【正文】 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的描述方法 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的描述方法 方框圖 ① 提高了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可讀性和清晰度 。 ② 容易進(jìn)行結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。 ③ 便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改和補(bǔ)充 。 ④ 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 方框圖描述法是在矩形框內(nèi)用文字、表達(dá)式、符號(hào)或圖形來(lái)表示系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)或模塊的名稱和主要功能。矩形框之間用帶箭頭的線段相連接，表示各子系統(tǒng)或模塊之間數(shù)據(jù)流或控制流的信息通道。圖上的一條連線可表示實(shí)際電路間的一條或多條連接線，連線旁的文字或符號(hào)可以表示主要信息通道的名稱、功能或信息類型。箭頭指示了信息的傳輸方向。方框圖是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步，其設(shè)計(jì)是一個(gè)自頂向下、逐步細(xì)化的過(guò)程。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 【 例 111】 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方框圖 。 解： ① 根據(jù)題意先畫出系統(tǒng)的粗框圖如圖 111(a)所示 。 該框圖定義和描述了系統(tǒng)從輸入到輸出的基本功能模塊和實(shí)現(xiàn)的一般過(guò)程 。 ② 在對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和控制信息進(jìn)行分析和定義后將系統(tǒng)框圖作進(jìn)一步的分解和細(xì)化 。 圖 111(b)為第一步的分解圖 。 ③ 系統(tǒng)框圖中的輸入 、 輸出只是一般意義的輸入和輸出 ， 輸入信號(hào)在 A/D轉(zhuǎn)換前一般要進(jìn)行放大或衰減處理 ， 輸出的方式根據(jù)要求可以是顯示或進(jìn)一步的后處理等 。 圖 111(c)為輸入 、 輸出進(jìn)一步明確后的方框圖 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 圖 111 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 時(shí)序圖 【 例 112】 用時(shí)序圖描述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)寫入 、 讀出存儲(chǔ)器的時(shí)間關(guān)系 。 解： 該系統(tǒng)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寫入 、 讀出的時(shí)序主要由控制功能模塊產(chǎn)生 ， 寫入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)由 A/D轉(zhuǎn)換器提供 ， 其時(shí)間順序 首先給 A/D發(fā)出啟動(dòng)命令 START。 START為高電平有效 ， 當(dāng) START下降沿來(lái)到時(shí)開始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 。 EOC為 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) ， 輸出高電平有效 。 在START上升沿后 1~8 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi) ， EOC變?yōu)榈碗娖綍r(shí) ， 標(biāo)志A/D正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ， 當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) ， EOC由低變?yōu)楦?， 控制電路向 A/D發(fā)出輸出允許信號(hào)后 ， A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)便可以送出 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 存儲(chǔ)器的寫命令 WR為低電平有效 ， 當(dāng)控制電路向存儲(chǔ)器發(fā)出寫命令 WR后 ， 便可以將 A/D送出的數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器 。 存儲(chǔ)器寫完數(shù)據(jù)后 ， 控制電路再向存儲(chǔ)器發(fā) RD讀出命令 。 當(dāng) RD為低電平有效時(shí) ， 便可以從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù) 。 圖 112 例 112工作時(shí)序圖 第 11章 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 定時(shí)電路的設(shè)計(jì) 【 例 113 】 設(shè)計(jì)定時(shí)電路 ， (1) 可任意設(shè)置定時(shí)的小時(shí) 、 分 。 (2) 數(shù)碼管顯示減計(jì)數(shù)過(guò)程的時(shí)間 ， 可顯示小時(shí) 、 分 、 秒 。 (3) 定時(shí)結(jié)束報(bào)警。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 解： ① 定時(shí)電路的方框圖描述 。 根據(jù)定時(shí)電路的設(shè)計(jì)要求 ， 我們把該電路的工作過(guò)程分為三步進(jìn)行：首先設(shè)置需要定時(shí)的時(shí)間；然后啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí) ， 計(jì)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)的方式工作 ， 同時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)的時(shí)間；最后當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào) ， 用發(fā)光二極管指示定時(shí)結(jié)束 。 圖 113 定時(shí)電路框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 ② 系統(tǒng)組成及基本原理 。 定時(shí)電路原理圖如圖 114 所示 ， 該電路由振蕩器 、 計(jì)數(shù)器 、 時(shí)間顯示 、 定時(shí)控制 、 定時(shí)時(shí)間設(shè)置幾個(gè)部分組成 。 定時(shí)時(shí)間設(shè)置 。 時(shí)間設(shè)置電路可實(shí)現(xiàn)小時(shí)和分的設(shè)置 。 由于采用減計(jì)數(shù)方式 ， 設(shè)置的時(shí)間就是需要的定時(shí)時(shí)間 。 小時(shí)的設(shè)置通過(guò)直接置 A A8兩計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)置數(shù)端 D12~D7。 因?yàn)橐惶熘挥?24小時(shí) ， 小時(shí)的最高位只為 2，因此 A7計(jì)數(shù)器的 C、 D端接地 。 如需要更長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間 ，對(duì) C、 D端置數(shù)即可 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 圖 114 定時(shí)電路原理圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 分的設(shè)置有兩個(gè)過(guò)程：計(jì)數(shù)開始前為人工預(yù)置定時(shí)時(shí)間的分 ， 此時(shí) S1=0， A13導(dǎo)通 ， A14斷開 ， 人工預(yù)置的時(shí)間分鐘通過(guò) A13數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器的 D6~D0送入 A A10計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)端 。 計(jì)數(shù)開始時(shí) ， S1=1, A13斷開 ， 人工預(yù)置的分鐘數(shù)據(jù)就不能通過(guò) A13送入 A A10分計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)端 。 在減計(jì)數(shù)的過(guò)程中 ， 如果小時(shí)計(jì)數(shù)器 A A8不為 0，每當(dāng) A A8減 1 計(jì)數(shù) ， 分計(jì)數(shù)器就要從 59 減到 0。 由于A14的使能端接 A9的借位端 ， 當(dāng) A A10分計(jì)數(shù)器減到 0 時(shí) ， A14導(dǎo)通使 A A10自動(dòng)設(shè)置到 59。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 計(jì)數(shù) 、 顯示 、 分頻 。 計(jì)數(shù)器是整個(gè)定時(shí)系統(tǒng)的主要部分 。 由 6 塊十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器 74LS168構(gòu)成減法計(jì)數(shù)器 。 小時(shí)計(jì)數(shù)器的模值為 24， 分和秒計(jì)數(shù)器的模值都是 60。 計(jì)數(shù)器的輸出通過(guò)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)譯碼器 A1~A6去驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管顯示時(shí)間 ， 顯示的時(shí)間值為時(shí) 、 分 、 秒 。 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率為 1 Hz， 由晶體振蕩器產(chǎn)生的 32 768 Hz時(shí)鐘 ， 經(jīng)過(guò) A1 A18 兩片計(jì)數(shù)器 215分頻得到 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 定時(shí)啟動(dòng)和定時(shí)控制 。 設(shè)置好定時(shí)時(shí)間的時(shí) 、 分值后 ， 撥動(dòng)開關(guān) S1接地 (S1=0)， D觸發(fā)器 (A15)的 Q=1, 設(shè)置的時(shí)間值送入計(jì)數(shù)器并顯示 。 S1再撥到 UCC時(shí) (S1=1)， 減計(jì)數(shù)定時(shí)開始 。 當(dāng)時(shí)間值減到全 0 時(shí) ， A15的 CLK端產(chǎn)生上升沿 ， 使Q=0， 顯示器全滅 ， 發(fā)光二極管 V1亮 。 該電路的定時(shí)結(jié)束指示電路也可以根據(jù)需要改成不同形式的控制方式 ， 如控制繼電器的通斷 、 定時(shí)發(fā)聲報(bào)警 、 定時(shí)產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)等等 。 該電路也可改成加法計(jì)數(shù)定時(shí)系統(tǒng)， 讀者可根據(jù)要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的定時(shí)電路。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 1. 頻率測(cè)量的工作原理 數(shù)字頻率計(jì)是用于測(cè)量信號(hào)頻率的電路 。 測(cè)量信號(hào)的頻率參數(shù)是最常用的測(cè)量方法之一 。 實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的方法比較多 ， 在此我們主要介紹三種常用的方法： 時(shí)間門限測(cè)量法 、標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法 、 等精度測(cè)量法 。 1) 在一定的時(shí)間門限 T內(nèi) ， 如果測(cè)得輸入信號(hào)的脈沖數(shù)為 N， 設(shè)待測(cè)信號(hào)的頻率為 fx， 則該信號(hào)的頻率為 TNfx ?第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 改變時(shí)間 T， 則可改變測(cè)量頻率范圍 。 例如 ， 當(dāng) T=1s, 則fx=N(Hz)； T=1ms， 則 fx=N(kHz)。 此方法的原理框圖如圖 115 所示 ， 時(shí)序波形圖如圖 116 所示 。 圖 115 測(cè)頻原理框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 圖 116 測(cè)頻時(shí)序波形圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)