時序比較器課程設(shè)計

目錄第一章 技術(shù)指標(biāo)1.1整體功能描述1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求1.3電氣指標(biāo)1.4擴(kuò)展指標(biāo)1.5設(shè)計條件第二章 整體電路設(shè)計2.1設(shè)計原理2.1.1數(shù)據(jù)處理器的功能2.1.2控制器的功能2.1.3顯示電路2.2建立算法流程圖和ASM圖.2.2.1算法流程圖2.2.2 ASM圖2.3 建立處理器明細(xì)表2.3.1分析2.3.2比較器2.3.3數(shù)據(jù)選擇器2.3.4譯碼顯示電路2.3.5分頻器2.4控制器設(shè)計2.5定時器2.6秒信號產(chǎn)生電路第三章 測試與調(diào)試 3.1處理器3.2控制器3.3總圖 3.4實物圖第四章 試驗小結(jié)和心得體會第一章 技術(shù)指標(biāo)1.1整體功能描述 現(xiàn)代工業(yè)控制和微機(jī)系統(tǒng)中離不開數(shù)據(jù)處理器。時序比較器是數(shù)據(jù)處理器的一個部分，它能將輸入的8421BCD碼存儲并進(jìn)行比較，最終以十進(jìn)制數(shù)顯示其大小。時序比較器的功能是，用同一組輸入端口分兩次送入兩組數(shù)據(jù)，經(jīng)過比較顯示出數(shù)值大的一組數(shù)據(jù)值。 1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求:時序比較器的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖： RESET：開機(jī)后按復(fù)位鍵，低電平有效，整個系統(tǒng)復(fù)位。AJ：當(dāng)一組數(shù)據(jù)（X3X0）設(shè)置完畢后，按“確認(rèn)”鍵后，輸入的這組數(shù)據(jù)有效。Y1：Y1常亮，要求輸入第一組數(shù)據(jù)，若閃亮，則為第一組數(shù)據(jù)為大數(shù)。Y2：Y2常亮，要求輸入第二組數(shù)據(jù)，若閃亮，則為第二組數(shù)據(jù)為大數(shù)。D3D0：較大數(shù)輸出端，驅(qū)動顯示十進(jìn)制數(shù)。1.3電氣指標(biāo)（1）數(shù)據(jù)輸入采用并行送數(shù)，系統(tǒng)先后收到兩組8421BCD碼后比較其大小，將大數(shù)輸出，用十進(jìn)制數(shù)顯示出來。（2）顯示時間5S10S，顯示結(jié)束電路自動清零，進(jìn)入初始狀態(tài)。（3）僅在開機(jī)后人工操作RESET開關(guān)，使RESET=0整機(jī)清零，整機(jī)立即進(jìn)入工作狀態(tài)；LED1點亮表示允許輸入第一組數(shù)據(jù)Xa。（4）按一次AJ鍵，表示輸入一脈沖信號，Xa被確認(rèn)后LED2點亮，表示允許輸入第二組數(shù)據(jù)Xa。（5）再按一次AJ鍵，Xb被確認(rèn),電路立即比較大小，輸出顯示大數(shù)。（6）對比較結(jié)果：Xa>Xb ，Xa=Xb 或 Xa<Xb ,應(yīng)有LED顯示。Xa>Xb 時，LED1閃亮； Xa<Xb 時,LED2閃亮；Xa=Xb 時，兩燈交替閃亮。（7）系統(tǒng)設(shè)計要求采用ASM圖法。1.4擴(kuò)展指標(biāo) 以串行方式從同一輸入端口先后輸入兩組M4的序列碼，每輸入完一組按一次確認(rèn)鍵，比較前后兩組序列碼碼值的大小，并顯示出大數(shù)值。序列碼中后面的碼值高于前面的碼值。1.5設(shè)計條件電源條件，直流穩(wěn)壓電源輸出+5V。第二章 整體電路設(shè)計2.1設(shè)計原理2.1.1數(shù)據(jù)處理器的功能（1）輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行寄存，比較數(shù)據(jù)大小，選擇比較結(jié)果。（2）大數(shù)送顯示寄存器，通過譯碼器顯示大數(shù)。同時比較器將結(jié)果送組合電路驅(qū)動兩只發(fā)光二極管。2.1.2控制器的功能（1）開機(jī)后接收RESET鍵的復(fù)位信號,使控制器處于初始狀態(tài)。（2）確認(rèn)按鍵送來的單脈沖信號使控制器由初始狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。（3）控制器根據(jù)自身工作狀態(tài)來控制數(shù)據(jù)寄存器，接收輸入數(shù)據(jù)和將寄存器中的數(shù)據(jù)比較結(jié)果顯示出來。2.1.3顯示電路 顯示電路二十進(jìn)制譯碼器電路輸入數(shù)據(jù)為二進(jìn)制碼，顯示為十進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的電路，需要加修正電路，列出二十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換的真值表，找出其修正電路的特點。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換的真值表，找出其修正電路的特點。其參考電路見“課題十六 數(shù)字式電纜對線器”中的“二、電路設(shè)計提示”。2.2建立算法流程圖和ASM圖2.2.1算法流程圖2.2.2 ASM圖2.3 建立處理器明細(xì)表2.3.1寄存器(1)A寄存器的功能1.保持、置數(shù)和清零。根據(jù)分析A寄存器的功能，選取74194芯片實現(xiàn)其三個功能比較器。從74194功能表可知，它有兩個功能控制端M1M0，即：功能控制端的功能表如表3所示。同時74194芯片清零為異步清零。2.A寄存器的控制信號：RESET 74194 清零 M1 M0 SET Xa 1 1 所以 M1M0=SET Xa CR = RESET+T03. 電路圖：4. 仿真：5. 結(jié)論:電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。(2) B寄存器的功能1.從處理器明細(xì)表可知有3個功能：清零、保持和置數(shù)。同樣采用74194實現(xiàn)。則M1=M0=SET Xb, CR=RESET+T02.電路圖：3.仿真: 4.結(jié)論：電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。2.3.2比較器a. 選擇7485芯片b. 1.(A=B）i=1 , （A<B）i=0 , （A>B）i=0 ; 2.A3A0 接A寄存器的Q3Q0 ;3.B3B0 接B寄存器的Q3Q0 ; 4.輸出FAB、FAB、FA=B ； A3A0= B3B0 ，則FA=B =1， FAB=FAB=0 A3A0 B3B0 ，則FAB =1，F(xiàn)A=B =FAB=0A3A0 B3B0 ，則FAB =1，F(xiàn)A=B =FAB=0c.電路圖：d.仿真：e.結(jié)論：電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。2.3.3數(shù)據(jù)選擇器根據(jù)題目技術(shù)要求選出大數(shù)，即從A和B兩數(shù)中選出大數(shù)?？蛇x用二選一數(shù)據(jù)選擇器。由于A和B為四位而二進(jìn)制數(shù)，則選用74157 四個二選一數(shù)據(jù)選擇器。（1）二選一數(shù)據(jù)選擇器的地址控制端和數(shù)據(jù)端連接。從ASM圖和處理器明細(xì)表可知，輸出端輸出大數(shù)，地址A端連接到FAB。 數(shù)據(jù)端D1接B寄存器的Q端； 數(shù)據(jù)端D0接A寄存器的Q端當(dāng)A=FAB=1時，選擇D1數(shù)據(jù)輸出（Y=B，B為大數(shù)）。當(dāng)A=FAB=0時， AB，選擇D0數(shù)據(jù)輸出（Y=A，A為大數(shù)） A= B，選擇D0數(shù)據(jù)輸出（Y=A，選A輸出）（2）二選一數(shù)據(jù)選擇器的使能端控制命令 當(dāng)E=1，Y=0時，數(shù)據(jù)選擇器不工作； 當(dāng)E=0，Y輸出取決于地址A。因此，從ASM圖和處理器明細(xì)表可知：E=T3 當(dāng)T3=0時，E=1，Y=0時，數(shù)據(jù)選擇器不工作；當(dāng)T3=1時，E=0，數(shù)據(jù)選擇器工作。(3) 電路圖：(4) 仿真：(5) 結(jié)論：電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。2.3.4譯碼顯示電路1. 顯示管：共陰極2. 譯碼管：方案選擇用VHDL硬件描述語言描述，編譯成所需的邏輯器件.（連線方便，效率高）3. 電路圖：4仿真4. 結(jié)論：電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。2.3.5分頻器1. 利用555產(chǎn)生100Hz時鐘信號，通過74160分頻可獲的1Hz時鐘信號。2. 電路圖：3. 仿真：4. 結(jié)論：電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。2.4控制器設(shè)計 控制器采用每態(tài)一個D觸發(fā)器實現(xiàn)。由于ASM圖中有四個狀態(tài)，所以需要4個D觸發(fā)實驗中使用GAL16V8，所以以上內(nèi)容可以通過編程燒到GAL16V8中，有利于電路的集成。代碼如下：| 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定時器(74161一片)電路圖： 2.6秒信號產(chǎn)生電路 第三章 測試與調(diào)試 3.1處理器3.1.1處理器=A寄存器+B寄存器+CNT寄存器+MUX數(shù)據(jù)選擇器+比較器3.1.2仿真圖分析：1. RESET=1,T1=T2=T3=0,置數(shù)器清零2. RESET=0,T1=1,T2=T3=0,X3-X0=0110,置數(shù)A，GG=13. RESET=0,T2=1,T1=T3=0,X3-X0=1000,置數(shù)B，LL=14. RESET=0,T3=1,T1=T2=0,置數(shù)器比較，A-G輸出大數(shù)11111111（8），CNT=8時全部清零3.1.3結(jié)論：以上電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。3.2控制器3.2.1控制器=控制器+LED1+LED23.2.2仿真：1. AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置數(shù)A2. AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置數(shù)B3. AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1,LED2交替閃爍,比較結(jié)果：A=B4. CNT8=1,回到狀態(tài)11.RESET=1,清零2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置數(shù)A3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置數(shù)B4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1交替閃爍,比較結(jié)果：A>B5.CNT8=1,回到狀態(tài)11.RESET=1,清零2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置數(shù)A3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置數(shù)B4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED2交替閃爍,比較結(jié)果：A<B5.CNT8=1,回到狀態(tài)13.2.3總結(jié)：以上電路仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。3.3總圖3.3.1總圖=處理器+控制器+分頻器.3.4實物圖第四章 試驗小結(jié)和心得體會為期兩周的課程設(shè)計實驗終于即將結(jié)束，我們本次實驗的題目是時序比較器，應(yīng)該說在我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷娑茧x不開其應(yīng)用。作為一名微電子專業(yè)的學(xué)生，電子電路設(shè)計是我們的必修課。通過這兩周的課程設(shè)計，培養(yǎng)了我們最基本的實驗和設(shè)計素養(yǎng)。試驗中還運用到了很多我們以前所學(xué)的數(shù)字電路的知識，可以說是數(shù)字電路課程的一次擴(kuò)展應(yīng)用。在老師一步步地耐心講解下，我們從簡單到復(fù)雜，從局部到整體，有計劃地經(jīng)過理論學(xué)習(xí)，整體設(shè)計，局部設(shè)計，各部分仿真，整體仿真，實物驗證等步驟，最終完成設(shè)計要求。實驗的各部分都是環(huán)環(huán)相扣，緊密相連的，任何一個部分做的不到位都會影響到以后的設(shè)計。在試驗中，我們也遇到了很多問題，有些甚至是在后面才發(fā)現(xiàn)的，這些都是很正常的，這就需要我們不斷地學(xué)習(xí)，變化，具體問題具體分析。本次實驗給我的最大收獲是提高在實踐中發(fā)現(xiàn)，分析，解決問題的能力，這才是這門課程的目的所在。我覺得每年的課程設(shè)計都給我們提供了實踐的機(jī)會，尤其是今年，這些東西都是課本上沒有的，也是我們今天生活中很可能要運用到的。最后，我必須說的是，雖然我完成了本次課程設(shè)計，但是這和老師的幫助，同學(xué)的幫助時離不開的，感謝老師和那些相互幫助過的同學(xué)。期待下一次這樣的學(xué)習(xí)提高的機(jī)會！- 21 -