數(shù)字電子技術(shù)PPT-7資料

1、第七章第七章 數(shù)字系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) 7.1 概述概述7.2 數(shù)字系統(tǒng)的擴(kuò)展數(shù)字系統(tǒng)的擴(kuò)展 7.3 數(shù)字系統(tǒng)的分析數(shù)字系統(tǒng)的分析 7.4 數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7.1 概述概述一、按一、按組成方式組成方式的不同可把數(shù)字系統(tǒng)分為兩大類的不同可把數(shù)字系統(tǒng)分為兩大類1 1）由多片同一類型芯片組成的數(shù)字系統(tǒng)稱為）由多片同一類型芯片組成的數(shù)字系統(tǒng)稱為功能擴(kuò)展功能擴(kuò)展2 2）由多片不同類型的芯片組成的數(shù)字系統(tǒng)稱為）由多片不同類型的芯片組成的數(shù)字系統(tǒng)稱為系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合二、綜合型數(shù)字系統(tǒng)分為四類二、綜合型數(shù)字系統(tǒng)分為四類1 1）多片不同組合邏輯芯片構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為）多片不同組合邏

2、輯芯片構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為組合復(fù)合組合復(fù)合型；型；2 2）由多片不同時(shí)序邏輯芯片構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為）由多片不同時(shí)序邏輯芯片構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為時(shí)序復(fù)合時(shí)序復(fù)合型型; ;3 3）由組合邏輯芯片控制時(shí)序邏輯芯片所構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為）由組合邏輯芯片控制時(shí)序邏輯芯片所構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為組合時(shí)序組合時(shí)序型；型；4 4）由時(shí)序邏輯芯片控制組合邏輯芯片所構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為）由時(shí)序邏輯芯片控制組合邏輯芯片所構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)稱為時(shí)序組合時(shí)序組合型。型。 7.2 數(shù)字系統(tǒng)的擴(kuò)展數(shù)字系統(tǒng)的擴(kuò)展 隨著數(shù)字系統(tǒng)所處理的數(shù)據(jù)位數(shù)的增加隨著數(shù)字系統(tǒng)所處理的數(shù)據(jù)位數(shù)的增加, , 需需要對功能芯片進(jìn)行擴(kuò)展。要對功能芯片進(jìn)行擴(kuò)展。一、

3、中規(guī)模集成組合邏輯電路的功能擴(kuò)展一、中規(guī)模集成組合邏輯電路的功能擴(kuò)展1 1、試用兩片、試用兩片7415174151組成組成“16“16選選1”1”數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器2 2、試用兩片、試用兩片3 3線線-8-8線譯碼器線譯碼器74LS13874LS138組成組成4 4線線-16-16線線譯碼器譯碼器例：用兩片例：用兩片74151組成組成 “16選選1”數(shù)據(jù)選擇器。數(shù)據(jù)選擇器。D01D2D3D4D5D6D7DS0A1A2AYY74151(2)0D1DD2D34D5D6D7DS0A1AA2YY74151(1)YY11D12435DD2A3D0DDD13DD2D DDD1411819101DDA61

4、5DA A70&)()(70126012501240123012201210120012315012140121301212012110121001290128012321DAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAAYYYYYYYY2121 例例：試用兩片：試用兩片3 3線線-8-8線譯碼器線譯碼器74LS13874LS138組成組成4 4線線-16-16線譯碼器。線譯碼器。二、中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的功能擴(kuò)展二、中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的功能擴(kuò)展1 1、用、用74LS19474LS194構(gòu)成八位雙向

5、移位寄存器。構(gòu)成八位雙向移位寄存器。2 2、試用兩片、試用兩片74LS16174LS161接成八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器方法一：串行進(jìn)位方式（方法一：串行進(jìn)位方式（異步異步方法）方法）方法二：并行進(jìn)位方式（方法二：并行進(jìn)位方式（同步同步方法）方法）3 3、試用兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、試用兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器7416074160接成二十九進(jìn)接成二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。制計(jì)數(shù)器。 方法一：整體清零法方法一：整體清零法( (清零信號為清零信號為2929) ) 兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16074LS160接成二十九進(jìn)制接成二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。 方法二：整體置數(shù)法（置數(shù)信

6、號為方法二：整體置數(shù)法（置數(shù)信號為2828） 4 4、如果要構(gòu)成一個(gè)如果要構(gòu)成一個(gè)M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)MN且且M為合數(shù)為合數(shù)時(shí)，時(shí)，可將可將M分解為分解為N1 1與與N2 2之積，即將兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別接成之積，即將兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別接成N1 1進(jìn)制進(jìn)制計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器和N2 2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 然后以并行進(jìn)位方式或串行進(jìn)位然后以并行進(jìn)位方式或串行進(jìn)位方式將它們連接起來。方式將它們連接起來。 當(dāng)當(dāng)M不為合數(shù)時(shí)，可采用整體清零方式或整體置數(shù)方式。不為合數(shù)時(shí)，可采用整體清零方式或整體置數(shù)方式。分別置數(shù)方式：分別置數(shù)方式：M=79=63，即，即63進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器示例一：示例一：整體置數(shù)

7、方式：整體置數(shù)方式：83進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器示例二：示例二：例：用兩片例：用兩片74290采用異步級聯(lián)方式組成的二位采用異步級聯(lián)方式組成的二位8421BCD碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)長度：計(jì)數(shù)長度：1010=1003Q2Q1Q0Q74290(1)CP0CP1R02R01S9192)SQ0Q12QQ374290(2)CP0CP102)RR0191SS92計(jì)數(shù)脈沖置數(shù)脈沖清零脈沖個(gè)位輸出十位輸出01Q2QQ3Q01Q2QQ3Q三、存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展三、存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展10241擴(kuò)展為102481 1、位擴(kuò)展的方式、位擴(kuò)展的方式2 2、字?jǐn)U展方式、字?jǐn)U展方式 2568擴(kuò)展為1024

8、8注意地址分配注意地址分配7.3 數(shù)字系統(tǒng)的分析數(shù)字系統(tǒng)的分析一、模塊化分析方法一、模塊化分析方法步驟如下步驟如下: : (1) (1) 列出各功能模塊的邏輯功能列出各功能模塊的邏輯功能；不必從模塊內(nèi)部電不必從模塊內(nèi)部電路分析路分析, , 把各模塊看成黑箱處理把各模塊看成黑箱處理； (2) (2) 根據(jù)給出的電路圖理清各模塊之間的連接關(guān)系或根據(jù)給出的電路圖理清各模塊之間的連接關(guān)系或控制關(guān)系控制關(guān)系； (3) (3) 根據(jù)給定條件分析各模塊的工作狀態(tài)以及整個(gè)系根據(jù)給定條件分析各模塊的工作狀態(tài)以及整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)統(tǒng)的工作狀態(tài)； (4) (4) 列出整個(gè)系統(tǒng)的功能表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或者畫出其列出整個(gè)系

9、統(tǒng)的功能表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或者畫出其時(shí)序圖時(shí)序圖； (5) (5) 說明整個(gè)系統(tǒng)的邏輯功能。說明整個(gè)系統(tǒng)的邏輯功能。二、分析舉例二、分析舉例1 1、組合復(fù)合型數(shù)字系統(tǒng)、組合復(fù)合型數(shù)字系統(tǒng)由由2 2片片74LS28374LS283和和1 1片片74LS8574LS85組成組成BCDBCD碼加法器碼加法器2 2、時(shí)序組合型數(shù)字系統(tǒng)、時(shí)序組合型數(shù)字系統(tǒng)1 1）兩片兩片4 4位加法器位加法器7428374283和和4 4片移位寄存器片移位寄存器74LS19474LS194組成硬件組成硬件加法電路加法電路2 2）74LS16174LS161和和74LS13874LS138組成順序脈沖發(fā)生器組成順序脈沖發(fā)生器

10、3 3）74LS16174LS161和和74LS15174LS151組成的序列信號發(fā)生器組成的序列信號發(fā)生器3 3、組合時(shí)序型數(shù)字系統(tǒng)、組合時(shí)序型數(shù)字系統(tǒng)用用8 8線線-3-3線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器74LS14874LS148和同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16174LS161組成的可控分頻器組成的可控分頻器 4 4、時(shí)序復(fù)合型數(shù)字系統(tǒng)、時(shí)序復(fù)合型數(shù)字系統(tǒng)由由74LS19474LS194和和74LS16074LS160組成跳頻信號發(fā)生器組成跳頻信號發(fā)生器例例7.9（P241）COSSSSYYYYXXXX0123012301231691012301230123且或若TSSS

11、SZZZZSSSSCO0090012301230123TSSSSZZZZSSSSCO且且若)1789(1011101101000110001001)1156(100010110101101010110)963(100101100011 電路為十進(jìn)制電路為十進(jìn)制BCD碼加法器碼加法器例例7.10：功能：順序脈沖發(fā)生器功能：順序脈沖發(fā)生器例例7.12分析：CPQ2(A2) Q1(A1) Q0(A0)Y0 0 0 0Y=D0=11 0 0 1Y=D1=12 0 1 0Y=D2=13 0 1 1 Y=D3=04 1 0 0Y=D4=15 1 0 1Y=D5=06 1 1 0Y=D6=07 1 1 1Y

12、=D7=0輸出波形：輸出波形：YCP1 1 1 0 1 0 0 0功能：序列信號發(fā)生器功能：序列信號發(fā)生器例例7.13Y端輸出：可控分頻器端輸出：可控分頻器原理：若I7=0，則Y2Y1Y0=000，YEX=0，使D3D2D1D0=0000,此時(shí)74LS161為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若I6=0，則Y2Y1Y0=001，YEX=0，使D3D2D1D0=0001,此時(shí)74LS161為十五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；同理， 74LS161可分別控制為十四、十三、十二、十一、十、九等進(jìn)制計(jì)數(shù)器已知：已知：74LS194的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為0001，fcp1=10KHz ， fcp2=10Hz , 試分析輸出試分析輸出Y波

13、形的頻率成份。波形的頻率成份。分析：CP2Q3(D3) Q2(D2) Q1(D1) Q0(D0)74LS160Y0 0 0 0 1九進(jìn)制10/9KHz10 0 1 0八進(jìn)制10/8KHz20 1 0 0六進(jìn)制10/6KHz31 0 0 0二進(jìn)制10/2KHz40 0 0 1九進(jìn)制10/9KHzY端循環(huán)出現(xiàn)四種頻率成分端循環(huán)出現(xiàn)四種頻率成分CP2Y100ms10/9 KHZ10/8 KHZ10/6 KHZ10/2 KHZ功能：跳頻信號發(fā)生器。功能：跳頻信號發(fā)生器。練習(xí)練習(xí)1： 試用計(jì)數(shù)器試用計(jì)數(shù)器74161和數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)一個(gè)和數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)一個(gè)01100011序列發(fā)生器序列發(fā)生器。 解：由于序

14、列長度解：由于序列長度P=8，故將，故將74161構(gòu)成模構(gòu)成模8計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器，并選用數(shù)據(jù)選擇器并選用數(shù)據(jù)選擇器74151產(chǎn)生所需序列。產(chǎn)生所需序列。CPQ0Q1Q20Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y練習(xí)練習(xí)2：組成：組成脈沖分配器。脈沖分配器。74161DD32DDLQQRDQ01301CPCP1ET2EPD1Q1000Y23A2Y1S1YA474138YYSSY0Y315YA7612Y60Y235YY14YYY7Y7.4 7.4 數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、數(shù)字系統(tǒng)一、數(shù)字系統(tǒng) 是用來對數(shù)字信號進(jìn)行采集、加工、傳輸、運(yùn)是用來對數(shù)字信號進(jìn)行采集、加工、傳輸、運(yùn)算、處理和輸出的算、處理和輸出

15、的, , 因此一個(gè)完整的數(shù)字系統(tǒng)往往因此一個(gè)完整的數(shù)字系統(tǒng)往往包括輸入模塊、功能子模塊、控制模塊、輸出模塊包括輸入模塊、功能子模塊、控制模塊、輸出模塊和時(shí)基模塊等和時(shí)基模塊等5 5個(gè)部分個(gè)部分, ,各部分具有相對的獨(dú)立性各部分具有相對的獨(dú)立性, ,在控制模塊的協(xié)調(diào)和指揮下完成各自的功能。因此在控制模塊的協(xié)調(diào)和指揮下完成各自的功能。因此可用模塊化設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)?？捎媚K化設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)的組成數(shù)字系統(tǒng)的組成二、模塊化設(shè)計(jì)方法的步驟二、模塊化設(shè)計(jì)方法的步驟 (1)(1)邏輯抽象邏輯抽象, ,確定輸入、輸出邏輯變量和電路確定輸入、輸出邏輯變量和電路狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù)(2)(2)確定

16、系統(tǒng)的時(shí)鐘信號確定系統(tǒng)的時(shí)鐘信號; ; (3)(3)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求, , 劃分系統(tǒng)的模塊劃分系統(tǒng)的模塊; ; (4)(4)根據(jù)各功能模塊的要求選用根據(jù)各功能模塊的要求選用SSISSI、MSIMSI、LSILSI實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn); ; (5)(5)畫出數(shù)字系統(tǒng)電路圖。畫出數(shù)字系統(tǒng)電路圖。三、舉例三、舉例 試設(shè)計(jì)一個(gè)八層電梯樓層顯示控制器試設(shè)計(jì)一個(gè)八層電梯樓層顯示控制器, , 要求如下要求如下: : (1) (1) 能顯示電梯行進(jìn)樓層的位置能顯示電梯行進(jìn)樓層的位置； (2) (2) 能響應(yīng)電梯樓層按鈕的呼喚能響應(yīng)電梯樓層按鈕的呼喚, , 控制電梯的上、控制電梯的上、下行下行； (3)

17、 (3) 電梯在行進(jìn)時(shí)不響應(yīng)呼梯電梯在行進(jìn)時(shí)不響應(yīng)呼梯。 開門允開門允許呼梯許呼梯等待等待呼梯呼梯關(guān)門禁關(guān)門禁止呼梯止呼梯呼梯呼梯自動(dòng)行進(jìn)自動(dòng)行進(jìn)（2S）電梯樓層顯示控制器的模塊圖電梯樓層顯示控制器的模塊圖1.1. 試用兩片試用兩片74LS14874LS148接成接成1616線線-4-4線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器2.2. 試用兩片試用兩片CC14585CC14585組成一個(gè)組成一個(gè)8 8位數(shù)值比較器位數(shù)值比較器3.3. 試用試用2 2片片74LS28374LS283和和1 1片片74LS8574LS85組成組成BCDBCD碼加法器碼加法器4.4. 試用兩片試用兩片4 4位加法器位加法器7428374283和和4 4片移位寄存器片移位寄存器74LS19474LS194組組成硬件算法電路成硬件算法電路5.5. 試用試用74LS16174