數(shù)字電子技術及應用

1、 概述概述常用常用電氣電氣設備設備機械機械電氣電氣一體化一體化高頻電路高頻電路模擬電路模擬電路廣播、通信廣播、通信低頻電路低頻電路數(shù)字電路數(shù)字電路歸納：歸納：1）數(shù)字電路僅是知識體系很少的一部分）數(shù)字電路僅是知識體系很少的一部分2）任何一件實用的產(chǎn)品都是多門技術綜合的結果）任何一件實用的產(chǎn)品都是多門技術綜合的結果 1、與門、與門沖床、剪板機操作：兩手同時按下才有效沖床、剪板機操作：兩手同時按下才有效2、或門、或門故障報警，故障報警， 水箱溫度、壓力、流量水箱溫度、壓力、流量用二極管觸發(fā)可控硅，蜂鳴器用二極管觸發(fā)可控硅，蜂鳴器/LED報警，斷電報警，斷電3、非門、非門Fuse熔斷器指示熔斷器指示

2、4、異或門、異或門電機正反轉控制；電機正反轉控制；5、同或門、同或門樓道電燈控制；樓道電燈控制；6、OC門門線與；電平移動；線與；電平移動； 微機電源，微機電源，4路路5V、12V，4比較器比較器LM339，OC輸出，直接線或，斷電保護輸出，直接線或，斷電保護7、三態(tài)門、三態(tài)門IO緩沖，緩沖，總線總線分時復用分時復用 1、半加器、半加器異或邏輯異或邏輯/判奇電路判奇電路/奇偶校驗奇偶校驗2、全加器、全加器三人表決（舉重）三人表決（舉重）3、編碼器、編碼器編碼鍵盤編碼鍵盤自定義自定義4、譯碼器、譯碼器汽車密碼鎖（汽車密碼鎖（20位）位）5、比較器、比較器優(yōu)先權排隊，中斷的嵌套優(yōu)先權排隊，中斷的嵌

3、套6、多路器、多路器用于設計組合邏輯電路，用于設計組合邏輯電路， 因為它包含了一個完全的（所有的最小項）譯碼器因為它包含了一個完全的（所有的最小項）譯碼器7、分配器、分配器例題、利用中小規(guī)模例題、利用中小規(guī)模 IC 設計組合電路設計組合電路例例1. 利用利用 4 選選 1 多路器設計多路器設計三人表決三人表決邏輯電路邏輯電路F = ABC + ABC + ABC + ABC = AB 0 + ABC + ABC + AB(C+C)F = A B 0 + A B C + A B C + A B 1與多路器的表達式與多路器的表達式逐項逐項進行比較進行比較 Y = A1A0D0 + A1A0D1 +

4、 A1A0D2 + A1A0D3易得：易得：控制變量：控制變量：A1=A, A0=B , 輸入數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)：D0=0, D1=D2=C, D3=1YD3 D2 D1 D0 A1 A0“1” C 0 A B假設函數(shù)變量按假設函數(shù)變量按 A、B、C 的順序排列，把的順序排列，把A、B看作控制變量，看作控制變量，C 作為輸入的數(shù)據(jù)，把作為輸入的數(shù)據(jù)，把 F 變形為多路器的形式，以便比較。變形為多路器的形式，以便比較。原理：任何組合邏輯函數(shù)都是由原理：任何組合邏輯函數(shù)都是由最小項最小項構成的構成的以以最小項之和最小項之和的形式出現(xiàn)，而譯碼的形式出現(xiàn)，而譯碼 器的輸出就包含了器的輸出就包含了全部的全部

5、的最小項，最小項，因此只需要因此只需要對輸出對輸出進行進行有選擇的組合有選擇的組合即可。即可。38譯碼器的輸出：譯碼器的輸出： y0 =CBA= m0 , y1 =CBA= m1 , y2 =CBA= m2 , y3 =CBA= m3 , y4 =CBA= m4 , y5 =CBA= m5 , y6 =CBA= m6 , y7 =CBA= m7 ,三人表決三人表決邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)： F =AB + BC + CA標準標準“與或與或”表達式：表達式： F = ABC + ABC + ABC + ABC = m3 + m5 + m6 + m7 = m3 m5 m6 m7 = y3 y5 y6 y

6、7例例2. 利用利用 38 譯碼器設計譯碼器設計三人表決三人表決邏輯電路邏輯電路&G1 G2A G2B C B Ay7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y0F“1” C B A例例3. 利用利用 38 譯碼器設計譯碼器設計全加器全加器全加器的和：全加器的和：S = C0BA +C0BA +C0BA +C0BA 奇數(shù)個奇數(shù)個“1”全加器的進位：全加器的進位：C = C0BA +C0BA +C0BA +C0BA 2個個“1”于是于是 S、C 可以改寫成：可以改寫成：S = m1 +m2 +m4 +m7 = m1 m2 m4 m7 = y1 y2 y4 y7C = m3 +m5 +m6 +m7

7、= m3 m5 m6 m7 = y3 y5 y6 y7G1 G2A G2B C B Ay7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y0&C“1” C0 B A&S假設輸入變量的排列順序為：假設輸入變量的排列順序為： C0 B A 注意到：注意到：1）利用）利用多路器多路器設計時，不需要附加電路，但不如用設計時，不需要附加電路，但不如用譯碼器譯碼器來得直接，且只能有一個輸出；來得直接，且只能有一個輸出；2）反之，用）反之，用譯碼器譯碼器設計電路時，需要附加設計電路時，需要附加“與非與非”門，但可實現(xiàn)門，但可實現(xiàn)多路輸出多路輸出1、計數(shù)器、計數(shù)器（1）電子鐘（萬年歷）計數(shù)、進位、月份不同、閏月）電子

8、鐘（萬年歷）計數(shù)、進位、月份不同、閏月 1）秒脈沖發(fā)生電路；）秒脈沖發(fā)生電路；2）秒、分、時、日、月、年計數(shù)、譯碼顯示；）秒、分、時、日、月、年計數(shù)、譯碼顯示； 3）校準電路；）校準電路；4）年歷）年歷(CPU)（2）頻率計）頻率計整形、計數(shù)、時基電路；高頻測頻率，低頻測周期整形、計數(shù)、時基電路；高頻測頻率，低頻測周期（3）電子秒表）電子秒表時鐘源（晶振），分頻器（時鐘源（晶振），分頻器（1/100秒），秒）， 計數(shù)器，顯示器；啟動、停止、清零按鈕計數(shù)器，顯示器；啟動、停止、清零按鈕（4）編碼器）編碼器測轉角測轉角(碼盤碼盤)、位移、位移(碼尺碼尺)； 光源（紅外），光柵，光電脈沖，單路，雙路

9、光源（紅外），光柵，光電脈沖，單路，雙路測轉速、轉向測轉速、轉向（5）轉速表）轉速表光電編碼器光電編碼器脈沖脈沖/轉，計數(shù)器，時基電路轉，計數(shù)器，時基電路（6）計價器）計價器先按照里程計費，再結合里程和時間計算，尤其是堵車時先按照里程計費，再結合里程和時間計算，尤其是堵車時（7）數(shù)藥片）數(shù)藥片光電傳感器，對脈沖計數(shù)，到數(shù)量后停止，換藥瓶繼續(xù)光電傳感器，對脈沖計數(shù)，到數(shù)量后停止，換藥瓶繼續(xù) （1）洗衣機）洗衣機洗滌、漂洗、甩干洗滌、漂洗、甩干（2）電風扇）電風扇定時定時發(fā)條、電子；發(fā)條、電子； 調(diào)速調(diào)速主繞組串聯(lián)帶抽頭的電抗器主繞組串聯(lián)帶抽頭的電抗器降壓調(diào)速降壓調(diào)速（3）節(jié)拍器）節(jié)拍器1/4、1

10、/8、1/16音符音符（4）交通燈）交通燈紅、綠、黃三種燈亮的時間各不相同，紅、綠、黃三種燈亮的時間各不相同， 固定式？有智能？加固定式？有智能？加CCD，流量大時延長綠燈。，流量大時延長綠燈。（5）電飯煲）電飯煲定時通電（只是大米泡久了不好吃）；定時通電（只是大米泡久了不好吃）； 煮飯煮飯居里效應居里效應（6）冰箱斷電保護器）冰箱斷電保護器延時接通延時接通（7）防浪涌電路）防浪涌電路容性負載容性負載，串限流電阻，啟動后短接，串限流電阻，啟動后短接 （1）數(shù)碼寄存，并入并出（）數(shù)碼寄存，并入并出（RAM）（2）并入串出，串入并出）并入串出，串入并出串并轉換（串并轉換（Modem）（3）先入先出

11、）先入先出FIFO（4）脈沖分配器）脈沖分配器4位循環(huán)移位寄存器（步進電機）位循環(huán)移位寄存器（步進電機）（5）鎖存器）鎖存器二次鎖存（二次鎖存（8bit），實現(xiàn)（），實現(xiàn)（16bit）同步傳輸）同步傳輸（6）雙口）雙口RAM信息交互，控制與執(zhí)行部件；廣告牌的刷新信息交互，控制與執(zhí)行部件；廣告牌的刷新 （1）地址驅(qū)動器）地址驅(qū)動器LS373（8D）鎖存）鎖存（2）雙向驅(qū)動器）雙向驅(qū)動器LS245（三態(tài)門）（三態(tài)門） （方向和使能控制）（方向和使能控制）1、多諧振蕩器、多諧振蕩器電子琴電子琴2、單穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路定時、整形、延時定時、整形、延時3、施密特電路、施密特電路整形、鑒幅整形、鑒幅4、

12、自動溫度控制（簡易）、自動溫度控制（簡易）5、占空比可調(diào)的多諧振蕩器、占空比可調(diào)的多諧振蕩器DC電機調(diào)速（電機調(diào)速（PWM）6、壓控振蕩器、壓控振蕩器鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴頻、跳頻鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴頻、跳頻 NE555GNDTLTHCODiscUDDUORD12348765RQQSRDC156271348C2R 5kTHRDGNDUDDUODiscTLCO模擬數(shù)字組合體模擬數(shù)字組合體R 5kR 5k1、多諧振蕩器、多諧振蕩器電子琴電子琴R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1RvccC1C3C255576231 58 4單穩(wěn)態(tài)電路

13、單穩(wěn)態(tài)電路定時定時洗照片曝光定時洗照片曝光定時KA電源電源tP曝光時間曝光時間 TP= 1.1 R2C1KR11245678555UDDUOC2DKATR3R2R4C13改變改變R2可調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)曝光時間曝光時間單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路整形整形單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)輸入脈沖輸入脈沖整形后正脈沖整形后正脈沖整形后負脈沖整形后負脈沖單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路延時延時tD單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)微分微分單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)uiuO1uO3uO2施密特電路施密特電路整形、鑒幅整形、鑒幅ttOOViVotOVoVTtOViVT自動溫度控制自動溫度控制簡易溫控電路簡易溫控電路12345678Rt555UDDUOR1CR2Rt負溫負溫MTC1、溫度

14、、溫度 Rt U6U2當當U62/3UDD, U21/3UDD時時UO= 0 停止加熱，溫度停止加熱，溫度溫度溫度 RtU6U2當當U62/3UDD, U21/3UDD時時UO= 1 接通加熱器，溫度接通加熱器，溫度tT占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比可調(diào)的多諧振蕩器DC電機調(diào)速（電機調(diào)速（PWM） tVott555驅(qū)動驅(qū)動改變改變M= 50%較小較小較大較大壓控振蕩器壓控振蕩器鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴頻、跳頻鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴頻、跳頻ViF(Vo)OVCOViVo 數(shù)模轉換數(shù)模轉換1）DAC轉換類型轉換類型權電阻網(wǎng)絡權電阻網(wǎng)絡IsVoVREFRID3D1D2D08R4R2RRI/2I/

15、4I/8IsVo = R*IsT型網(wǎng)絡型網(wǎng)絡IsVoVREFRID0D2D1D3RIsVo = R*IsI0I1I2I3RR2R2R2R2R2RI/2I/2I/4I/8I/4I/16I/8權電流權電流（恒流源，克服模擬開關內(nèi)阻的影響）（恒流源，克服模擬開關內(nèi)阻的影響）IsVoVREF (-)RD0 D1 D2 D3IsVo = R*IsI0 I1 I2 I3I/16 I/8 I/4 I/2開關樹開關樹電阻分壓，只用一種電阻；電阻分壓，只用一種電阻；把把VREF分為分為8等分，根據(jù)數(shù)字量決定取前一半還是后一半等分，根據(jù)數(shù)字量決定取前一半還是后一半VREFRRRRRRRRVoDo Do D1 D1

16、 D2 D27/86/85/84/83/82/81/8權電容網(wǎng)絡權電容網(wǎng)絡電容分壓，用多種電容電容分壓，用多種電容轉換前所有電容轉換前所有電容放電放電，轉換時再對，轉換時再對Vref分壓，容量不同，分壓不同分壓，容量不同，分壓不同S0 S1 S2 S3VrefD0 D1 D2 D3VoSDC0 C0 C1 C2 C3Cx Cx 2Cx 4Cx 8Cx轉換精度、工作方式轉換精度、工作方式（1）轉換精度）轉換精度分辨率分辨率（2）轉換誤差）轉換誤差參考電壓、運放零漂、模擬開關、電阻網(wǎng)絡參考電壓、運放零漂、模擬開關、電阻網(wǎng)絡（3）轉換速度）轉換速度建立時間建立時間數(shù)字量輸入到模擬電壓形成的時間數(shù)字量

17、輸入到模擬電壓形成的時間（4）波形發(fā)生）波形發(fā)生方波、正弦、三角、鋸齒、任意波形方波、正弦、三角、鋸齒、任意波形（5）驅(qū)動能力）驅(qū)動能力電流擴展、電壓跟隨、功率放大（電流擴展、電壓跟隨、功率放大（OCL）（6）串行輸入）串行輸入DAC減少傳輸線減少傳輸線串并轉換，寄存，并行串并轉換，寄存，并行DAC 模數(shù)轉換模數(shù)轉換1）轉換類型）轉換類型（1）計數(shù)型）計數(shù)型 計數(shù)器清零，開始計數(shù)，計數(shù)器清零，開始計數(shù)，DAC，與，與Vi比較，相等時結束比較，相等時結束 太慢，但電路簡單；太慢，但電路簡單；CP鎖存控制鎖存控制Vo計數(shù)器計數(shù)器DAC脈沖源脈沖源Vi模擬輸入模擬輸入數(shù)字量輸數(shù)字量輸出出鎖存器鎖存器

18、&（2）逐次比較）逐次比較一半一半比較一半一半比較快快CP轉換控制轉換控制Vo逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器控制邏輯控制邏輯DAC脈沖源脈沖源Vi模擬輸入模擬輸入數(shù)字量輸數(shù)字量輸出出鎖存器鎖存器（3）雙積分型）雙積分型先對先對Vi固定時間固定時間(T1)積分，再對積分，再對VREF反向積分，得到反向積分，得到T2。 在在T2內(nèi)對內(nèi)對CP計數(shù)，得到結果。計數(shù)，得到結果。兩次積分，比較準，但很慢，電路簡單，便宜；兩次積分，比較準，但很慢，電路簡單，便宜；CP轉換控制轉換控制控制邏輯控制邏輯脈沖源脈沖源Vi模擬輸入模擬輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出計數(shù)器計數(shù)器比較器比較器VrefS1S2CRS1 S2積分器

19、積分器Vi1小小tVoT1T2T2Vi2大大tt（4）VF 變換型變換型壓控振蕩器壓控振蕩器+時基電路時基電路+計數(shù)器計數(shù)器+寄存器寄存器VCO&計數(shù)器計數(shù)器數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出鎖存器鎖存器Vi時基時基時基信號時基信號（1）掃描型與獨立型）掃描型與獨立型（2）轉換精度）轉換精度分辨率與轉換誤差分辨率與轉換誤差 為為LSB的若干倍，與參考電壓、零漂、地線布局都有關。的若干倍，與參考電壓、零漂、地線布局都有關。（3）轉換速度）轉換速度與與ADC的類型密切相關，并聯(lián)比較型最快，的類型密切相關，并聯(lián)比較型最快， 逐次比較型次之，雙積分最慢。逐次比較型次之，雙積分最慢。（4）過采樣問題過采樣問題 提高采

20、樣率，提高采樣率，F(xiàn)sFm，使得，使得0Fm內(nèi)的量化噪聲下降，內(nèi)的量化噪聲下降， 提高了信噪比提高了信噪比相當于提高了采樣的分辨率相當于提高了采樣的分辨率（5）串行輸出）串行輸出ADC減少傳輸線減少傳輸線SPI（同步）（同步）（6）注意信號源的內(nèi)阻對采樣精度的影響（越小越好）注意信號源的內(nèi)阻對采樣精度的影響（越小越好）1、手動控制、手動控制（1）閘刀開關）閘刀開關單向單向通斷控制；通斷控制； 雙向（跟頭閘）雙向（跟頭閘）換向控制換向控制（2）熔斷器）熔斷器保險管（絲）保險管（絲）防止短路防止短路（3）斷路器）斷路器空氣開關（滅弧介質(zhì)為空氣），過流跳閘空氣開關（滅弧介質(zhì)為空氣），過流跳閘2、起停

21、控制、起?？刂疲?）按鈕開關）按鈕開關常閉、常開常閉、常開（2）交流接觸器）交流接觸器三相電控制，帶有輔助觸點三相電控制，帶有輔助觸點（3）中間繼電器）中間繼電器用于組成控制電路（而非主電路）用于組成控制電路（而非主電路）（4）熱繼電器）熱繼電器過載保護（金屬受熱變形）過載保護（金屬受熱變形）3、自鎖、互鎖、自鎖、互鎖3、點動、聯(lián)動、自鎖、互鎖控制（正反轉）、點動、聯(lián)動、自鎖、互鎖控制（正反轉）4、行程控制、行程控制行程開關行程開關5、時間控制、時間控制時間繼電器時間繼電器機械的、電子的機械的、電子的L1 L2 L33相電動機相電動機FRKMFKMRKMFKMRKMFKMRKMFKMRSBST

22、FSBSTRSBSTP6、繼電器的計算機控制、繼電器的計算機控制（1）單個小型繼電器）單個小型繼電器直接芯片驅(qū)動控制直接芯片驅(qū)動控制（2）單個中型繼電器）單個中型繼電器IO控制，控制，MOS，5V；（3）多個中小型繼電器）多個中小型繼電器IO控制，控制，1個個MOS， 再用觸點控制一組繼電器的線圈；再用觸點控制一組繼電器的線圈；（4）高壓繼電器）高壓繼電器分層控制，光電隔離分層控制，光電隔離 解決繼電控制的復雜性、不靈活性、低可靠性，主要用于解決繼電控制的復雜性、不靈活性、低可靠性，主要用于順序控制順序控制 輸出輸出(觸點觸點)儲存器儲存器輸入寄存輸入寄存CPU輸入輸入(開關開關)用電器用電器

23、編程器編程器上位機上位機1、PLC的結構的結構主機（主機（CPU）、編程器、）、編程器、IO接口、接口、IO擴展接口、外設接口擴展接口、外設接口 2、工作方式、工作方式順序掃描、不斷循環(huán)順序掃描、不斷循環(huán)輸入取樣、程序執(zhí)行、輸出更新，周期輸入取樣、程序執(zhí)行、輸出更新，周期100ms輸入接口輸入接口輸入端子輸入端子輸出端子輸出端子輸入寄存器輸入寄存器程序執(zhí)行程序執(zhí)行輸出寄存器輸出寄存器輸出接口輸出接口輸入取樣輸入取樣輸出更新輸出更新程序執(zhí)行程序執(zhí)行掃描周期掃描周期3、性能指標、性能指標IO數(shù)目、指令系統(tǒng)、掃描速度、程序容量、數(shù)目、指令系統(tǒng)、掃描速度、程序容量、元種類件（繼電器、計數(shù)器、定時器、元

24、種類件（繼電器、計數(shù)器、定時器、ADC？）？）4、編程語言、編程語言1）梯形圖（從上到下，從左到右）梯形圖（從上到下，從左到右）2）指令語句）指令語句1、可編程存儲器、可編程存儲器1、ROM 只讀存儲器只讀存儲器2、PROM 一次性編程（熔絲）一次性編程（熔絲）3、EPROM 紫外線擦除紫外線擦除4、E2PROM 電擦除電擦除2、可編程邏輯器件、可編程邏輯器件1）PLA 可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列（雙極型熔絲）（雙極型熔絲）“可編程可編程與門陣列與門陣列” + “可編程可編程或門陣列或門陣列”+輸出緩沖器輸出緩沖器特點：特點：主要實現(xiàn)組合邏輯功能主要實現(xiàn)組合邏輯功能2）PAL 可編程陣列邏輯

25、可編程陣列邏輯（雙極型熔絲）（雙極型熔絲）“可編程可編程與門陣列與門陣列” + “固定的固定的或門陣列或門陣列”+輸出電路輸出電路特點：特點：（1）組合、時序邏輯（帶組合、時序邏輯（帶觸發(fā)器觸發(fā)器反饋）均可；反饋）均可； （2）輸出輸出電路電路種類繁多種類繁多3）GAL 通用陣列邏輯（通用陣列邏輯（CMOS）特點：特點：（1）電擦除；（）電擦除；（2）輸出單元）輸出單元可編程（可編程（組合組合/時序）時序）3、FPGA與CPLD配置外部配置外部E2PROM，上電時調(diào)入程序，由，上電時調(diào)入程序，由LUT得到輸出；得到輸出；掉電時程序丟失，掉電時程序丟失，F(xiàn)PGA變?yōu)樽優(yōu)椤翱瞻卓瞻住?。外部外部E2

26、PROM寫入不同的程序，可以實現(xiàn)不同的功能。寫入不同的程序，可以實現(xiàn)不同的功能。程序保密性差！程序保密性差！延時不好控制。延時不好控制。CPLD邏輯塊為單元邏輯塊為單元粗顆粒，編程簡單，粗顆粒，編程簡單，速度更快，延時可預知，程序保密性好速度更快，延時可預知，程序保密性好FPGA邏輯門為單元邏輯門為單元細顆粒，細顆粒，通過通過布線布線來改變功能來改變功能更靈活，實現(xiàn)方式更靈活，實現(xiàn)方式查找表（查找表（LUT）VHDL編程語言編程語言 Quartus II 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境4、FPGA的技術特點的技術特點1）FPGA是是VLSIC和和CAD的產(chǎn)物；的產(chǎn)物；2）能夠?qū)υO計進行）能夠?qū)υO計進行在線修

27、改；在線修改；3）支持嵌入式存儲器（）支持嵌入式存儲器（MEMory）；）；4）配有專用外部）配有專用外部MEM接口，便于擴展接口，便于擴展DDR；5）支持串行）支持串行/網(wǎng)絡接口；網(wǎng)絡接口；6）支持）支持IO：標準單端：標準單端/差分差分(LVDS, Max 640Mbps)5、FPGA的基本組成結構的基本組成結構1）邏輯陣列塊）邏輯陣列塊LABs 按行列排放按行列排放； 2）嵌入式存儲器塊）嵌入式存儲器塊M4k；3）鎖相環(huán)）鎖相環(huán)PPL 提供時鐘提供時鐘； 4）輸入輸出單元）輸入輸出單元IOEs四周四周4）1）3）2）6、VHDL設計流程設計流程6、VHDL設計流程（續(xù)）設計流程（續(xù)）1）

28、代碼編寫：）代碼編寫：用編輯器書寫用編輯器書寫VHDL源程序源程序2）功能仿真：）功能仿真：前仿真，發(fā)現(xiàn)設計中的錯誤；前仿真，發(fā)現(xiàn)設計中的錯誤；3）綜合：）綜合：將設計輸入翻譯成基本邏輯單元組成的網(wǎng)表；將設計輸入翻譯成基本邏輯單元組成的網(wǎng)表； 4）綜合后仿真：）綜合后仿真： 檢查綜合結果是否與原設計一致；檢查綜合結果是否與原設計一致；5）映射和布線：）映射和布線： 將綜合的結果適配到芯片內(nèi)部固有的硬件上；將綜合的結果適配到芯片內(nèi)部固有的硬件上； 6）時序）時序(后仿真后仿真)：將布局和布線的將布局和布線的時延信息反饋時延信息反饋到設計網(wǎng)表中；到設計網(wǎng)表中；7）下載驗證：）下載驗證：將目標代碼下

29、載到配置芯片，驗證設計將目標代碼下載到配置芯片，驗證設計是否正確是否正確。 7、 VHDL程序設計基本結構程序設計基本結構 8、 VHDL流程控制語句流程控制語句IF語句語句CASE語句語句LOOP語句語句NEXT語句語句EXIT語句語句9、FPGA的編程舉例的編程舉例1）多路選擇器）多路選擇器P1P2abcABBASSZZ =a(p1 = 1)b(p1 = 0 & p2 = 0) c(p1 = 0 & p2 = 1) 1）多路選擇器（續(xù)）多路選擇器（續(xù)）雙雙2選選1多路選擇器多路選擇器SIGNAL a ,b , c, p1, p2, z :BIT; IF (p1=1) THEN 滿足此語句的

30、條件是滿足此語句的條件是(p1=1) z=a; ELSIF (p2=0) THEN z=b; 滿足此語句的條件是滿足此語句的條件是(p1=0) AND (p2=0) ELSE z=c; 滿足此語句的條件是滿足此語句的條件是(p1=0) AND (p2=1) END IF;P1P2abcABBASSZ2）加法器中的）加法器中的半加器半加器輸入：輸入：a，b； 輸出：和輸出：和sum，進位，進位c 3）步進電機狀態(tài)機設計）步進電機狀態(tài)機設計(1) 設計要求：設計要求：使用使用VHDL語言，編制一個語言，編制一個4相相4拍拍步進電機控制程序，由發(fā)光二極管指步進電機控制程序，由發(fā)光二極管指示步進電機的

31、相序，要求正反轉控制，通過改變時鐘頻率實現(xiàn)調(diào)速。示步進電機的相序，要求正反轉控制，通過改變時鐘頻率實現(xiàn)調(diào)速。 (2) 狀態(tài)轉換圖狀態(tài)轉換圖 3）步進電機）步進電機狀態(tài)轉換表狀態(tài)轉換表表表1 步進電機順時針和逆時針旋轉的二進制碼步進電機順時針和逆時針旋轉的二進制碼表表2 步進電機順時針和逆時針旋轉的狀態(tài)步進電機順時針和逆時針旋轉的狀態(tài)轉換表轉換表順時針逆時針0001（S0）1000（S3）0010（S1）0100（S2）0100（S2）0010（S1）1000（S3）0001（S0）0001（S0）1000（S3）順時針旋轉逆時針旋轉現(xiàn)態(tài)次態(tài)現(xiàn)態(tài)次態(tài)S0S1S3S2S1S2S2S1S2S3S1S

32、0S3S0S0S3（4）仿真波形圖）仿真波形圖思考題：思考題：控制方式改為控制方式改為4相相8拍拍的控制方式，應該如何設計程序？的控制方式，應該如何設計程序？ 可用循環(huán)移位寄存器實現(xiàn)！可用循環(huán)移位寄存器實現(xiàn)！ 10、Quartus II使用環(huán)境使用環(huán)境操作步驟操作步驟 1）新建文本文件：）新建文本文件：file/new2）建立工程項目：）建立工程項目：File/New Project Wizard 選擇器件封裝形式選擇器件封裝形式、引腳數(shù)目、速度級別、引腳數(shù)目、速度級別 3）編譯并綜合）編譯并綜合 ：有錯誤，需要修改設計有錯誤，需要修改設計 4）設計仿真：）設計仿真： （1）設定仿真節(jié)點、時間

33、、激勵；）設定仿真節(jié)點、時間、激勵； （2）運行仿真，檢查是否有錯；）運行仿真，檢查是否有錯； （3）管腳分配（再重新編譯）管腳分配（再重新編譯） （4）纜線連接）纜線連接PC機機與與實驗板（實驗板（JTAG） （5）下載程序）下載程序 （6）驗證測試）驗證測試VHDL 原理圖原理圖與芯片有關與芯片有關11、FPGA的復雜應用的復雜應用1）DDS技術技術 DDSDDS有如下優(yōu)點：有如下優(yōu)點： 頻率分辨率頻率分辨率高，輸出頻點多高，輸出頻點多22N N； 頻率切換速度快，可達頻率切換速度快，可達usus量級；量級； 頻率切換時相位連續(xù)；頻率切換時相位連續(xù)； 可以輸出寬帶正交信號；可以輸出寬帶正交

34、信號； 輸出相位噪聲低；輸出相位噪聲低； 可以產(chǎn)生任意波形；可以產(chǎn)生任意波形； 全數(shù)字化實現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。全數(shù)字化實現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。CLK頻率控頻率控制字制字(K)查找表查找表(ROM)相位相位輸出輸出相位控相位控制字制字(D)頻率頻率累加器累加器相位相位累加器累加器DA輸輸出出濾濾波波器器Vo2）雷達回波模擬器）雷達回波模擬器 距離距離時間延遲時間延遲速度速度多普勒效應，頻率搬移，復數(shù)運算，正交變換多普勒效應，頻率搬移，復數(shù)運算，正交變換方位方位相位差相位差2）回波模擬器總體框圖）回波模擬器總體框圖 2）模擬器）模擬器FPGA內(nèi)部結構框圖內(nèi)部結構框圖 對對 象象調(diào)

35、調(diào) 理理CPUIO串口串口AD232485USB 1）程控放大器）程控放大器2）程控電源）程控電源3）多路）多路AD掃描掃描多路模擬開關多路模擬開關1）CD（采樣率（采樣率44.4kHz）2）VCD，DVD3）數(shù)碼相機、數(shù)字錄像機）數(shù)碼相機、數(shù)字錄像機4）電視節(jié)目自動搜索）電視節(jié)目自動搜索5）數(shù)字電視？）數(shù)字電視？t78818385868584.646662616365tt2）VCD，DVD 編碼、壓縮編碼、壓縮3）數(shù)碼相機、數(shù)字錄像機：）數(shù)碼相機、數(shù)字錄像機：壓縮、未壓縮（壓縮、未壓縮（raw格式）格式）4）電視節(jié)目自動搜索）電視節(jié)目自動搜索5）數(shù)字電視？）數(shù)字電視？UD/AMEMAddressREG.ChannelNo.tuningEEPROM自動調(diào)諧自動調(diào)諧與與手動調(diào)諧手動調(diào)諧應用了那些技術？應用了那些技術？1. 諧振諧振 基本電路原理基本電路原理2. Vf 轉換轉換模電技術模電技術3. 數(shù)字數(shù)字 存儲存儲數(shù)字技術數(shù)字技術ChannelNo.AddressREG.MEMMAP 驅(qū)動器驅(qū)動器PMac卡卡C