯片 有了初步的了解。通过设计电路的布局、布线，完成了电路的美化， 提高了动手能力。在后期检查电路的过程中，我们发现了一些连接 错误，这警示我们以后要细心。我们还掌握了利用双踪示波器检测 电路输出是否正确方法，我们还使用数码管来显示输出信号的方法 来检测电路各部分的输出是否正确，这种方法更加直观，而且便捷。 我们也在调成信号第一个输出图形的过程中，了解了各种芯片的时 延的相关知识，也初步尝试了对时延进行调整。 这次试验是和同学一组共同完