電子電路設(shè)計與制作教學課件作者梅開鄉(xiāng)第2章數(shù)字電子電路課程設(shè)計.ppt

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1、2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法2.2數(shù)字電子電路課程設(shè)計實例第2章數(shù)字電子電路課程設(shè)計(以天煌電子系統(tǒng)設(shè)計箱為平臺)2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法有“傳統(tǒng)方法”設(shè)計和“EDA技術(shù)”設(shè)計兩種。本章以講傳統(tǒng)的設(shè)計方法為主，以講現(xiàn)代數(shù)字邏輯器件FPGA芯片的應用設(shè)計方法為輔。當讀者接收到數(shù)字電子電路“設(shè)計任務書”后，首先要對設(shè)計題目做認真的分析，明確設(shè)計任務和設(shè)計性能指標、功能指標，然后做總體設(shè)計。在設(shè)計過程中，要根據(jù)具體情況，反復對設(shè)計方案進行論證，以求方案最佳。在具體方案確定后，便可進行單元電

2、路設(shè)計、選擇合適的元器件，畫出原理電路草圖、實驗、進行性能測試(或計算機仿真)，最后畫出總體電路原理圖，撰寫設(shè)計報告。下一頁返回2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法2.1.1數(shù)字電子電路系統(tǒng)的組成所謂“數(shù)字系統(tǒng)”就是用來對數(shù)字信號進行采集、加工、傳送、運算、變換和處理的裝置。一個完整的數(shù)字系統(tǒng)往往由輸入電路、輸出電路、控制電路、時鐘電路和若干子系統(tǒng)5個部分組成，如圖2.1所示。各個部分具有相對的獨立性，在控制電路的協(xié)調(diào)和控制下完成各自的功能，其中控制電路是整個系統(tǒng)的核心。當然并不是每一個數(shù)字系統(tǒng)都嚴格具有5個組成

3、部分。1.輸入電路輸入電路的任務是將各種外部信號變換成數(shù)字電路能夠接收和處理的數(shù)字信號。外部信號通常可以分成模擬信號和開關(guān)信號兩大類。下一頁返回上一頁2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法如聲、光、電、溫度、濕度、位移、壓力等非電量變換成電參數(shù)后都屬于模擬量。而晶體管的導通和截止，開關(guān)的閉合與斷開，繼電器的得電與失電等都屬于開關(guān)量。這些信號都必須先通過輸入電路變換成數(shù)字電路能夠接收的二進制邏輯電平。2.輸出電路輸出電路是將經(jīng)過數(shù)字電路運算、變換和處理之后的數(shù)字信號變換成模擬信號或開關(guān)信號去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。當然，在輸出

4、電路和執(zhí)行機構(gòu)之間常常還需要設(shè)置功放電路，以提供負載所需要的電壓和電流。3.時鐘電路時鐘電路(矩形波發(fā)生器)產(chǎn)生系統(tǒng)工作的同步時鐘信號，使整個系統(tǒng)在時鐘信號的作用下，按步驟有順序地完成各種操作。下一頁返回上一頁2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法4.控制電路控制電路將外部輸入信號以及各子系統(tǒng)送來的信號進行綜合、分析，發(fā)出控制命令去管理輸入、輸出電路及各個子系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)同步協(xié)調(diào)，有條不紊地工作。5.子系統(tǒng)對二進制信號進行算術(shù)運算、邏輯運算及實現(xiàn)信號變換、傳送等功能的電路稱為“子系統(tǒng)”，每個子系統(tǒng)完成一項相對獨立

5、的任務，即某種局部的工作。子系統(tǒng)又常稱為單元電路。根據(jù)數(shù)字電路系統(tǒng)所完成任務的性質(zhì)來劃分，可將數(shù)字電路系統(tǒng)劃分為“數(shù)字測量系統(tǒng)”、“數(shù)字控制系統(tǒng)”和“數(shù)字通信系統(tǒng)”3種類型。下一頁返回上一頁2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法2.1.2數(shù)字電子電路的設(shè)計步驟數(shù)字電子電路系統(tǒng)設(shè)計的一般流程如圖2.2所示。1.分析設(shè)計要求，明確性能指標具體設(shè)計之前，必須仔細分析設(shè)計要求、性能指標、功能指標及應用環(huán)境等。分清楚要求設(shè)計的電路屬于何種類型，輸入信號如何獲得，輸出執(zhí)行裝置是什么，工作的電壓、電流參數(shù)是多少，主要性能指標如何

6、等。然后查找相關(guān)的資料、手冊，選擇電路使用的主要集成芯片和其他電子元器件。廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。下一頁返回上一頁2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法2.確定總體方案對各種方案進行比較，將電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡程度、成本的高低及制作的難易程度等方面作綜合比較，并考慮到各種元器件的來源，最后確定一種可行的方案。3.設(shè)計各單元電路(或子系統(tǒng))將總體方案化整為零，分解成若干單元電路(或子系統(tǒng))，然后逐個進行設(shè)計。每一個單元電路(或子系統(tǒng))均能歸結(jié)為組合邏輯電路或時序邏輯電路兩大類，這些電路

7、的設(shè)計方法如圖2.2中所述。下一頁返回上一頁2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法組合邏輯電路設(shè)計的步驟是:真值表→邏輯函數(shù)→化簡→邏輯電路圖。構(gòu)成電路的元器件可以是各種邏輯門或其他中、小規(guī)模集成電路。而時序邏輯電路的設(shè)計，方法之一是按時序邏輯電路設(shè)計的表格法或卡諾圖得到電路的驅(qū)動方程、輸出方程，以觸發(fā)器和門電路為構(gòu)件畫出具體電路原理圖;方法之二是將現(xiàn)有的中規(guī)模集成電路芯片作適當?shù)慕M合，適當增添元器件或連線，實現(xiàn)設(shè)計任務的功能要求。在設(shè)計時，應盡可能選用合適的現(xiàn)成電路，選用芯片時應優(yōu)先選用中、大規(guī)模集成電路。這樣做

8、不僅能簡化設(shè)計，而且有利于提高系統(tǒng)的可靠性。下一頁返回上一頁2.1數(shù)字電子電路的設(shè)計方法4.設(shè)計控制電路(MCU)電路系統(tǒng)的清零、復位、安排各單元電路(或稱子系統(tǒng))的時序先后及啟動、停止等功能由控制電路來完成，控制電路在整個系統(tǒng)中起核心和控制作用。設(shè)計時最好先畫出時序圖，再根據(jù)控制電路的任務和時序關(guān)系來構(gòu)思電路、選用合適的器件，使其達到功能要求。5.組成系統(tǒng)各單元電路完成以后，要繪制總體電路原理圖。通常是按照信號的流向采用左進