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1、数字逻辑电路分析与设计 课外实践项目报告题目： 用“一对一”法设计同步时序电路组号： B-7 组员：注： *为组长。2015 年 1 月学号姓名工作量 % 签字1* 2 3 4 5 报告目录一、实验方案二、实验原理三、完成过程四、设计心得与体会五、工作分配一、实验方案电路用发光二极管分别显示输出状态Z，以及工作状态 S1、S2 、S3 、S4。灯亮表示输出为高电平，灯暗表示输出为低电平。具体操作流程如下：1）打开电源开关，使电路处于工作状态，此时默认处于S1状态。2) S1状态下由逻辑电平开关输入00 信号时保持 S1状态不变，输入为01 时转变为 S4 ，输入 10 时状态转变为 S2 3）
2、S2状态下由逻辑电平开关输入00,10 信号时都保持S2状态不变，输入为01时状态转变为 S3 4）S3状态下由逻辑电平开关输入00 时状态转换为 S1 ，输入为 01,10 时状态保持 S3不变5）S4状态下由逻辑电平开关输入00，01 时保持 S4状态不变，输入为10 时转为 S3状态6）CLR为复位脉冲开关，若按下CLR开关，则复位到 S1状态。二、实验原理（1） 、电子线路图（2） 、芯片使用介绍： 74LS00 四 2 输入与非门 74LS10 三 3 输入与非门 74LS04 六反相器 74LS175 四 D触发器A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B
3、C Y X X 0 1 X 0 X 1 0 X X 1 1 1 1 0 A Y 0 1 1 0 74LS175 四上升沿D 触发器的引脚图和真值表（3） 、逻辑原理A状态转换电路状态图和状态表S1/0S4/1S2/1S3/1000000 0110 100101001010012.触发器状态的直接分配在这个电路中有 S1、S2、S3、S4共4个状态。规定分别与 4个触发器、和的 Q1、Q2、Q3、Q4端直接对应。在74175中每个触发器端，以 Q端表示触发器的状态，即0和1两个状态。为便于用开机复位的方式启动电路，触发器的有效状态是0状态：触发器、和的有效状态是 1状态。于是规定：若 Q1=0，
4、则表示电路处于S1状态；若Q2=1、Q3=1、Q4=1分别表示电路处于 S2、S3、S4状态。由于电路任何时刻均只处于一种状态，因此，4个触发器中只有一个处于有效状态。如果在 Q1、Q2、Q3、Q4检查触发器的状态，那么其中只可能有一个1。状态为 1的那个 Q端指出了电路的状态。这样，Q1、Q2、Q3、Q4与 S1 、S2、S3、S4 之间建立了直接的、一一对应的关系。从状态分配的角度来说，用Q1Q2Q3Q4 =1000 、0100、0010、0001，分别表示 S1 、S2、S3 、S4。3.逻辑次态表4.D触发器的次态方程和输出方程由于S1与Q1对应， S2、S3、S4分别与 Q2、Q3、
5、Q4对应，因此有：D1= 112312Q X XQ X X+=1312Q Q X XD2 = 1122211222Q X XQ XQ X XQ X+=D3 = 21231231241223123412Q X XQ X XQ X XQ X XQ Q X XQ Q X X+=D4 =1124111241Q X XQ XQ X XQ X+=由状态表（图），可以直接写出该电路的输出方程：Z= =B时钟脉冲发生电路利用 RC环形多谐振荡器，由奇数个反相器首尾相连而组成，利用门电路的传输延迟时间产生自激振荡。振荡周期为T。由于门电路的传输延迟时间很小，产生的自激振荡的频率会很高，并且不易调节。为此可在门电
6、路环路中插入RC延迟环节，这样不仅增加了延迟时间，还可以通过改变RC实现频率调节。图中 a 点由高电位跳变到低电位时，b 点由低变高它一方面经F2使 c点由高变低，另一方面通过电容C耦合到 d 点， 使 d 点的电位也上跳到高电位， 于是，输出暂时保持为低电位，即开始第一个暂稳态。随着电容C的充电， d 点电位逐渐降低，当 d 点电位降低到关门电平时，F3迅速关闭， a 点由低变高， b 点由高变低， d 点下跳到较负的电压值，确保F3输出暂时保持为高电位，即开始第二个暂稳态，此时电容C放电，当 d 点电位逐步上升到开门电平时，F3迅速开启，a 点由高变低，于是又从第二个暂稳态跳变到第一个暂稳
7、态，如此继续，形成自激振荡。振荡周期T=2.2RC 。三、完成过程1、分析项目原理。鉴于此次项目与上课内容相关，我们提前自学了课本5.3 相关的内容，并查阅了时钟脉冲产生电路，确定了该设计的原理。2、画出工作电路图。仿照课本上的逻辑电路图， 而后通过搜集相关芯片的引脚图，工作特点等性能，我们着手用 Multsim 软件绘制电路图，几次调试仿真失败后，我们通过改变元器件排列、参数、接线等，最终进行仿真后实现所要求的功能3、中期报告的撰写。将前期搜集的资料进行汇总、梳理元器件工作原理等，撰写出中期报告。4、电路板的焊接。在第五周开始电路板的焊接， 由于电路图使用了七块芯片， 且每块芯片的引脚众多，
8、焊接工作相当繁重。 我们只能对照原理图接线， 在地的选择上采取了以单点当地的方式， 使得导线的跨度大， 使得整个板子的后面的导线十分烦乱，后我们在板子上多焊了几个点分开导线，使得导线布局不那么错综复杂。5、电路板的调试。在电路板的焊接完成后， 我们开始对电路板进行调试。 测试发现我们焊接好的电路无法实现设计效果，我们进行了很多天的调试，结果发现了以下问题：问题一：电路焊接过于混乱。 在最开始接线时， 拨码开关处没有焊接地线， 加之我们原来的电路较为复杂， 剪出来的导线长短控制不够好， 导致焊接出来的电路极为混乱，检查十分繁琐。 我们试图分块检查时发现所接导线的混乱程度超过我们原来的设想，且分块
9、调试时发现电路仍无法实现正常的效果。问题二：仔细检查接线后， 板子的逻辑功能混乱。 我们大致判断是芯片有因为焊接时直接放置而烧坏现象。 于是决定更换全部芯片。 在芯片更换过程中， 我们发现在板子的三块 10 芯片随机组合调试时出现的逻辑现象都不同，我们认为是芯片引脚的焊接有问题，所以对每个焊点都进行了整修，发现还是无法实现预计现象。6、电路板的重新焊接在发现以上难以解决的问题以后， 尤其是原本的接线十分复杂混乱难以检查并发现问题以后，我们决定从原理入手，化简次态方程，整改我们的电路图，对整个逻辑图进行了简化重新绘制并焊接另一个电路。7、第二个电路板的调试。该次电路板焊接完成后明显比第一次的电路
10、板结构清晰，走向清楚。 但进行调试时，仍发现存在逻辑混乱现象。 经过仔细检查接线后， 我们最终很好的实现了项目功能8、终期报告的撰写。经过了将近一个月时间的努力， 我们终于完成了项目的制作。 我们整合了搜集的资料以及实际的完成过程，撰写了此份报告。四、设计心得与体会这次的数电项目原理基本来自课堂教材，不仅调动了我们的自学积极性， 而且锻炼了我们的动手能力和协作能力，可谓是一举两得。我们在领好器材之后就开始了讨论，分配了工作，每个人都明确了自己的任务后，项目也能开始有序的进行。我们在绘制原理图方面并没有投入太多的时间，主要是因为课本上有一套完整的逻辑过程，我们可以参照书本，使用EDA 进行连线，仿真，同时我们意识到这个项目的连线很多，焊接和调试都是一个问题。在焊接过程中， 我们发现由于所用电路元件脚较多，并且电路设计相对比较难焊接，很容易在焊接过程中由于失误而导致电路焊接后实验结果出现偏差，我们每个负责焊接的同学在焊接时都格外小心，生怕犯错，这对一个人的精神是个很大的考验。最难但也是最有意思的就是调试过程，我们通过运用自己学过的本领， 并且向别人请教，学会了很多知识和能力。这次完成项目的过程也是一波三折，我们小组每个人都投入了大量心血，同时也培养了彼此之间的默契。整个过程锻炼了我们的手脑能力和团队合作能力，我们从中受益匪浅。
