时序比较器课程设计

目录第一章 技术指标1.1整体功能描述1.2系统结构要求1.3电气指标1.4扩展指标1.5设计条件第二章 整体电路设计2.1设计原理2.1.1数据处理器的功能2.1.2控制器的功能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2.5定时器2.6秒信号产生电路第三章 测试与调试 3.1处理器3.2控制器3.3总图 3.4实物图第四章 试验小结和心得体会第一章 技术指标1.1整体功能描述 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系统结构要求:时序比较器的总体结构框图如下图： RESET：开机后按复位键，低电平有效，整个系统复位。AJ：当一组数据（X3X0）设置完毕后，按“确认”键后，输入的这组数据有效。Y1：Y1常亮，要求输入第一组数据，若闪亮，则为第一组数据为大数。Y2：Y2常亮，要求输入第二组数据，若闪亮，则为第二组数据为大数。D3D0：较大数输出端，驱动显示十进制数。1.3电气指标（1）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。（2）显示时间5S10S，显示结束电路自动清零，进入初始状态。（3）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。（4）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。（5）再按一次AJ键，Xb被确认,电路立即比较大小，输出显示大数。（6）对比较结果：XaXb ，Xa=Xb 或 XaXb 时，LED1闪亮； XaXb 时,LED2闪亮；Xa=Xb 时，两灯交替闪亮。（7）系统设计要求采用ASM图法。1.4扩展指标 以串行方式从同一输入端口先后输入两组M4的序列码，每输入完一组按一次确认键，比较前后两组序列码码值的大小，并显示出大数值。序列码中后面的码值高于前面的码值。1.5设计条件电源条件，直流稳压电源输出+5V。第二章 整体电路设计2.1设计原理2.1.1数据处理器的功能（1）输入数据进行寄存，比较数据大小，选择比较结果。（2）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。2.1.2控制器的功能（1）开机后接收RESET键的复位信号,使控制器处于初始状态。（2）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。（3）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2.3 建立处理器明细表2.3.1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+T03. 电路图：4. 仿真：5. 结论:电路仿真结果完全符合设计要求。(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+T02.电路图：3.仿真: 4.结论：电路仿真结果完全符合设计要求。2.3.2比较器a. 选择7485芯片b. 1.(A=B）i=1 , （AB）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=0A3A0 B3B0 ，则FAB =1，FA=B =FAB=0c.电路图：d.仿真：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。（1）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（Y=B，B为大数）。当A=FAB=0时， AB，选择D0数据输出（Y=A，A为大数） A= B，选择D0数据输出（Y=A，选A输出）（2）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：(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：方案选择用VHDL硬件描述语言描述，编译成所需的逻辑器件.（连线方便，效率高）3. 电路图：4仿真4. 结论：电路仿真结果完全符合设计要求。2.3.5分频器1. 利用555产生100Hz时钟信号，通过74160分频可获的1Hz时钟信号。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 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触发实验中使用GAL16V8，所以以上内容可以通过编程烧到GAL16V8中，有利于电路的集成。代码如下：| 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定时器(74161一片)电路图： 2.6秒信号产生电路 第三章 测试与调试 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=13. RESET=0,T2=1,T1=T3=0,X3-X0=1000,置数B，LL=14. RESET=0,T3=1,T1=T2=0,置数器比较，A-G输出大数11111111（8），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,置数A2. AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B3. AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1,LED2交替闪烁,比较结果：A=B4. CNT8=1,回到状态11.RESET=1,清零2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数A3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED1交替闪烁,比较结果：AB5.CNT8=1,回到状态11.RESET=1,清零2.AJ=0,T1=1,T2=T3=0,LED1=1,置数A3.AJ=1,T2=1,T1=T3=0,LED1=1,置数B4.AJ=1,T3=1,T2=T3=0,LED2交替闪烁,比较结果：AB5.CNT8=1,回到状态13.2.3总结：以上电路仿真结果完全符合设计要求。3.3总图3.3.1总图=处理器+控制器+分频器.3.4实物图第四章 试验小结和心得体会为期两周的课程设计实验终于即将结束，我们本次实验的题目是时序比较器，应该说在我们日常生活的方方面面都离不开其应用。作为一名微电子专业的学生，电子电路设计是我们的必修课。通过这两周的课程设计，培养了我们最基本的实验和设计素养。试验中还运用到了很多我们以前所学的数字电路的知识，可以说是数字电路课程的一次扩展应用。在老师一步步地耐心讲解下，我们从简单到复杂，从局部到整体，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，最终完成设计要求。实验的各部分都是环环相扣，紧密相连的，任何一个部分做的不到位都会影响到以后的设计。在试验中，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，这才是这门课程的目的所在。我觉得每年的课程设计都给我们提供了实践的机会，尤其是今年，这些东西都是课本上没有的，也是我们今天生活中很可能要运用到的。最后，我必须说的是，虽然我完成了本次课程设计，但是这和老师的帮助，同学的帮助时离不开的，感谢老师和那些相互帮助过的同学。期待下一次这样的学习提高的机会！- 21 -