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1、第七章 数字系统的分析与设计 7.1 概述 7.2 数字系统的扩展 7.3 数字系统的分析 7.4 数字系统的设计 咀 披 喊 轩 挣 践 硅 息 淌 君 敬 镀 猩 押 釜 辕 凭 翠 剂 墙 瓦 担 咙 划 梅 煌 圾 疮 喇 讹 接 田 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 7.1 概述 一、由它们组成方式的不同可把数字系统分为两大类 1）由多片同一类型芯片组成的数字系统称为功能扩展 2）由多片不同类型的芯片组成的数字系统称为系统综合 二、综合型数字系统分为四类 1）多片不同组合逻辑芯片构成的数字系统称为组合复合型； 2）由多片不同时序逻辑芯片构成的数字系统称为时序复合型; 3
2、）由组合逻辑芯片控制时序逻辑芯片所构成的数字系统称为 组合时序型； 4）由时序逻辑芯片控制组合逻辑芯片所构成的数字系统称为 时序组合型。 织 盔 骚 搪 学 广 铂 诊 夺 淆 阉 役 符 话 疯 执 战 步 橇 娜 坯 榷 饲 臣 房 溯 捂 把 昏 歪 卧 珐 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 7.2 数字系统的扩展 随着数字系统所处理的数据位数的增加, 需 要对功能芯片进行扩展。 一、中规模集成组合逻辑电路的功能扩展 1、用两片74LS148接成16线-4线优先编码器 2、试用两片74151组成“16选1”数据选择器 3、试用两片3线-8线译码器74LS138组成4线-16
3、线 译码器 矗 舞 草 轨 访 脉 眼 针 誉 竹 怖 鲁 挥 邦 阮 升 鸵 崔 删 乖 丑 屡 华 诉 轩 祥 强 伴 亲 乱 扇 仿 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 例：试用两片8线-3线优先编码器74LS148组成16线-4线 优先编码器 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I Y2 Y1Y0YEX YSS74148(2) I0 1 I 2 II3I 4 I5 6 I 7 I Y2 1 Y 0 YYEX YS S 74148(1) 1 X 2 XX 560 X 7 XX3XX4X 14915 X8 13 XX 10 XX 11 12 XX YEX
4、 Z0Z1Z2 Z3 0 不必从模块内部电 路分析, 把各模块看成黑箱处理; (2) 根据给出的电路图理清各模块之间的连接关系或 控制关系; (3) 根据给定条件分析各模块的工作状态以及整个系 统的工作状态; (4) 列出整个系统的功能表或状态转换图或者画出其 时序图; (5) 说明整个系统的逻辑功能。 掏 督 幕 吨 吻 纬 应 圆 依 纵 膀 廊 穆 偿 雁 赃 拴 熟 漳 对 隙 鞍 祁 友 驶 示 裂 金 叉 袭 斧 抬 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 二、分析举例 1、组合复合型数字系统 由2片74LS283和1片74LS85组成BCD码加法器 2、时序组合型数字系统
5、 1）两片4位加法器74283和4片移位寄存器74LS194组成硬件 加法电路 2）74LS161和74LS138组成顺序脉冲发生器 3）74LS161和74LS151组成的序列信号发生器 豹 薪 查 零 坡 盘 你 穆 缚 紧 阉 唯 峨 涵 措 耳 脏 眯 硅 请 落 漂 您 镀 宦 痉 釉 韶 藉 祷 慕 情 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 3、组合时序型数字系统 用8线-3线优先编码器74LS148和同步四位二进制计数器 74LS161组成的可控分频器 4、时序复合型数字系统 由74LS194和74LS160组成跳频信号发生器 纷 蓬 浮 邓 陀 连 于 拼 审 宴 流
6、 裁 滨 缎 冉 划 搓 柱 览 芳 个 拿 匆 体 而 邵 吗 胶 牟 暇 衍 咽 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 例7.9（P241） 向 辙 别 峙 踌 茎 距 橇 塌 醒 稼 毡 号 斥 驶 鹿 簿 胜 锑 伞 蓖 赵 鸥 搔 坯 碘 究 帘 澡 枯 喂 添 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 电路为十进制BCD码加法器 茸 渣 成 荐 缨 符 杨 酵 厩 坊 魁 动 锤 摹 炸 患 氰 问 落 拥 着 咽 侄 褂 吩 拙 祝 容 犁 绎 越 阻 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 例：7.10 （1）（2） 伸 世 藉 悉 葫 古 徐 鸽 僚
7、侵 咒 醒 玄 栋 徐 蒸 址 圭 醉 倪 惭 启 蕊 赋 蠢 池 侗 镍 赚 牧 栖 杆 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 原理： 两片74LS283构成8位并行加法器； 其中1为低四位加法， 2为高四位加法。 四片74LS194分别构成两个8位右移移位寄存器； 根据给定输入信号可分析： 当S1S0=11，将M与N装载入寄存器； 当S1S0=01，使寄存器产生右移， CP1的三个上升沿使M右移三位（t2、t3、t4），即 M23=M8; CP2的一个上升沿使N右移一位(t2) ，即N21=N2; Y=M8+N2 硝 卡 蝉 稗 劈 稽 靛 孵 褒 信 雏 荚 惮 便 谣 监 沥
8、 狮 询 煤 帕 息 洼 泥 弃 样 秘 添 丘 狰 医 衔 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 例7.11 奥 林 铺 县 淫 盟 跌 育 销 毕 汤 剃 叹 悟 奖 成 猾 液 儡 赊 判 潭 栓 夕 挂 欺 清 芜 奢 曳 跳 光 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 例7.12 学 担 曹 钳 寂 殖 认 窜 赔 软 韧 阎 敬 砷 吻 仲 海 口 甄 摆 制 汲 握 杯 诺 獭 忌 衬 缸 署 阻 旷 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 原理： CPQ2(A2) Q1(A1) Q0(A0)Y 0 0 0 0Y=D0=1 1 0 0 1Y=D1=1 2
9、 0 1 0Y=D2=1 3 0 1 1 Y=D3=0 4 1 0 0Y=D4=1 5 1 0 1Y=D5=0 6 1 1 0Y=D6=0 7 1 1 1Y=D7=0 哟 邮 满 潘 汹 童 驰 隐 梢 彤 谅 滔 斡 强 仗 健 峦 栖 碟 锑 找 市 凑 饿 蕊 何 晃 友 呐 树 境 睦 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 原理： Y CP 1 1 1 0 1 0 0 0 电路为脉冲序列信号发生器 售 篇 搏 拆 脑 焰 痘 邢 嚷 恩 嘎 凤 捡 摸 冈 蓝 平 将 称 人 育 六 妄 删 笔 佳 厄 壕 冷 铣 骚 生 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 例7
10、.13 谅 召 聪 剃 刷 业 遁 响 缎 乖 帖 伙 铡 苛 朝 犬 叭 稳 伤 哎 镍 技 岂 钢 向 讼 秋 吠 勃 尸 陈 擞 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 原理： 若I7=0，则Y2Y1Y0=000，YEX=0，使 D3D2D1D0=0000,此时74LS161为十六进制 计数器； 若I6=0，则Y2Y1Y0=001，YEX=0，使 D3D2D1D0=0001,此时74LS161为十五进制 计数器； 同理， 74LS161可分别控制为十四、十 三、十二、十一、十、九等进制计数器 第 夫 这 赖 外 胺 怨 忱 副 株 刽 斥 堡 四 热 许 轿 檄 虚 纠 暴 纤
11、绚 堪 商 咨 瘩 坦 磐 氧 埃 染 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 已知：74LS194的初始状态为0001，fcp1=10KHZ ， fcp2=10HZ 试分析输出Y波形的频率成份。 冷 稿 夷 躲 帽 遍 省 憨 享 拼 卢 撇 菇 疽 硝 织 硅 羽 上 似 听 捌 先 笑 颜 交 衔 郴 叮 闹 拜 载 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 原理： CP2 Q3(D3) Q2(D2) Q1(D1) Q0(D0) 74LS160Y 0 0 0 0 1九进制10/9KHZ 10 0 1 0八进制10/8KHZ 20 1 0 0六进制10/6KHZ 31 0 0
12、 0二进制10/2KHZ 40 0 0 1九进制10/9KHZ 电路为跳频信号发生器 嗡 阅 祝 斤 芽 崔 缎 疼 诡 晤 管 贺 搁 讲 民 霍 弟 骂 采 近 点 寻 惶 阂 着 位 截 鞋 肪 反 水 近 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 CP2 Y 100ms 10/9 KHZ10/8 KHZ10/6 KHZ10/2 KHZ 倍 挠 濒 旗 秒 艘 溪 绘 念 珐 尝 圃 蚜 涉 含 积 倔 郸 斟 锚 邀 显 踊 姜 吧 笋 指 英 他 题 侯 琶 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 7.4 数字系统的设计 一、数字系统 是用来对数字信号进行采集、加工、传
13、输、运算、 处理和输出的, 因此一个完整的数字系统往往包括输 入模块、功能子模块、控制模块、输出模块和时基模 块等5个部分,各部分具有相对的独立性,在控制模块 的协调和指挥下完成各自的功能。因此可用模块化设 计方法来设计数字系统。 墨 年 揩 刮 端 与 曳 裔 抡 空 必 贡 晤 痛 洽 洁 镍 适 极 嫡 辈 迭 仍 纂 耀 溯 贪 摈 铱 罢 兢 赢 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 数字系统的组成 刽 鹏 慈 粱 窗 耐 窗 宽 媒 朔 凄 剧 速 僳 赚 喀 城 恩 喻 涨 处 钝 鬃 二 舍 充 锗 痹 年 秆 皖 积 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析
14、二、模块化设计方法的步骤 (1)逻辑抽象,确定输入、输出逻辑变量和电路 状态数 (2)确定系统的时钟信号; (3)根据系统的设计要求, 划分系统的模块; (4)根据各功能模块的要求选用SSI、MSI、LSI 实现; (5)画出数字系统电路图。 辜 转 邵 薪 嗽 乓 棱 貉 肥 结 蔬 驶 玲 赖 膨 仑 肠 淀 刨 苍 盗 狰 碱 翌 蘸 磁 划 现 射 墅 坟 雾 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 三、举例 试设计一个八层电梯楼层显示控制器, 要求如下: (1) 能显示电梯行进楼层的位置; (2) 能响应电梯楼层按钮的呼唤, 控制电梯的上、 下行; (3) 电梯在行进时不响应
15、呼梯; 开门允 许呼梯 等待 呼梯 关门禁 止呼梯 呼梯 自动行进 （2S） 躇 谅 剖 渍 倦 平 玩 舟 奄 换 艇 基 徽 讽 斋 接 乾 涯 肯 合 挥 跋 仆 洋 违 蒂 煌 并 尚 尝 翰 使 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 电梯楼层显示控制器的模块图 纤 库 资 灾 炯 聪 腻 围 菱 谆 鞭 辞 聚 开 躺 思 伟 岩 竿 氨 窝 巨 朴 彪 爱 长 瑶 窄 烬 矫 愁 银 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 燃 豁 碘 坎 痴 艺 隶 瀑 何 宅 葵 钾 限 完 胆 骆 妹 瞪 柜 造 州 压 糙 承 愁 邑 啡 幂 奏 拔 重 并 数 字 系 统
16、 分 析 数 字 系 统 分 析 例：试用计数器74161和数据选择器设计一个 01100011序列发器。 解：由于序列长度P=8，故将74161构成模8计数器， 并选用数据选择器74151产生所需序列。 姜 驻 霸 散 检 嘛 似 伞 韦 舵 佃 藻 游 贷 积 宏 瞳 干 贺 秉 滑 空 沿 囊 磁 愉 除 首 泛 兑 吝 屠 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 例：组成脉冲分配器 74161 D D 3 2 D D L QQ RD Q 0 1 3 0 1 CPCP 1 ET 2 EP D 1 Q 1 0 0 0 Y 2 3 A 2 Y 1 S 1 Y A 4 74138 YY
17、 SS Y 0 Y 3 1 5 Y A 7 6 1 2 Y6 0 Y 2 3 5 YY 14 YYY 7 Y 赔 痴 反 捅 撞 粒 苛 蛹 字 洋 从 髓 淋 过 裂 跑 骏 隘 鸣 仅 摄 挑 戚 佛 框 祁 旭 耿 袄 丛 卒 臀 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析 1. 试用两片74LS148接成16线-4线优先编码器 2. 试用两片CC14585组成一个8位数值比较器 3. 试用2片74LS283和1片74LS85组成BCD码加法器 4. 试用两片4位加法器74283和4片移位寄存器74LS194组 成硬件算法电路 5. 试用74LS161和74LS138组成顺序脉冲发生器 6. 试用74LS161和74LS151组成的序列信号发生器 7. 试用8线-3线优先编码器74LS148和同步四位二进制计 数器74LS161组成的可控分频器 8. 试用74LS194和74LS160组成跳频信号发生器 习题课 数字系统的综合 超 敞 援 厩 黔 剁 触 牟 贫 叹 隔 纽 蚁 烈 焉 衙 秋 而 拧 萨 滤 唉 虹 批 奉 枣 渔 谐 牵 盖 田 漂 数 字 系 统 分 析 数 字 系 统 分 析