南邮时序比较器课程设计.docx

南邮时序比较器课程设计目录 第一章 技术指标 1.1整体功能 1.2系统结构 1.3电气指标 1.4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 2.1.2控制器 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 2.2.2 ASM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 2.4.1方案选择 2.4.2求激励函数 2.4.3控制器发出的命令 2.4.4外部发出的命令 2.4.5发光二级管的逻辑表达式 2.4.6电路图 2.4.7仿真分析结论 第三章 顶层图 3.1处理器 3.2控制器 3.3总图 第四章 试验小结和心得体会 4.1实验小结 4.2心得体会 - 1 - 第一章 技术指标 1.1整体功能 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 1.3电气指标 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。 显示时间5S10S，显示结束电路自动清零，进入初始状态。 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。 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。 再按一次AJ键，Xb被确认,电路立即比较大小，输出显示大数。 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。 系统设计要求采用ASM图法。 1.4设计条件 - 2 - 电源条件，直流稳压电源输出+5V。 必须采用ASM图法进行设计，否则设计无效。 可供选择foundation3.1开发软件的库提供的元件器件: 第二章 整体电路设计 2.1设计原理 2.1.1数据处理器 输入数据进行寄存，比较数据大小，选择比较结果。 大数送显示寄存器，通过译码器显示大数。同时比较器将结果送组合电路驱动两只发光二极管。 - 3 - 2.1.2控制器 开机后接收RESET键的复位信号,使控制器处于初始状态。 确认按键送来的单脉冲信号使控制器由初始状态进入工作状态。 控制器根据自身工作状态来控制数据寄存器，接收输入数据和将寄存器中的数据比较结果显示出来。 2.1.3显示电路 显示电路二十进制译码器电路输入数据为二进制码，显示为十进制数。 二进制码转换为十进制数的电路，需要加修正电路，列出二十进制数转换的真值表，找出其修正电路的特点。十进制数转换的真值表，找出其修正电路的特点。其参考电路见“课题十六 数字式电缆对线器”中的“二、电路设计提示”。 2.2建立算法流程图和ASM图 2.2.1算法流程图 2.2.2 ASM图 - 4 - 2.3 建立处理器明细表 2.3.1分析 - 5 - 首先根据明细表可知，处理器有三个寄存器，即：A寄存器、B寄存器和C寄存器；其次处理器有比较器、数据选择器和译码器。 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： RESET 74194 清零 M1 M0 SET Xa 1 1 所以 M1M0=SET Xa CR = RESET+T0 3.电路图： 4.仿真：5.结论:电路仿真结果完全符合设计要求。 - 6 - (2)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=SET Xb, CR=RESET+T0 2.电路图：3.仿真: 4.结论：电路仿真结果完全符合设计要求。 (3)CNT寄存器的功能 1.从处理器明细表可知,它主要是作为定时器使用。定时长度为：8s,即为M=9的加法计数器。从处理器明细表可知,它主要是作为定时器使用。定时长度为：8s,即为M=9的加法计数器。当控制器进入T3状态时，计数器开始计数；当所计的数为“9”时，计数器停止计数并清零返回到初始状态。因此，CNT寄存器的功能有3个：清零、计数和预置零。根据以上分析CNT寄存器可选用74161- 7 - 芯片来实现它的3个功能，即： P=T=SET PT，CR=RESET+T0 D3=D2=D1=D0=0 (4)总结：三个寄存器的命令(1)A寄存器(74194)的命令:CR= RESET+T0 ，SET Xa=T1AJ(2)B寄存器(74194)的命令:CR =RESET+T0 , SET Xb = T2 AJ (3)CNT寄存器(74161)的命令:CR = RESET+T0 ,SET PT= T3. 2.3.2比较器 a.选择7485芯片 b.1.(A=B）i=1 , i=0 , i=0 ; 2.A3A0 接A寄存器的Q3Q0 ; 3.B3B0 接B寄存器的Q3Q0 ; 4.输出FAB、FAB、FA=B ； A3A0= B3B0 ，则FA=B =1， FAB=FAB=0 A3A0 B3B0 ，则FAB =1，FA=B =FAB=0 A3A0 B3B0 ，则FAB =1，FA=B =FAB=0 c.电路图： d.仿真： - 8 - 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。 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FAB。 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=FAB=1时，选择D1数据输出。 当A=FAB=0时， AB，选择D0数据输出 A= B，选择D0数据输出 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。 (3)电路图： - 9 - (4)仿真： (5)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 1.显示管：共阴极 2.译码管： - 10 - 方案选择用VHDL硬件描述语言描述，编译成所需的逻辑器件. 3.电路图： 4.仿真： 5.结论：电路仿真结果完全符合设计要求。 - 11 - 2.3.5分频器 1.实验箱上提供2KHz振荡信号，通过1000分频可获的2Hz振荡信号。 2.电路图： 3.仿真： 4.结论：电路仿真结果完全符合设计要求。 2.4控制器设计 2.4.1方案选择 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触发器。如图2.4.1. 2.4.2求激励函数: - 12 - 图2.4.1 2.4.3控制器发出的命令 2.4.4外部发出的命令 2.4.5发光二级管的逻辑表达式 2.4.6控制器电路图： - 13 - 合成的芯片图： 2.4.7仿真分析结论 - 14 - 1.A数大于B数,LED1亮 2.A数等于B数,LED1，LED2交替闪亮 - 15 - 3.A数小于B数,LED2亮 4.控制器控制置数操作 结论：以上电路仿真结果完全符合设计要求。 第三章 总图 - 16 - 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： 1.RESET=1,T1=T2=T3=0,置数器清零 2.RESET=0,T1=1,T2=T3=0,X3-X0=0110,置数A，GG=1 3.RESET=0,T2=1,T1=T3=0,X3-X0=1000,置数B，LL=1 4.RESET=0,T3=1,T1=T2=0,置数器比较，A-G输出大数11111111，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 - 17 - 3.2.1控制器=控制器+LED1+LED2 3.2.2仿真： 1.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数A 2.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B 3.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1,LED2交替闪烁,比较结果：A=B 4.CNT8=1,回到状态1 1.RESET=1,清零 - 18 - 2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数A 3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B 4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1交替闪烁,比较结果：A>B 5.CNT8=1,回到状态1 1.RESET=1,清零 2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数A 3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B 4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED2交替闪烁,比较结果：A<B 5.CNT8=1,回到状态1 3.2.3总结：以上电路仿真结果完全符合设计要求。 - 19 - 3.3总图 3.3.1 总图=处理器+控制器+分频器 3.3.2仿真分析 a. 1.置数器清零 - 20 - 2.T1=1,T2=T3=0,置数A，LED1亮 3.T2=1,T1=T3=0,置数B，LED2亮 4.T3=1,T2=T1=0，LED1，LED2交替闪亮，比较结果：A=B 5.CNT8=1,回到状态1 b. 1.置数器清零 2.T1=1,T2=T3=0,置数A，LED1亮 3.T2=1,T1=T3=0,置数B，LED2亮 4.T3=1,T2=T1=0，LED1闪亮，比较结果：A>B 5.CNT8=1,回到状态1 c. 1.置数器清零 - 21 - 2.T1=1,T2=T3=0,置数A，LED1亮 3.T2=1,T1=T3=0,置数B，LED2亮 4.T3=1,T2=T1=0，LED2闪亮，比较结果：A<B 5.CNT8=1,回到状态1 3.3.3 结论：下载烧录芯片，实物验证完全符合设计要求。 3.4 电路图 第四章 试验小结和心得体会 4.1实验小结 一、课程概况简介 - 22 - 1.实验名称为：时序比较器 2.课程名称为：电子电路课程设计 3.课程性质为：必修 4.使用教材为:电子电路课程设计张豫滇编 5.教学目的为：a.提高模拟电路、数字电路理论和实验的综合能力 b.掌握综合型电子电路的设计、装配和调测方法 c.掌握电子元器件资料和电路资料的检索方法 d.提高设计报告的撰写能力 e.全面培养学生科技工作素质 4.2心得体会 为期两周的课程设计实验已经结束，我们本次实验的题目是时序比较器。实验中运用到了很多我们以前所学的数字电路以及电子实验的知识，可以说是数字电路和实验课课程的一次结合应用。 我们的实验主要是建立在软件foundation3.1的基础上。在老师提供的大纲以及指标下，我们从简单到复杂，从局部到整体，从构思到草图，从纸面到实物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，最终完成设计指标要求。 在实验中，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，这就需要我们不断地学习，变化，具体问题具体分析。 本次实验给我的最大收获是提高在实践中发现，分析，解决问题的能力。比如说，电路不能正常工作，如何去利用万用表检查电路故障原因。这才是这门课程的目的和魅力所在。 我觉得每年的课程设计都给我们提供了实践的机会，特别是今年，我们亲手做出了比较器。 最后，我必须说的是，虽然我完成了本次课程设计，但是这和老师的指导和同学的帮助时离不开的，希望大家能够互相学习与交流。 - 23 -