数字电路课程设计--数字电子电路系统的设计与调试

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1、数字电子电路系统的设计与调试数字系统的设计在数字电路课里，对常用数字部件，如加法器、比较器、数据分配器与选择器、计数器、编码器及译码器等功能部件的设计进行了较详细地讨论。故这里只打算就由以上功能部件组成数字系统的一些问题加以讨论。一、数字系统的组成在电子技术领域里，用来对数字信号进行采集、加工、传送、运算和处理的装置称为数字系统。一个完整的数字系统往往包括输入电路、输出电路、控制电路、时基电路和若干子系统等五部分，如下图所示。各部分具有相对的独立性，在控制电路的协调和指挥下完成各自的功能，其中控制电路是整个系统的核心。输入电路控制电路输出电路子系统子系统子系统时基电路

2、1、输入电路输入电路的任务是将各种外部信号变换成数字电路能够接受和处理的数字信号。外部信号通常可分为模拟信号和开关信号两大类，如声、光、电、温度、压力及位移等物理量属于模拟信号，而开关的闭合与打开、管子的导通与截止等属于开关量。这些信号都必须通过输入电路变换成数字电路能够接受的二进制逻辑电平。2、输出电路输出电路是将经过数字电路运算和处理之后的数字信号变换成模拟信号或开关信号去推动执行机构。3、子系统子系统是对二进制信号进行算术运算或逻辑运算以及信号传输等功能的电路，每个子系统完成一项相对独立的任务，即某种局部的工作。子系统又称为单元电路。4、控制电路控制电路将外部输

3、入信号以及各子系统送来的信号进行综合、分析，发出控制命令去管理输入、输出电路及各子系统，使整个系统同步协调、有条不紊地工作。5、时基电路产生系统时钟，使整个系统在时钟信号的作用下一步一步地顺序完成各种工作。二、数字系统的类型1、在数字系统中，有的全是由硬件电路来完成所有任务，有的除硬件电路外，还需要加上软件，即使用可编程器件，采用软硬结合的方法完成电路功能。因此，根据系统中有无可编程器件，数字系统可分为可编程和不可编程两大类。可编程器件最典型的是微处理器，一片微处理器配上若干外围芯片构成硬件电路，再加上相应的软件就构成一个功能很强的应用系统。除微处理器外，目前还有各种

4、可编程逻辑器件，如ROM、PAL、GAL、FPGA、CPLD以及各种可编程接口电路，这些器件的功能均可以通过软件编程来实现。2、根据数字系统所完成的任务性质还可将其分成数字测量系统、数字通信系统和数字控制系统三大类。关于微处理器和可编程逻辑器件的数字系统设计以后再讨论。三、数字系统的设计步骤由于每个课题的设计任务各不相同，则设计的数字系统规模有大有小，电路的结构也有繁有简。而课程设计，由于时间有限不可能做的太大，一般均为小系统。在应用中，小系统的设计是很有用处的。而且，掌握了数字小系统的设计可以为更大规模的系统设计奠定基础。分析设计要求，明确性能指标总体方案比较与选择

5、（画出系统框图）进行单元电路设计是否采用时序电路？列状态转换表状态分配并化简由卡诺图化简，求出状态方程写出驱动方程和输出方程按组合电路方法设计确定输入、输出变量列真值表写逻辑表达式选用LSI？选用MSI?画出各单元电路画系统逻辑图选用SSINNNYYYMSI设计微处理器或FPGA等数字系统设计的一般流程1、分析设计要求，明确性能指标具体做设计之前，必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等。分清楚要设计的电路属于何种类型，输入信号如何获得，输出执行装置是什么，工作电压、电流参数是多少，主要性能指标如何等等。然后查找相关资料，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图

6、。2、确定总体方案对各种方案进行比较，在能完成课题要求的功能和性能指标的前提下，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低、制作的难易及功能的可扩展性等多方面作综合比较，最后确定一种可行方案。3、设计各子系统（或单元电路）每一个子系统一般均能归结为组合电路与时序电路两大类，这些电路的设计方法数字电路教材中已论述。应该指出，子系统的设计和整个系统设计一样，也存在指标的确定和方案的比较问题。子系统的技术指标的确定应根据前后电路的要求求得。子系统的实现方案仍然是多种多样的，而且亦有采用什么电路的问题，如用SSI、MSI和LSI及用软件还是硬件来实现的问题。在设计时，应尽可能选用

7、合适的现成电路，芯片的选用应优先使用中、大规模电路，这样做不仅能简化设计，而且有利于提高系统的可靠性。4、控制电路的设计控制电路的功能诸如系统清零、复位、安排各子系统的时序先后及启动停止等，在整个系统中起核心和控制作用。设计时，根据控制电路的任务和时序关系反复构思电路，选用合适的器件，使其达到功能要求。5、绘制系统电原理图各部分子系统设计完成后，要绘制总系统逻辑图（亦称电原理图）。四、实用数字单元电路举例1、时基电路1）、用CMOS门电路构成震荡器如图（1）所示。震荡周期T≈（1.4~2.2）RC。由CMOS门电路构成的震荡器适合于低频段工作，若元件