1、北京郵電大學信息與通信工程學院電路綜合實驗報告串行口數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆抡婕坝布崿F(xiàn)姓名：學號：班內序號：班級：指導老師：日期： 2014 年 10 月 10 日1摘要：本實驗模擬了現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路中的數(shù)據(jù)傳輸過程。使用連續(xù)的代表 0 、1 的高低電平作為數(shù)字信號，將該數(shù)字信號從輸出端發(fā)送到接收端，并分別用串行、并行兩種方式進行鎖存，檢測。本實驗模擬了序列信號的發(fā)生裝置、串并轉換裝置、串行并行兩種方式的檢測裝置、鎖存輸出和控制電路，實現(xiàn)了一個簡單的串行口數(shù)據(jù)傳輸模型。在此試驗中，通過對常見芯片的組合實現(xiàn)功能，將一串由0、1 組成的數(shù)字信號進行傳輸、轉換、檢測，使之顯示在數(shù)碼管上成為可讀信息。并且，還實

2、現(xiàn)了對此電路顯示的控制，使數(shù)碼管在滿足條件的情況下才點亮。在實驗中，還使用了Quartus對設計的電路進行了仿真模擬。關鍵字：數(shù)據(jù)傳輸、串并轉換、數(shù)據(jù)檢測、QuartusIIAbstract：Thisexperimentsimulateddatatransferinmoderndigitallogiccircuit.Digitalsignalwas transferredfromtheoutputterminaltothereceivingend,whichwasconsistedof2continuous high or low level represent 0 and 1 as digi

3、tal signal, and latch, test it through serial or parallel mode.Our experiment simulated the producing equipment of sequence signal, the signal conversion module, testing module of serial and parallel mode, latch output and control circuit. It implements a simple serial port data communicationmodel.

4、In the experiment, we use the combination of simplechips to realize the function that transport, transfer and test asequenceofthedigitalsignalconsistingof0 and1, anddisplay it on LED Segment Displays. In addition, we realize thecontrolof display.The LED SegmentDisplaysworksonlyinspecificconditions.W

5、ealsoconductsimulationsonQuartus.Keywords:Data transmission, String conversion, Data detection, QuartusII目 錄一、實驗目的 ·······························

6、;·········43二、實驗儀器 ·······································&#

7、183;4三、實驗內容及設計任務···························4四、實驗設計 ···················

8、·····················61.分頻電路····························

9、;············62.序列信號發(fā)生器··································63.串、并轉換模塊

10、83;·································84.串行檢測模塊···············

11、·····················95.并行檢測模塊··························4·&#

12、183;········ 116.控制電路········································

13、;117.鎖存顯示模塊···································· 128.總體電路圖和仿真結果·········

14、3;·················· 12五 、實驗的硬件實現(xiàn)及結果分析···················14六、遇到的問題及解決辦法·······&#

15、183;················15七、心得體會 ································

16、;········16八、參考文獻 ········································17

17、5? 實驗目的串行口數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)字系統(tǒng)中常用的一種數(shù)據(jù)傳輸方式。本次課程設計要求學生綜合數(shù)字邏輯電路和串行口通信的有關知識，用硬件獨立設計完成一個簡單的串行口數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并用 FPGA可編程邏輯器件進行仿真。? 實驗儀器1 雙蹤示波器1 臺2 直流穩(wěn)壓電源1 臺3頻率計1臺4數(shù)字萬用表1臺5面包板1臺? 實驗內容及設計任務? 實驗內容實驗要求學生獨立去設計一個完成一個簡單的串行口數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如下：6由圖可見，系統(tǒng)分為發(fā)送端，接收端兩部分。發(fā)送端主要是同步字符、結束字符、時鐘電路和信息碼發(fā)生器。接收端包括串 / 并轉換電路、字符檢測電路、控制電路、鎖存接收和顯示電路。要求學生將以上電

18、路分別設計出來，然后互相連接和總體調測。? 設計任務? 設計時鐘電路? 設計信息碼，其中包含同步字符? 設計串并轉換電路? 設計同步字符檢測電路? 設計控制電路? 設計鎖存接收電路? 設計顯示電路? 總體連接、聯(lián)調? 具體要求1）發(fā)送端信息碼：，由信息碼形成電路實現(xiàn)。2）同步碼： 1111000 。信息碼的前 7 位為同步碼，需要用同步檢測電路檢測，在電路板加電后，首先顯示同步碼。3）同步碼及其它各組串行碼要求在數(shù)碼管上逐個顯示。4）要求在字符檢測電路中，先用串行檢測的方法設計實現(xiàn)，7再用并行檢測的方法設計實現(xiàn)。? 實驗設計1.分頻電路實驗提供的晶振頻率為 1MHz，用數(shù)碼管顯示同步碼和其它串

19、行碼時，應將頻率降到小于 2Hz/ 秒，我們使用的是 74LS161 計數(shù)器，每一片芯片可實現(xiàn) 16 分頻，經(jīng)計算可知需要 5 片 74LS161。5 片 74161 逐級分頻，前 4 片芯片實現(xiàn) 16 分頻，最后一片實現(xiàn) 8 分頻，得到的頻率為 1MHz ÷（ 164 ×8）1.9Hz。電路原理圖如下：2.序列信號發(fā)生器本次實驗需要產(chǎn)生的循環(huán)碼“”為 15 位，此序列產(chǎn)生的 15 種 4 位序列互不重復，因此可用 4 位 D 觸發(fā)器產(chǎn)生此序列，反饋電路中的邏輯關系用一個數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)。狀態(tài)轉移表如下：8卡諾圖如下：Q4Q3Q2Q1D11110111001100010001

20、00010001000100110011001100110111010101010101110111011119Q4 Q30001111021Q Q00101010101110101100101由卡諾圖得 D= Q4Q3，同時為了使電路自啟動， 應該為 1，則 D=電路原理圖如下：發(fā)生序列如下：3.串、并轉換模塊串并的轉化可以通過移位寄存器來實現(xiàn)，因為需要7 位并行輸出，10所以需要兩塊移位寄存器74LS194 級聯(lián)構成。電路原理圖如下：4.串行檢測模塊串行檢測可只檢測同步碼的后四位 1000 ，當有連續(xù) 4 位與 1000 符合時，則輸出信號。狀態(tài)轉移圖如下：對 A、B、C、D 分別編碼為

21、00、01、11、10，狀態(tài)轉移表如下：D=0D=100000101110111100010000011輸出為：ZD=0D=10000010011001010卡諾圖如下：12由卡諾圖可得：D2=Q2n+1 =D1=Q1n+1 =Z =電路原理圖如下：5.并行檢測模塊并行數(shù)據(jù)需要檢測 15 位數(shù)據(jù)，由兩個 74LS85 比較器級聯(lián)即可比較 15 位數(shù)據(jù)，電路圖如下：136.控制電路控制電路的輸入為串 / 并行檢測電路的輸出，控制電路的結果輸出至鎖存器，從而控制數(shù)碼管的顯示，可利用 D 觸發(fā)器的特性實現(xiàn)此功能。串 / 并行檢測電路的輸出從 D 觸發(fā)器的時鐘輸入，檢測信號得到一個脈沖時 D 觸發(fā)器被

22、觸發(fā)，開始輸出時鐘信號。電路原理圖如下：7.鎖存顯示模塊鎖存的功能可用一片74LS273 芯片即可實現(xiàn)，電路圖如下：148.總體電路圖和仿真結果串行檢測總圖：并行檢測總圖：15仿真波形：? 實驗的硬件實現(xiàn)及結果分析1.實驗所用芯片清單芯片名稱簡介數(shù)量74LS161四位同步計數(shù)器574LS153雙 4-1 線數(shù)據(jù)選擇器174LS1944 位雙向移位寄存器374LS273 輸入端三或非門274LS175四D觸發(fā)器174LS113 輸入端三與門274LS046 反相器174LS85四位量值比較器274LS74雙D觸發(fā)器11674LS2738D 鎖存器12.硬件實現(xiàn)圖2.結果分析由結果波形可以看出，當

23、發(fā)生序列到達同步碼 1111000 時，檢測電路檢測到同步碼，鎖存器開始輸出數(shù)據(jù)，從而使數(shù)碼管開始顯示。17? 遇到的問題與解決方法（一）電路設計在設計分頻電路時，我們用到 5 片 74LS161 同步計數(shù)器，我們把分頻的原理與計數(shù)原理混淆，把分頻電路設計成了計數(shù)電路，雖然在軟件上仿真結果是正確的，但實際在面包板上無法實現(xiàn)分頻功能。好在及時向老師尋求幫助，找出了問題，讓 5 片計數(shù)器芯片逐級分頻，得到了正確的結果。（二）硬件搭建1、在搭建電路的過程中，由于元件之間連線復雜，面包板接線點有限，導致導線沒有地方插，而且出現(xiàn)很多交叉的情況。我們改變了芯片的布局，經(jīng)過精心安排，使整個線路變得清晰美觀，解決了這個問題。2、我們對數(shù)碼管的使用方法不是特別了解，為了檢查數(shù)碼管是否工作，直接將 5V 電源接在了數(shù)碼管的管腳，導致數(shù)碼管電流過大，損壞了數(shù)碼管。在老師的幫助下，我們了解了正確的使用方法。3、連接了檢測電路以后，我們接通了電源來檢測電路的輸出是否正確，但是數(shù)碼管有異常。我們用萬用表仔細檢查，發(fā)現(xiàn)了鎖存電路中有短路點。通過一級一級向上檢查，檢查到我們使用的74LS273芯片損壞。我們及時更換了新的芯片，解決了這個問題。184、在全部電路連接完成后，我們先接通了VCC 和地線，然后打開了直流