第十章數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第十章第十章數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10.1 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述10.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例一、本章內(nèi)容一、本章內(nèi)容1.了解數(shù)字系統(tǒng)的基本組成。了解數(shù)字系統(tǒng)的基本組成。2. 理解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程。理解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程。3. 學(xué)會(huì)應(yīng)用學(xué)會(huì)應(yīng)用Multisim 10 對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行仿真。對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行仿真。4. 學(xué)會(huì)應(yīng)用學(xué)會(huì)應(yīng)用VHDL對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行描述。對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行描述。二、本章教學(xué)目的與要求二、本章教學(xué)目的與要求 三、本章知識(shí)結(jié)構(gòu)三、本章知識(shí)結(jié)構(gòu)10.1 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述10.1.1 數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)一般地，將門電

2、路、觸發(fā)器稱為邏輯器件；將完成一般地，將門電路、觸發(fā)器稱為邏輯器件；將完成某種特定功能的邏輯電路稱為邏輯功能部件，如前某種特定功能的邏輯電路稱為邏輯功能部件，如前面所介紹的數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、計(jì)數(shù)器等；面所介紹的數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、計(jì)數(shù)器等；將由將由邏輯功能部件組成的完成較復(fù)雜邏輯功能的數(shù)字電邏輯功能部件組成的完成較復(fù)雜邏輯功能的數(shù)字電路稱為數(shù)字系統(tǒng)。路稱為數(shù)字系統(tǒng)。雖然數(shù)字系統(tǒng)的大小不一，功能各異，結(jié)構(gòu)也千差雖然數(shù)字系統(tǒng)的大小不一，功能各異，結(jié)構(gòu)也千差萬(wàn)別，但從完成系統(tǒng)功能的角度看，它們都是由許萬(wàn)別，但從完成系統(tǒng)功能的角度看，它們都是由許多能夠進(jìn)行各種邏輯操作的功能部件組成的，各功多能夠進(jìn)行

3、各種邏輯操作的功能部件組成的，各功能部件之間有機(jī)配合、相互協(xié)調(diào)工作，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)能部件之間有機(jī)配合、相互協(xié)調(diào)工作，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。字系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。 數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)大致可以分為數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)大致可以分為4個(gè)部分：控個(gè)部分：控制電路、數(shù)據(jù)處理電路、輸入制電路、數(shù)據(jù)處理電路、輸入/輸出電路和時(shí)基電輸出電路和時(shí)基電路，其組成框圖如圖路，其組成框圖如圖10.1所示。所示。圖圖10.1 數(shù)字系統(tǒng)組成框圖數(shù)字系統(tǒng)組成框圖 數(shù)字系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)處理電路和控制電路。數(shù)字系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)處理電路和控制電路。 數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳送和處理均在數(shù)據(jù)處理電路進(jìn)數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳送和處理均在

4、數(shù)據(jù)處理電路進(jìn)行，它從控制子系統(tǒng)接電路接收控制信號(hào)，并把數(shù)據(jù)處理行，它從控制子系統(tǒng)接電路接收控制信號(hào)，并把數(shù)據(jù)處理過(guò)程中產(chǎn)生的狀態(tài)信號(hào)反饋給控制電路。由于數(shù)據(jù)處理電過(guò)程中產(chǎn)生的狀態(tài)信號(hào)反饋給控制電路。由于數(shù)據(jù)處理電路主要完成數(shù)據(jù)處理功能且受控制電路控制，因此常常把路主要完成數(shù)據(jù)處理功能且受控制電路控制，因此常常把它稱為它稱為數(shù)據(jù)處理器或受控電路數(shù)據(jù)處理器或受控電路。 控制電路是控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分協(xié)調(diào)工作的電路，它根控制電路是控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分協(xié)調(diào)工作的電路，它根據(jù)外部輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)處理電路反饋的狀態(tài)信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)據(jù)外部輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)處理電路反饋的狀態(tài)信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)數(shù)據(jù)處理電路的控制信號(hào)和系統(tǒng)對(duì)外的

5、輸出信號(hào)，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理電路的控制信號(hào)和系統(tǒng)對(duì)外的輸出信號(hào)，使系統(tǒng)各部分按照正確的時(shí)序進(jìn)行工作。由于控制電路控制著數(shù)各部分按照正確的時(shí)序進(jìn)行工作。由于控制電路控制著數(shù)字系統(tǒng)的整個(gè)操作進(jìn)程，因此又被稱為控制器。字系統(tǒng)的整個(gè)操作進(jìn)程，因此又被稱為控制器。 輸入輸入/輸出電路主要用于系統(tǒng)和外界進(jìn)行信息交換。數(shù)字系輸出電路主要用于系統(tǒng)和外界進(jìn)行信息交換。數(shù)字系統(tǒng)通常是一個(gè)時(shí)序電路，時(shí)基電路產(chǎn)生各種時(shí)鐘信號(hào)，保統(tǒng)通常是一個(gè)時(shí)序電路，時(shí)基電路產(chǎn)生各種時(shí)鐘信號(hào)，保證整個(gè)系統(tǒng)在時(shí)鐘作用下協(xié)調(diào)工作。證整個(gè)系統(tǒng)在時(shí)鐘作用下協(xié)調(diào)工作。10.1.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程1.數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方

6、法數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是手工設(shè)計(jì)法。手工數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是手工設(shè)計(jì)法。手工設(shè)計(jì)法經(jīng)常采用設(shè)計(jì)法經(jīng)常采用自底向上自底向上的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件時(shí)，從系統(tǒng)的最底層開(kāi)始，首先用真系統(tǒng)硬件時(shí)，從系統(tǒng)的最底層開(kāi)始，首先用真值表、卡諾圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來(lái)描值表、卡諾圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)的邏輯功能，然后選擇具體的邏輯述數(shù)字系統(tǒng)的邏輯功能，然后選擇具體的邏輯功能部件，用這些邏輯功能部件組成功能模塊，功能部件，用這些邏輯功能部件組成功能模塊，最后把功能模塊連接起來(lái)完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。最后把功能模塊連接起來(lái)完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。采用這種設(shè)

7、計(jì)方法進(jìn)行底層設(shè)計(jì)時(shí)，由于缺乏采用這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行底層設(shè)計(jì)時(shí)，由于缺乏對(duì)整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)總體性能的把握，在整個(gè)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)總體性能的把握，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，如果發(fā)現(xiàn)部分性能需要改進(jìn)，修設(shè)計(jì)完成后，如果發(fā)現(xiàn)部分性能需要改進(jìn)，修改起來(lái)比較困難，因而設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。改起來(lái)比較困難，因而設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。2. 數(shù)字系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法數(shù)字系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 由于數(shù)字電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的由于數(shù)字電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度也相應(yīng)提高，利用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)法已復(fù)雜程度也相應(yīng)提高，利用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。目前有許經(jīng)不能滿足現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。目前有許多

8、種設(shè)計(jì)方法適合現(xiàn)代大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)多種設(shè)計(jì)方法適合現(xiàn)代大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)常采用的是常采用的是自頂向下自頂向下的設(shè)計(jì)方法。的設(shè)計(jì)方法。 自頂向下的設(shè)計(jì)方法，概括地講就是從整體到局自頂向下的設(shè)計(jì)方法，概括地講就是從整體到局部、最后到細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，即設(shè)計(jì)者先從數(shù)字部、最后到細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，即設(shè)計(jì)者先從數(shù)字系統(tǒng)的整體功能要求出發(fā)，進(jìn)行最頂層的系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)的整體功能要求出發(fā)，進(jìn)行最頂層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后將整個(gè)系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，再將每個(gè)計(jì)，然后將整個(gè)系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，再將每個(gè)子系統(tǒng)分為若干功能模塊，功能模塊還可繼續(xù)向子系統(tǒng)分為若干功能模塊，功能模塊還可繼續(xù)向下劃分成子功能模塊，直至分成許多可以

9、由最基下劃分成子功能模塊，直至分成許多可以由最基本的邏輯功能部件實(shí)現(xiàn)小功能模塊。這就像建造本的邏輯功能部件實(shí)現(xiàn)小功能模塊。這就像建造一座大樓，先要進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，再繪制詳細(xì)的結(jié)一座大樓，先要進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，再繪制詳細(xì)的結(jié)構(gòu)圖，最后用建筑材料建造起來(lái)。構(gòu)圖，最后用建筑材料建造起來(lái)。3. 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程圖圖10.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程圖數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程圖在開(kāi)始對(duì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)在開(kāi)始對(duì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)對(duì)該數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行之前，首先應(yīng)對(duì)該數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行充分的調(diào)研，深入了解該數(shù)字系充分的調(diào)研，深入了解該數(shù)字系統(tǒng)的功能、性能指標(biāo)、工作環(huán)境統(tǒng)的功能、性能指

10、標(biāo)、工作環(huán)境等，明確系統(tǒng)的輸入信號(hào)有哪些，等，明確系統(tǒng)的輸入信號(hào)有哪些，輸出信號(hào)有哪些，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)有哪些，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)有什么特殊的要求等等，輸出信號(hào)有什么特殊的要求等等，只有在明確設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，只有在明確設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。才能進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)于一個(gè)具體數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可能對(duì)于一個(gè)具體數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可能有多種不同的實(shí)現(xiàn)方案，方案的優(yōu)有多種不同的實(shí)現(xiàn)方案，方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的質(zhì)量，劣直接關(guān)系到整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的質(zhì)量，因此，要從系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理、性能、因此，要從系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理、性能、成本、可靠性等方面對(duì)不同方案進(jìn)成本、可靠性等方面對(duì)不同方案進(jìn)行論證，最終

11、確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)行論證，最終確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。方案。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案確定以后，可系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案確定以后，可以根據(jù)所要設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)的特以根據(jù)所要設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)的特點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，一般可以分為控制子系統(tǒng)系統(tǒng)，一般可以分為控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)還可以劃分為不同的功能模塊，還可以劃分為不同的功能模塊，以實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能。以實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能。把功能模塊所描述的邏輯功能進(jìn)行邏把功能模塊所描述的邏輯功能進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，詳細(xì)地給出實(shí)現(xiàn)該邏輯功能輯設(shè)計(jì)，詳細(xì)地給出實(shí)現(xiàn)該邏輯功能的硬件描述和軟件描述。例如，在設(shè)

12、的硬件描述和軟件描述。例如，在設(shè)計(jì)譯碼顯示功能模塊時(shí)，要對(duì)采用何計(jì)譯碼顯示功能模塊時(shí)，要對(duì)采用何種顯示器件、采用何種顯示方法等進(jìn)種顯示器件、采用何種顯示方法等進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。行詳細(xì)說(shuō)明。物理設(shè)計(jì)也稱為電路設(shè)計(jì)，是用具物理設(shè)計(jì)也稱為電路設(shè)計(jì)，是用具體的電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能模塊的邏體的電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能模塊的邏輯功能。輯功能。10.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例10.2.1 計(jì)數(shù)報(bào)警器設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)報(bào)警器設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)報(bào)警器，對(duì)輸入的脈沖信號(hào)設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)報(bào)警器，對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，報(bào)警器進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，報(bào)警器給出給出10秒鐘的聲光報(bào)警。

13、該計(jì)數(shù)報(bào)警器的秒鐘的聲光報(bào)警。該計(jì)數(shù)報(bào)警器的計(jì)數(shù)脈沖用按鍵產(chǎn)生，最大計(jì)數(shù)值為計(jì)數(shù)脈沖用按鍵產(chǎn)生，最大計(jì)數(shù)值為60，聲報(bào)警用蜂鳴器產(chǎn)生，光報(bào)警用紅色聲報(bào)警用蜂鳴器產(chǎn)生，光報(bào)警用紅色LED產(chǎn)生，并要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位鍵，當(dāng)報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生，并要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位鍵，當(dāng)報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生后，可以將電路復(fù)位，以重新開(kāi)始計(jì)產(chǎn)生后，可以將電路復(fù)位，以重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。數(shù)。2. 任務(wù)分析任務(wù)分析 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)可知，計(jì)數(shù)報(bào)警器的計(jì)數(shù)脈沖用按根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)可知，計(jì)數(shù)報(bào)警器的計(jì)數(shù)脈沖用按鍵產(chǎn)生，需要設(shè)計(jì)一個(gè)鍵產(chǎn)生，需要設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵脈沖電路按鍵脈沖電路；計(jì)數(shù)報(bào)警；計(jì)數(shù)報(bào)警器能對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，最大計(jì)數(shù)值為器能對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，最大計(jì)數(shù)值為60，因

14、此需，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)要設(shè)計(jì)一個(gè)60進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器；當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到最；當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到最大值時(shí)進(jìn)行大值時(shí)進(jìn)行10秒鐘的聲光報(bào)警，需要設(shè)計(jì)一個(gè)定秒鐘的聲光報(bào)警，需要設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)電路，時(shí)電路，用來(lái)產(chǎn)生用來(lái)產(chǎn)生10秒鐘的定時(shí)，并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器秒鐘的定時(shí)，并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和和LED，進(jìn)行聲光報(bào)警，進(jìn)行聲光報(bào)警；為了能夠?qū)τ?jì)數(shù)值進(jìn)行；為了能夠?qū)τ?jì)數(shù)值進(jìn)行顯示，需要設(shè)計(jì)一個(gè)顯示，需要設(shè)計(jì)一個(gè)顯示譯碼電路顯示譯碼電路。復(fù)位鍵可以。復(fù)位鍵可以控制整個(gè)電路的工作情況，用按鍵產(chǎn)生。由以上控制整個(gè)電路的工作情況，用按鍵產(chǎn)生。由以上分析可知，分析可知，整個(gè)計(jì)數(shù)報(bào)警器電路可以由控制模塊、整個(gè)計(jì)數(shù)報(bào)警器電路可以由控制模塊

15、、脈沖產(chǎn)生模塊、計(jì)數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、定時(shí)脈沖產(chǎn)生模塊、計(jì)數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、定時(shí)模塊和報(bào)警模塊等組成。模塊和報(bào)警模塊等組成。3. 模塊電路設(shè)計(jì)模塊電路設(shè)計(jì)（1）脈沖產(chǎn)生電路可以用按鍵產(chǎn)生，當(dāng)按鍵按下或）脈沖產(chǎn)生電路可以用按鍵產(chǎn)生，當(dāng)按鍵按下或松開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，使輸出信號(hào)不穩(wěn)定，因此松開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，使輸出信號(hào)不穩(wěn)定，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定電路，使按鍵按下后可以產(chǎn)生需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定電路，使按鍵按下后可以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。設(shè)計(jì)電路如圖一個(gè)穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。設(shè)計(jì)電路如圖10.3所示。所示。圖中在按鍵后面增加了一個(gè)由與非門構(gòu)成基本圖中在按鍵后面增加了一個(gè)由與非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，可以起到

16、消抖的效果，當(dāng)按鍵觸發(fā)器，可以起到消抖的效果，當(dāng)按鍵J1按下去按下去后，在輸出后，在輸出Q端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖。端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖。 （2）計(jì)數(shù)模塊可以采用）計(jì)數(shù)模塊可以采用多種方案實(shí)現(xiàn)，這里采多種方案實(shí)現(xiàn)，這里采用兩片用兩片74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)的電路如圖的電路如圖10.4所示。所示。圖中上方的圖中上方的74LS160為為個(gè)位，下方的個(gè)位，下方的74LS160為十位，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到為十位，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到60時(shí)，由與非門時(shí)，由與非門74LS00譯出進(jìn)位信號(hào)，以便其譯出進(jìn)位信號(hào)，以便其它電路使用。它電路使用。 （3）譯碼顯示電路可以采用七段數(shù)碼管顯示加譯碼器實(shí)現(xiàn)，由

17、于七段數(shù)碼管由共陽(yáng)極和共陰極兩種，所以對(duì)應(yīng)的顯示譯碼器也應(yīng)分為兩種，一種驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極的數(shù)碼管，一種驅(qū)動(dòng)共陰極的數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，因此顯示譯碼器采用74LS47。74LS47的輸入端接對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器74LS160的輸出端，74LS47的輸出端接數(shù)碼管的輸入端，并將74LS47的控制端接高電平，數(shù)碼管的共陽(yáng)極接電源，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)值的顯示。（4）定時(shí)電路采用）定時(shí)電路采用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成，構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成，只要電路參數(shù)設(shè)置合適，就會(huì)產(chǎn)生只要電路參數(shù)設(shè)置合適，就會(huì)產(chǎn)生10秒鐘的定時(shí)。秒鐘的定時(shí)。并利用定時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和蜂鳴器，就可以實(shí)并利用定時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和蜂鳴器，就

18、可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)10秒鐘的報(bào)警，其電路連接如圖秒鐘的報(bào)警，其電路連接如圖10.5所示。所示。圖圖10.5 定時(shí)報(bào)警電路設(shè)計(jì)定時(shí)報(bào)警電路設(shè)計(jì)（5）控制電路設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的核心，它控制）控制電路設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的核心，它控制著整個(gè)電路的工作狀態(tài)。當(dāng)電路通電開(kāi)始工作之著整個(gè)電路的工作狀態(tài)。當(dāng)電路通電開(kāi)始工作之前，需要按下控制鍵，即產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，使前，需要按下控制鍵，即產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，使電路開(kāi)始工作，這時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)輸入的脈沖進(jìn)電路開(kāi)始工作，這時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到60時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位輸出時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位輸出信號(hào)，并觸發(fā)定時(shí)電路，使電路產(chǎn)生信號(hào)，并觸發(fā)

19、定時(shí)電路，使電路產(chǎn)生10秒鐘的聲秒鐘的聲光報(bào)警信號(hào)。在報(bào)警信號(hào)起作用的光報(bào)警信號(hào)。在報(bào)警信號(hào)起作用的10秒鐘內(nèi)，計(jì)秒鐘內(nèi)，計(jì)數(shù)脈沖和控制信號(hào)將不起作用，即電路不能再對(duì)數(shù)脈沖和控制信號(hào)將不起作用，即電路不能再對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，控制信號(hào)也不能使電路復(fù)位。輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，控制信號(hào)也不能使電路復(fù)位。當(dāng)報(bào)警信號(hào)消失后，按下控制信號(hào)，將電路復(fù)位，當(dāng)報(bào)警信號(hào)消失后，按下控制信號(hào)，將電路復(fù)位，可以重新對(duì)輸出脈沖計(jì)數(shù)?？梢灾匦聦?duì)輸出脈沖計(jì)數(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)上述控制功能，使用了帶有預(yù)置數(shù)功能為了實(shí)現(xiàn)上述控制功能，使用了帶有預(yù)置數(shù)功能的的JK觸發(fā)器觸發(fā)器74LS112，剛接通電源時(shí)，剛接通電源時(shí)，74LS112的的

20、輸出為低電平，使計(jì)數(shù)電路不能計(jì)數(shù)，當(dāng)電路復(fù)輸出為低電平，使計(jì)數(shù)電路不能計(jì)數(shù)，當(dāng)電路復(fù)位后，使位后，使74LS112輸出為高電平，電路開(kāi)始計(jì)數(shù)，輸出為高電平，電路開(kāi)始計(jì)數(shù)，因此將控制按鍵的輸出接在因此將控制按鍵的輸出接在JK觸發(fā)器的預(yù)置數(shù)輸觸發(fā)器的預(yù)置數(shù)輸入端，將入端，將JK觸發(fā)器輸出端接在計(jì)數(shù)器的控制端觸發(fā)器輸出端接在計(jì)數(shù)器的控制端ENP上。同時(shí)將上。同時(shí)將JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J、K端連接在一起，端連接在一起，并接高電平，使觸發(fā)器的輸出處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，并并接高電平，使觸發(fā)器的輸出處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，并將將555定時(shí)器的報(bào)警輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器后接入定時(shí)器的報(bào)警輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器后接入74LS112的時(shí)鐘

21、輸入端，當(dāng)報(bào)警信號(hào)消失后，時(shí)的時(shí)鐘輸入端，當(dāng)報(bào)警信號(hào)消失后，時(shí)鐘信號(hào)有效，使鐘信號(hào)有效，使JK觸發(fā)器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即觸發(fā)觸發(fā)器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即觸發(fā)器輸出低電平，使計(jì)數(shù)電路不能計(jì)數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)器輸出低電平，使計(jì)數(shù)電路不能計(jì)數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生的10秒內(nèi)計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，可以將秒內(nèi)計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，可以將555定時(shí)器的報(bào)警輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器接入計(jì)數(shù)器定時(shí)器的報(bào)警輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器接入計(jì)數(shù)器的控制端，使計(jì)數(shù)器清零，不能計(jì)數(shù)。的控制端，使計(jì)數(shù)器清零，不能計(jì)數(shù)。本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要介紹了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本概念和數(shù)字本章主要介紹了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本概念和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程，并通過(guò)計(jì)數(shù)報(bào)警器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程，并通過(guò)計(jì)數(shù)報(bào)警器設(shè)計(jì)、交通燈控制器設(shè)計(jì)和函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)介紹了數(shù)字交通燈控制器設(shè)計(jì)和函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)介紹了數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。 數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要包括控制電路、數(shù)據(jù)處數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要包括控制電路、數(shù)據(jù)處理電路、輸入理電路、輸入/輸出電路和時(shí)基電路?？刂齐娐泛洼敵鲭娐泛蜁r(shí)基電路?？刂齐娐泛蛿?shù)據(jù)處理電路是數(shù)字系統(tǒng)的核心，控制電路的任數(shù)據(jù)處理電路是數(shù)字系統(tǒng)的核心，控制電路的任務(wù)是協(xié)調(diào)系