数字电子技术课程设计中国石油大学PPT学习教案

1、数字电子技术课程设计中国石油大学数字电子技术课程设计中国石油大学第1页/共25页数字系统通常由三部分组成：输入/输出接口、数据处理器和控制器，如图所示。输入输出接口是用来将模拟量转化为数字量，或数字量转化输入输出接口是用来将模拟量转化为数字量，或数字量转化为模拟量的模块。为模拟量的模块。控制器的作用是控制系统内各部分模块的工作，使它们按一控制器的作用是控制系统内各部分模块的工作，使它们按一定顺序进行操作。定顺序进行操作。处理器的作用是完成信息的存储和加工处理。处理器的作用是完成信息的存储和加工处理。第2页/共25页分类：l自下而上的设计方法l自上而下的设计方法自下而上的设计方法l数字系统自下而

2、上的设计是一种试探法。设计者根据自己的经验将规模大、功能复杂的数字系统按逻辑功能划分成若干子模块，一直分到这些子模块可以用经典的方法和标准的逻辑功能部件进行设计，最后将整个系统安装、调试达到设计要求。第3页/共25页自下而上设计方法的特点：l这种设计方法没有明显的规律可循，主要依靠设计者的实践经验和熟练的设计技巧，用逐步试探的方法最后设计出一个完整的数字系统。l系统的各项性能指标只有在系统构成后才能分析测试。如果系统设计存在比较大的问题，也有可能要重新设计，使得设计周期加长、资源浪费也较大。第4页/共25页自上而下的设计方法l自上而下的设计方法是，将整个系统从逻辑上划分成控制器和处理器两大部分

3、。如果控制器和处理器仍比较复杂，可以在控制器和处理器内部多重地进行逻辑划分，然后选用适当的器件以实现各子系统，最后把它们连接起来，得到所要求的数字系统。 自上而下的设计方法一般要遵循下列几个步骤：l明确所要设计系统的逻辑功能。l确定系统方案与逻辑划分，画出系统方框图。l采用某种算法描述系统。l设计控制器和处理器，并组合成所需要的数字系统。第5页/共25页数字系统的实现方法也经历了由分立元件、小规模、中规模到大规模、超大规模，直至今天的专用集成电路(ASIC)。现在的ASIC芯片规模已经达到几百万个元件。一个复杂的数字系统只要一片或几片ASIC即可实现。 FPGA或CPLD属于ASIC电路的一类

4、。具有现场可编程的特性。用户可将所设计的电路通过计算机和开发工具，生成关于阵列连接的信息文件，并将信息文件通过编程器“编程”到芯片上。如果采用在系统编程器件，不需要编程器，直接将芯片装在所设计的系统或电路板上，通过编程电缆直接对其编程或修改。第6页/共25页4. 数字系统的设计举例设计一个数字频率计，其技术要求如下： (1)测量频率范围：测量频率范围：1Hz100kHz。 (2)准确度准确度 fx/fx 2%。 (3)测量信号：方波，峰峰值为测量信号：方波，峰峰值为3V5V。第7页/共25页fx测频方法由量化误差引起的测频误差太大，为此应先测周期Tx，然后计算 =1/Tx。第8页/共25页 控

5、控制制器器 计计数数模模块块 系系统统复复位位 标标准准时时钟钟 COUNT_EN COUNT_CLR LOAD 锁锁存存器器 待待测测信信号号 锁锁存存 显显示示 第9页/共25页COUNT_CLR信号用于在每次测量开始时，对计数模块复位，以清除上次测量的结果。该复位信号高电平有效，持续半个时钟周期的时间。 COUNT_EN信号为计数允许信号，高电平有效。在信号的上升沿开始，对输入信号的频率进行测量。计数器开始对被测信号的脉冲数进行计数，即为信号的频率。锁存器的功能是使显示的数据稳定，不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。 控控制制器器 计计数数模模块块 系系统统复复位位 标标准准时时钟钟 C

6、OUNT_EN COUNT_CLR LOAD 锁锁存存器器 待待测测信信号号 锁锁存存 显显示示 第10页/共25页 控控制制器器 计计数数转转换换 模模块块 系系统统复复位位 待待测测信信号号 COUNT_EN COUNT_CLR LOAD 锁锁存存器器 标标准准时时钟钟 锁锁存存 显显示示 第11页/共25页第12页/共25页 清清零零 闸闸 门门 显显 示示 器器 定定时时器器 1 晶晶 体体 振振 荡荡 门门 控控 4 定定时时器器 2 10 10 10 10 10 10 10 锁锁存存 被被测测方方波波信信号号 T T TX 1 s 10 s 100 s 1ms 10ms 100ms

7、 1s 10s 译译 码码 器器 锁锁 存存 器器 计计 数数 器器 第13页/共25页 闸闸 门门 门门 控控 10 10 10 计计数数锁锁存存译译码码 显显示示系系统统 时时 基基 分分 频频 被被 测测 方方 波波 信信 号号 1TX 10TX 100TX 1000TX 晶晶 振振 1 s 1ms 10 s 100 s TX1 第14页/共25页三一般PLD器件的开发需要使用集成软件开发系统。软件开发系统用两种方式建立输入文件。一种是图形设计输入；另一种是硬件描述语言输入，或两种输入的混合方式。计算机对输入文件进行编译、综合、优化、适配等操作，最后生成供编程用的数据文件，就可编程到芯片中。有标准的HDL语言：ABEL、Verilog和VHDL。用HDL设计数字电路与系统，常称为高层次设计。 第15页/共25页 采用原理图设计和硬件描述语言两种