实验三 时序逻辑电路学习目标：1、 掌握时序逻辑电路的一般设计过程 2、 掌握时序逻辑电路的时延分析方法，了解时序电路对时钟信号相关参数的基本要求 3、 掌握时序逻辑电路的基本调试方法 4、 熟练使用示波器和逻辑分析仪观察波形图实验内容：1、 广告流水灯（第 9 周课内验收） 用触发器、组合函数器件和门电路设计一个广告流水灯，该流水灯由 8 个 LED 组成，工作时始终为 1 暗 7 亮，且这一个暗灯循环右移。 (1) 写出设计过程，画出设计的逻辑电路图，按图搭接电路 (2) 将单脉冲加到系统时钟端，静态验证实验电路 (3) 将 TTL 连续脉冲信号加到系统时钟端，用示波器观察并记录时钟脉冲 CP、触发器的输出端 Q2、Q1、 Q0 和 8 个 LED 上的波形。 2、 序列发生器（第 10 周课内实物验收计数器方案） 分别用 MSI 计数器和移位寄存器设计一个具有自启动功能的 01011 序列信号发生器 (1) 写出设计过程，画出电路逻辑图(2) 搭接电路，并用单脉冲静态验证实验结果 (3) 加入 TTL 连续脉冲，用示波器观察观察并记录时钟脉冲 CLK、序列输出端的波形。 3、4 位并行输入-串行输出曼切斯特编码电路（第10周课内验收，基础要求占70%，扩展要求占30%）在电信与数据存储中, 曼彻斯特编码（Manchester coding），又称自同步码、相位编码（phase encoding，PE），它能够用信号的变化来保持发送设备和接收设备之间的同步，在以太网中，被物理层使用来编码一个 同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码用电压的变化来分辨 0 和 1，从高电平到低电平的跳变代表 0，而从 低电平到高电平的跳变代表 1。信号的保持不会超过一个比特位的时间间隔。即使是 0 或 1 的序列，信号也 将在每个时间间隔的中间发生跳变。这种跳变将允许接收设备的时钟与发送设备的时钟保持一致，图 3.1 为曼切斯特编码的例子。设计一个电路，它能自动加载 4 位并行数据，并将这4位数据逐个串行输出（高位在前），每个串行输 出位都被编码成曼切斯特码，当 4 位数据全部传输完成后，重新加载新数据，继续传输，如图 3.2 所示。(1) 写出设计过程，画出电路逻辑图，设计不允许手动加载数据。 (2) 加入 TTL 连续脉冲，用示波器观察观察并记录时钟脉冲 CLK、串行数据输出端的波形。 (3) 给串行数据增加起始位和结束位，其中起始位为“0”，结束位为“1”，起始和结束位同样要编码 成曼切斯特码，波形图参看图 3.3（扩展部分，选作）实验内容： 1.广告流水灯 设计过程八个流水灯，工作时始终为1暗7亮，一个循环总共8个状态。由此可以得出结论，选用3个D触发器构成三个状态，再由一个74138实现八个流水灯1暗7亮的工作状态。8个循环过程分别为：000001010011100101110111000；真值表：000001001001010010010011011011100100100101101101110110110111111111000000卡诺图：最简与或表达式：化简结果：最简与或表达式：化简结果：化简结果： 逻辑电路图 首先组合三个D触发器，并将其封装成一个元件。如下图所示 使用三个D触发器封装的元件，连接，。如下图所示使用74138数据选择器，实现八个状态的显示。如下图所示实物连接图：示波器观察结果：2.序列发生器计数器实现设计过程产生序列01011。如果采用计数器设计，需要构造一个模为5的循环，采用反馈置零的方法，每一状态通过74138输出合适的结果。计数器74161状态变化：000001010011100000 对应的输出端口输出值000Y0N0001Y1N1010Y2N0011Y3N1100Y4N1输出结果：逻辑电路图74161的连接方式如下图所示，通过LDN端口，当到达”100”状态时，重新加载数据，回到“000”状态。如下图所示 将，连接到74138实现最后的输出，如下图所示。实物连接图寄存器实现设计过程产生序列01011。如果采用计数器设计，同样需要构成一个循环，采用左移或右移。以右移为例，寄存器的状态变化如下：010110110110110110100101以最高位为输出位，即可满足循环输出序列01011，同时还应该满足自启动。 真值表：0101110110011011101010101卡诺图：通过卡诺图化简的表达式考虑到自启动，如果不添加冗余向，寄存器将陷入00000000的死循环当中，添加一项，使逻辑电路图：采用右移方案的，如下图所示。同理，采用左移方案的，如下图所示。3.曼切斯特编码基础部分：4位并行加载，穿行输出（高位在前），传输完成后，重新加载新数据设计过程 首先考虑曼切斯特编码和时钟信号CP以及输出数据D的关系，根据题意有，曼彻斯特编码用电压的变化来分辨 0 和 1，从高电平到低电平的跳变代表 0，而从低电平到高电平的跳变代表 1，如下图所示。 由此可得，电路的工作状态是从最高位开始输出数据到最低位，然后再并行输入数据。按照题目的要求四位数据串行输出后，开始直接输出下一个四位数据。由此可以知道，整个电路的工作状态是一个循环，并且模为4，通过计数器构造模4的循环。状态变化位：并行输入并且输出输出输出输出并行输入并且输出逻辑电路图通过反馈置零的方式构造一个模4的循环 ，从00到11。如下图所示。 寄存器需要完成两个工作状态，并行输入保存数据，此时。数据右移输出此时。通过计数器构造的周期实现功能段的变化，当计数器的输出00对应，当计数器输出01，10，11对应。如下图所示。使用一个数据选择器完成数据的输出，如下图所示。实物连接图扩展部分：起始位为“0”，结束位为“1”，4位并行加载，穿行输出，传输完成后，重新加载新数据设计过程根据基础部分的设计原理，仅需要构造模位6的工作循环。电路的工作状态：并行输入并且输出0输出输出输出输出输出1逻辑电路图 从0000到0101，采用反馈置零的方法，如下图所示。寄存器需要完成两个工作状态，并行输入保存数据，此时。数据右移输出此时。通过计数器构造的周期实现功能段的变化，当计数器的输出000对应，此时并行输入储存数据；当计数器输出001，010，011，100，101对应，此时串行输出数据。如下图所示。 使用数据选择器输出数据，计数器输出为000时数据选择器的输出为0，计数器输出为101时数据选择器的输出为1，001到100输出为寄存器的最高位。实物连接图