第九次課-數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和可編程器件的應(yīng)用及數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

可編程器件的應(yīng)用及

數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)1一、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路*P222J1先實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路部分，foundation下先仿真通過后下載到95108。示波器檢查95108的四路輸出波形是否正常。K1K2能否控制。然后連接DAC0832和LM324，實(shí)現(xiàn)最終結(jié)果。注：DAC0832的11、12腳觀測不到波形。2操作注意事項(xiàng)foundation下芯片型號千萬不能錯(cuò)：XC9500系列95108PC84.下載時(shí)95108應(yīng)加電，但不要連接除電源以外其他導(dǎo)線，包括其他芯片的電源。否則一旦電路鏈接有錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致無法下載成功。關(guān)于電源：因?yàn)镃PLD芯片所需電流較大。所以：A：直流穩(wěn)壓電源的限流開關(guān)請調(diào)整到最大電流。B：加到實(shí)驗(yàn)箱的電源電壓不能小于12V，但是不要超過15V。否則會(huì)提示下載不成功，芯片電壓不滿足要求。

下載芯片時(shí)如不能成功，請先選擇擦除，然后再編程下載。操作有錯(cuò)誤，也可能導(dǎo)致無法下載成功。3二.

小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)測

(一)小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、數(shù)字系統(tǒng)模型的含義（數(shù)字系統(tǒng)模型見*P125

圖8-10）同步時(shí)序電路由控制器和數(shù)據(jù)處理器組成控制器有統(tǒng)一的模型，設(shè)計(jì)方法規(guī)范數(shù)據(jù)處理器因處理數(shù)據(jù)形式繁多，沒有統(tǒng)一模型，只能采用試湊法設(shè)計(jì)4小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)5小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)2、控制電路模型的結(jié)構(gòu)與電路的對應(yīng)關(guān)系狀態(tài)寄存器——同步時(shí)序電路用狀態(tài)寄存器的狀態(tài)值記錄當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行的進(jìn)程，由同步時(shí)序電路構(gòu)成,設(shè)計(jì)工作為狀態(tài)分配次態(tài)激勵(lì)電路——組合電路以當(dāng)前的進(jìn)程狀態(tài)和輸入信號作為轉(zhuǎn)換為下一個(gè)進(jìn)程的判斷條件（次態(tài)激勵(lì)條件），由組合電路構(gòu)成輸出電路——組合電路以當(dāng)前的進(jìn)程狀態(tài)和某些輸入信號為條件，譯碼后輸出控制信號，由組合電路構(gòu)成6小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)3、ASM圖與電路的對應(yīng)關(guān)系狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換在一個(gè)周期內(nèi)完成狀態(tài)1寄存器ASM狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖狀態(tài)1X=1?R=1?狀態(tài)2NYYNDS2狀態(tài)2寄存器&S1XRCPQ2CLKDS1Q1CLK次態(tài)激勵(lì)電路對應(yīng)電路圖7小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)兩個(gè)狀態(tài)框之間的判斷框反映次態(tài)激勵(lì)條件，激勵(lì)條件由組合電路組成，當(dāng)前狀態(tài)值是次態(tài)組合電路必須的一個(gè)輸入信號狀態(tài)轉(zhuǎn)移判斷電路——次態(tài)激勵(lì)電路示意圖狀態(tài)1X=1?R=1?狀態(tài)2NYYNDS2狀態(tài)2寄存器&S1XRCPQCLK8小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)兩個(gè)判斷框之間沒有判斷框時(shí)，則當(dāng)前的狀態(tài)值是次態(tài)激勵(lì)的惟一條件狀態(tài)1寄存器ASM無條件狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖狀態(tài)1狀態(tài)2DS2狀態(tài)2寄存器S1CPQ2CLKDS1Q1CLK次態(tài)激勵(lì)電路對應(yīng)電路圖9某一狀態(tài)下輸出信號的處理無條件輸出指一旦進(jìn)入某狀態(tài)，輸出信號即產(chǎn)生，狀態(tài)值S可以直接作為輸出信號使用條件輸出框指在某狀態(tài)下同時(shí)滿足某一條件后才有輸出，輸出的必要條件有兩個(gè)：一個(gè)是當(dāng)前狀態(tài)值，一個(gè)是某一條件小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)10小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)狀態(tài)1X·W=1?狀態(tài)2輸出：T=1NYNDS2狀態(tài)2寄存器&S1RCPQCLKH=1R=1?YDS1狀態(tài)1寄存器&…S1RCPQCLKH&XWT（無條件輸出T）輸出信號示意圖（條件輸出H）11(二)小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、將實(shí)踐中的需求抽象為邏輯需求關(guān)系這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最難的一環(huán)，目前沒有規(guī)范的方法，只能靠反復(fù)修改來達(dá)到要求2、將總體的邏輯需求劃分為控制邏輯和數(shù)據(jù)處理邏輯兩大部分兩類電路的劃分結(jié)果不是唯一的，應(yīng)以控制電路盡量簡單為劃分前提劃分結(jié)果不同邏輯流程圖和ASM圖不同12小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)3、根據(jù)總的邏輯需求明確控制電路和數(shù)據(jù)處理電路相互之間的信號及關(guān)系分析控制器有哪些輸入和輸出信號分析數(shù)據(jù)處理器有哪些輸入和輸出信號分析所有信號的因果關(guān)系和處理流程做出邏輯流程圖4、將邏輯流程圖轉(zhuǎn)換為ASM圖13小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)5、根據(jù)ASM圖設(shè)計(jì)控制器電路選擇狀態(tài)寄存電路形式建議用一態(tài)一D觸發(fā)器的設(shè)計(jì)方案為狀態(tài)寄存器分配進(jìn)程狀態(tài)根據(jù)ASM圖中各個(gè)狀態(tài)框之間的判斷條件，設(shè)計(jì)次態(tài)激勵(lì)電路根據(jù)ASM圖的輸出信號和條件輸出信號設(shè)計(jì)輸出電路14小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)6、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理器電路根據(jù)控制器所需的輸入信號設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理電路根據(jù)控制器輸出信號對數(shù)據(jù)處理的控制關(guān)系設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理器電路15(三)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提示實(shí)驗(yàn)任務(wù)：*P219（T1）設(shè)計(jì)汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)方法：必須用ASM圖設(shè)計(jì)控制電路，不允許用試湊法實(shí)現(xiàn)。器件：實(shí)驗(yàn)箱上的CPLD（XC95108）及外圍器件。16（1）根據(jù)題意設(shè)定：設(shè)置四個(gè)按鍵開關(guān)(自復(fù)位開關(guān)，每次按鍵時(shí)間不少于一個(gè)CP周期)。L－左轉(zhuǎn)鍵：L=1，三個(gè)左尾燈依次為100、110、111、000循環(huán)點(diǎn)亮。L=0，左尾燈全部熄滅。R－右轉(zhuǎn)鍵：R=1，三個(gè)右尾燈依次為100、110、111、000循環(huán)點(diǎn)亮。R=0，右尾燈全部熄滅。J－警告鍵：J=1，左、右尾燈閃亮。J=0，左、右尾燈全滅。C－復(fù)位鍵：C=1，系統(tǒng)復(fù)位，左、右尾燈全滅。C=0：電路處于等待狀態(tài)。1、設(shè)計(jì)控制器

17根據(jù)題意設(shè)定四種狀態(tài)：S0－系統(tǒng)復(fù)位，強(qiáng)制退出左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和警告（初始狀態(tài)或僅剛按過C=1）；S1－左尾燈亮（僅剛按過L=1）；S2－右尾燈亮（僅剛按過R=1）；S3－左、右尾燈閃亮（J=1或LR=11）18（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制器處理器Z3Z2Z1Y1Y2Y3LRJC圖一系統(tǒng)框圖19（3）ASM圖復(fù)位S0左燈S1右燈S2告警S3RJRJLLJC000111101001011001圖二ASM圖L01C0C1S1NS2NS3N=1或者C=1控制器的初態(tài)應(yīng)處于復(fù)位狀態(tài)（S0=1）。為此，在入口處增加C=1的條件（電路加電后通過按動(dòng)復(fù)位鍵使系統(tǒng)復(fù)位）?；蛘咴黾覵1NS2NS3N=1的條件（電路加電后若S1、S2、S3、全為0，則S0=1）?；蛘呱鲜鰞蓷l件都采用。20（4）狀態(tài)寄存器采用一位一態(tài)的D觸發(fā)器。根據(jù)ASM圖寫出D觸發(fā)器的次態(tài)激勵(lì)方程：21（5）根據(jù)次態(tài)激勵(lì)方程畫出控制器電路：包括D觸發(fā)器電路（圖三）、次態(tài)激勵(lì)組合電路（圖四、圖五）圖三D觸發(fā)器電路22圖四D1、D2次態(tài)激勵(lì)組合電路圖五D0、D3次態(tài)激勵(lì)組合電路232、設(shè)計(jì)處理器（1）設(shè)計(jì)思路考慮到尾燈閃爍和依次點(diǎn)亮的需要，設(shè)置一個(gè)二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器配合控制器各狀態(tài)實(shí)現(xiàn)尾燈閃爍或依次點(diǎn)亮。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號CP2使用實(shí)驗(yàn)箱上1Hz時(shí)鐘信號。該計(jì)數(shù)器的清零或計(jì)數(shù)受狀態(tài)S0控制，S0=0計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)、S0=1計(jì)數(shù)器清零。24（2）列出尾燈與各狀態(tài)及計(jì)數(shù)器的真值表說明狀態(tài)計(jì)數(shù)器左燈右燈SQ1Q0Z1Z2Z3Y1Y2Y3尾燈都不亮S0//000000左尾燈依次亮S100100000011100001011100011000000右尾燈依次亮S200000100010001101000011111000000尾燈閃爍S3/0111111/100000025（3）根據(jù)真值表列出各尾燈的邏輯表達(dá)式26（4）根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出電路圖圖六尾燈的組合電路

27（5）完整的電路圖還應(yīng)包括二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路、輸出指示燈電路和按鍵電路圖七二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路、輸出指示燈電路28圖八按鍵電路在Foundation3.1i軟件下以實(shí)驗(yàn)箱上的開關(guān)替代29（6）在Foundation3.1i軟件下輸入電路圖控制器中的一位一態(tài)D觸發(fā)器電路、次態(tài)激勵(lì)組合電路；處理器中尾燈的組合電路、二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路。各輸入輸出定義到XC95108的管腳輸入：J、L、R、C、CP1