第九次课-数模转换电路和可编程器件的应用及数字系统设计

数模转换电路

可编程器件的应用及

数字系统设计1一、数模转换电路*P222J1先实现数字电路部分，foundation下先仿真通过后下载到95108。示波器检查95108的四路输出波形是否正常。K1K2能否控制。然后连接DAC0832和LM324，实现最终结果。注：DAC0832的11、12脚观测不到波形。2操作注意事项foundation下芯片型号千万不能错：XC9500系列95108PC84.下载时95108应加电，但不要连接除电源以外其他导线，包括其他芯片的电源。否则一旦电路链接有错误，会导致无法下载成功。关于电源：因为CPLD芯片所需电流较大。所以：A：直流稳压电源的限流开关请调整到最大电流。B：加到实验箱的电源电压不能小于12V，但是不要超过15V。否则会提示下载不成功，芯片电压不满足要求。

下载芯片时如不能成功，请先选择擦除，然后再编程下载。操作有错误，也可能导致无法下载成功。3二.

小型数字系统设计与调测

(一)小型数字系统学习要点1、数字系统模型的含义（数字系统模型见*P125

图8-10）同步时序电路由控制器和数据处理器组成控制器有统一的模型，设计方法规范数据处理器因处理数据形式繁多，没有统一模型，只能采用试凑法设计4小型数字系统学习要点5小型数字系统学习要点2、控制电路模型的结构与电路的对应关系状态寄存器——同步时序电路用状态寄存器的状态值记录当前系统运行的进程，由同步时序电路构成,设计工作为状态分配次态激励电路——组合电路以当前的进程状态和输入信号作为转换为下一个进程的判断条件（次态激励条件），由组合电路构成输出电路——组合电路以当前的进程状态和某些输入信号为条件，译码后输出控制信号，由组合电路构成6小型数字系统学习要点3、ASM图与电路的对应关系状态之间的转换在一个周期内完成状态1寄存器ASM状态转换示意图状态1X=1?R=1?状态2NYYNDS2状态2寄存器&S1XRCPQ2CLKDS1Q1CLK次态激励电路对应电路图7小型数字系统学习要点两个状态框之间的判断框反映次态激励条件，激励条件由组合电路组成，当前状态值是次态组合电路必须的一个输入信号状态转移判断电路——次态激励电路示意图状态1X=1?R=1?状态2NYYNDS2状态2寄存器&S1XRCPQCLK8小型数字系统学习要点两个判断框之间没有判断框时，则当前的状态值是次态激励的惟一条件状态1寄存器ASM无条件状态转换示意图状态1状态2DS2状态2寄存器S1CPQ2CLKDS1Q1CLK次态激励电路对应电路图9某一状态下输出信号的处理无条件输出指一旦进入某状态，输出信号即产生，状态值S可以直接作为输出信号使用条件输出框指在某状态下同时满足某一条件后才有输出，输出的必要条件有两个：一个是当前状态值，一个是某一条件小型数字系统学习要点10小型数字系统学习要点状态1X·W=1?状态2输出：T=1NYNDS2状态2寄存器&S1RCPQCLKH=1R=1?YDS1状态1寄存器&…S1RCPQCLKH&XWT（无条件输出T）输出信号示意图（条件输出H）11(二)小型数字系统设计要点1、将实践中的需求抽象为逻辑需求关系这是系统设计中最难的一环，目前没有规范的方法，只能靠反复修改来达到要求2、将总体的逻辑需求划分为控制逻辑和数据处理逻辑两大部分两类电路的划分结果不是唯一的，应以控制电路尽量简单为划分前提划分结果不同逻辑流程图和ASM图不同12小型数字系统设计要点3、根据总的逻辑需求明确控制电路和数据处理电路相互之间的信号及关系分析控制器有哪些输入和输出信号分析数据处理器有哪些输入和输出信号分析所有信号的因果关系和处理流程做出逻辑流程图4、将逻辑流程图转换为ASM图13小型数字系统设计要点5、根据ASM图设计控制器电路选择状态寄存电路形式建议用一态一D触发器的设计方案为状态寄存器分配进程状态根据ASM图中各个状态框之间的判断条件，设计次态激励电路根据ASM图的输出信号和条件输出信号设计输出电路14小型数字系统设计要点6、设计数据处理器电路根据控制器所需的输入信号设计数据处理电路根据控制器输出信号对数据处理的控制关系设计数据处理器电路15(三)实验设计提示实验任务：*P219（T1）设计汽车尾灯控制电路设计方法：必须用ASM图设计控制电路，不允许用试凑法实现。器件：实验箱上的CPLD（XC95108）及外围器件。16（1）根据题意设定：设置四个按键开关(自复位开关，每次按键时间不少于一个CP周期)。L－左转键：L=1，三个左尾灯依次为100、110、111、000循环点亮。L=0，左尾灯全部熄灭。R－右转键：R=1，三个右尾灯依次为100、110、111、000循环点亮。R=0，右尾灯全部熄灭。J－警告键：J=1，左、右尾灯闪亮。J=0，左、右尾灯全灭。C－复位键：C=1，系统复位，左、右尾灯全灭。C=0：电路处于等待状态。1、设计控制器

17根据题意设定四种状态：S0－系统复位，强制退出左转、右转和警告（初始状态或仅刚按过C=1）；S1－左尾灯亮（仅刚按过L=1）；S2－右尾灯亮（仅刚按过R=1）；S3－左、右尾灯闪亮（J=1或LR=11）18（2）系统结构图控制器处理器Z3Z2Z1Y1Y2Y3LRJC图一系统框图19（3）ASM图复位S0左灯S1右灯S2告警S3RJRJLLJC000111101001011001图二ASM图L01C0C1S1NS2NS3N=1或者C=1控制器的初态应处于复位状态（S0=1）。为此，在入口处增加C=1的条件（电路加电后通过按动复位键使系统复位）。或者增加S1NS2NS3N=1的条件（电路加电后若S1、S2、S3、全为0，则S0=1）。或者上述两条件都采用。20（4）状态寄存器采用一位一态的D触发器。根据ASM图写出D触发器的次态激励方程：21（5）根据次态激励方程画出控制器电路：包括D触发器电路（图三）、次态激励组合电路（图四、图五）图三D触发器电路22图四D1、D2次态激励组合电路图五D0、D3次态激励组合电路232、设计处理器（1）设计思路考虑到尾灯闪烁和依次点亮的需要，设置一个二位二进制计数器配合控制器各状态实现尾灯闪烁或依次点亮。计数器的时钟信号CP2使用实验箱上1Hz时钟信号。该计数器的清零或计数受状态S0控制，S0=0计数器计数、S0=1计数器清零。24（2）列出尾灯与各状态及计数器的真值表说明状态计数器左灯右灯SQ1Q0Z1Z2Z3Y1Y2Y3尾灯都不亮S0//000000左尾灯依次亮S100100000011100001011100011000000右尾灯依次亮S200000100010001101000011111000000尾灯闪烁S3/0111111/100000025（3）根据真值表列出各尾灯的逻辑表达式26（4）根据逻辑表达式画出电路图图六尾灯的组合电路

27（5）完整的电路图还应包括二位二进制计数器电路、输出指示灯电路和按键电路图七二位二进制计数器电路、输出指示灯电路28图八按键电路在Foundation3.1i软件下以实验箱上的开关替代29（6）在Foundation3.1i软件下输入电路图控制器中的一位一态D触发器电路、次态激励组合电路；处理器中尾灯的组合电路、二位二进制计数器电路。各输入输出定义到XC95108的管脚输入：J、L、R、C、CP1