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本文针对 “串行序列 00011000 检测（可重叠）” 需求，从设计原理、Multisim 电路搭建两个维度展开，用74HC164 移位寄存器 + 74HC151 选择器、74HC164+74HC273 寄存器两种方案实现 “输入序列匹配时输出 1，否则输出 0” 的功能。

一、设计原理：串入并出 + 序列比对

题目要求 “检测串行输入中的00011000（可重叠）”，核心逻辑是将串行数据转换为并行数据，再与目标序列逐位比对。

1. 核心器件及真值表

（1）74HC164（8 位串入并出移位寄存器）

功能：串行输入数据，在时钟上升沿依次移入，最终并行输出（Q0~Q7）。

（2）74HC151（8 选 1 数据选择器）

功能：根据地址选择 8 路输入中的 1 路输出，用于 “固定序列比对”。

（3）74HC273（8 位 D 触发器寄存器）

功能：时钟上升沿锁存 8 路 D 输入，并行输出，用于 “动态序列缓存 + 比对”。

2. 两种方案逻辑

• 方案 1：74HC164（串转并） + 74HC151（固定序列比对）：将目标序列00011000预存在 151 的输入，用 164 的输出作为 151 的地址，当 164 输出与目标序列一致时，151 输出 1。
• 方案 2：74HC164（串转并） + 74HC273（缓存目标序列） + 与门（逐位比对）：用 273 锁存目标序列，通过 8 个与门逐位比对 164 输出与 273 输出，全 1 则总输出 1。

二、Multisim 电路设计

方案 1：74HC164 + 74HC151（固定序列检测）

1. 电路接线

1. 74HC164（串转并）：

   • \(\overline{CLR}\)（9 脚）：接 5V（禁止清零）；
   • A、B（1、2 脚）：短接后接串行输入信号（函数发生器生成的 0/1 序列）；
   • CLK（8 脚）：接时钟信号（频率与串行输入同步，如 1kHz 方波）；
   • Q0~Q7（3~6、10~13 脚）：依次接 74HC151 的地址端 A0~A7（Q0→A0，Q1→A1，…，Q7→A7）。

2. 74HC151（序列比对）：

   • 数据输入 D0~D7：按目标序列00011000设置：D0=0、D1=0、D2=0、D3=1、D4=1、D5=0、D6=0、D7=0（0 接 GND，1 接 5V）；
   • 使能端\(\overline{EN}\)（7 脚）：接 GND（使能选择）；
   • 输出 Y（5 脚）：接LED 指示灯（匹配时亮，即输出 1）。

2. 功能验证

• 串行输入00011000时，74HC164 的 Q0~Q7 输出为00011000，对应 74HC151 的地址为00011000，此时 151 选择 D3=1 输出，LED 亮；
• 输入其他序列时，151 输出 0，LED 灭；
• 可重叠检测：输入0001100011时，当第 8 位输入后输出 1，第 9 位输入后 Q0~Q7 变为00110001，不匹配；第 10 位输入后变为01100011，依此类推（符合可重叠要求）。

方案 2：74HC164 + 74HC273 + 与门（动态序列检测）

1. 电路接线

1. 74HC164（串转并）：接线同方案 1（A/B 接串行输入，CLK 接同步时钟）。

2. 74HC273（缓存目标序列）：

   • CLK（11 脚）：接 5V（上电锁存）；
   • D0~D7（1~4、13~16 脚）：按目标序列00011000设置（D0=0、D1=0、D2=0、D3=1、D4=1、D5=0、D6=0、D7=0）；
   • Q0~Q7（2~5、14~17 脚）：依次接8 个 2 输入与门的一端。

3. 与门阵列（逐位比对）：

   • 每个与门的另一端接 74HC164 的 Q0~Q7；
   • 8 个与门的输出接1 个 8 输入与门的输入；
   • 8 输入与门的输出接 LED 指示灯（全位匹配时输出 1）。

2. 功能验证

• 串行输入00011000时，74HC164 的 Q0~Q7 与 273 的 Q0~Q7 逐位相等，8 个与门全输出 1，最终 8 输入与门输出 1，LED 亮；
• 输入其他序列时，至少 1 个与门输出 0，最终输出 0，LED 灭；
• 可重叠检测：输入0001100011时，第 8 位输入后触发输出 1，后续输入自动移位比对，符合要求。

三、总结

本文用两种 74 系列芯片方案实现了 “00011000 序列检测”：

• 方案 1（164+151）：电路简洁，适合固定序列检测；
• 方案 2（164+273 + 与门）：支持动态修改目标序列，扩展性更强。