数字电子技术基础——第十一章 数字系统设计实例
(最新整理)数字电子技术基础第11章
2021/7/26
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第11章 VHDL数字系统设计实例 数字系统设计主要分系统设计和逻辑设计两个阶段。
(1) 这是设计过程的第一阶段，要求对设计任务进行透彻 了解，并在此基础上决定设计任务和系统整体的功能、输
(2)描述系统功能，设计算法。
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第11章 VHDL数字系统设计实例
描述系统功能是用符号、图形、文字、表达式等形式 来正确描述系统应具有的逻辑功能和应达到的技术指标。 设计算法是寻求一个解决问题的步骤，实质上是把系统要 实现的复杂运算分解成一组有序进行的子运算。描述算法 的工具有算法流程图、算法状态机图（ASM,Algorithmic stateMachine）、方框图、硬件描述语言等。在上述描述方 法中，硬件描述语言是一种最容易向计算机输入，由计算 机自动处理的现代化方法。方框图用于描述数字系统的模 型，是系统设计常用的重要手段，它可以详细描述系统的 总体结构，并作为进一步设计的基础。
end case ; end process;
process
begin
wait until clk′event and clk=′1′;
--
if en=′0′then
count<=( others=>′0′);
spk<=′1′;
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第11章 VHDL数字系统设计实例
count—ld/2时，spk=′1′，且加1 elsif count<(′0′&count—ld(12 downto 1))then
(3)当东西或南北两路中任一路出现特殊情况时，系统 可由交警手动控制立即进入特殊运行状态，即红灯全亮， 时钟停止计时，东西、南北两路所有车辆停止通行；当特 殊运行状态结束后，系统恢复工作，继续正常运行。
数字电子技术基础(侯建军)
§1-2 逻辑代数基础
逻辑变量及基本逻辑运算 逻辑函数及其表示方法
逻辑代数的运算公式和规则
逻辑变量及基本逻辑运算
一、逻辑变量
取值：逻辑 0 、逻辑 1 。逻辑 0 和逻辑 1 不代 表数值大小，仅表示相互矛盾、相互对立 的两种逻辑状态
二、基本逻辑运算 与运算 或运算 非运算
返 回
与逻辑
只有决定某一事件的所有条件全部具备， 这一事件才能发生
乘基取整法 ：小数乘以目标数制的基数（ R=2 ），第 1一次相乘结果的整数部分为目的数的最高位 0 1 K0 0 -1，将其小 数部分再乘基数依次记下整数部分，反复进行下去， 直 K-1 K-2 K-3 K-4 K-5
由此得：(0.65)10=(0.10100)2 综合得：(81.65)10=(1010001.10100)2
逻辑表达式
―-‖非逻辑运算符
F= A
逻辑符号 1 A
F
三、复合逻辑运算 与非逻辑运算 或非逻辑运算 与或非逻辑运算
或逻辑真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 F 0 1 1 1 逻辑符号 A 1 B
F
或逻辑运算符，也有 N个输入： 用“∨”、“∪”表 逻辑表达式 示 F= A + B+ ...+
F= A + B
N
返 回
非逻辑
当决定某一事件的条件满足时，事件不发 返 回 生；反之事件发生，
非逻辑真值表 A F 0 1 1 0
§1-1 数制与编码
进位计数制 数制转换
数值数据的表示
常用的编码
§1-2 逻辑代数基础
逻辑变量及基本逻辑运算 逻辑函数及其表示方法
逻辑代数的运算公式和规则
第11章 数字电路综合案例
第11章数字电路综合案例内容提要前面的章节介绍了数字电路的基本知识、基本理论、常用器件，以及数字电路分析和设计的基本方法。
本章涉及到复杂数字系统的设计。
数设计对象从译码器、计数器等这些基本逻辑功能电路到了数字钟等综合的数字逻辑系统的设计；设计方法也由采用真值表到求逻辑表达式、画出电路图的方式到通过确定总体方案，采取从局部到整体，用各种中、大规模集成电路来满足要求的数字电路系统的方式。
本章结合数字钟这一实际的案例来介绍数字电路系统的设计方法，进一步提高学生的综合能力和解决实际问题的能力。
基本教学要求1.了解中小规模集成电路的作用及实用方法。
2.了解数字钟电路的原理。
3.掌握综合数字电路系统的设计流程和设计方法。
11.1概述数字系统的设计，采用从整体到局部，再从局部到整理的设计方法。
首先对系统的目标、任务、指标要求等进行分析，确定系统的总体方案；然后把系统的总体方案分成若干功能部件，绘出系统的方框图；之后运用数字电路的分析和设计方法分别进行设计，或者是直接选用集成器件去构成功能部件；最后把这些功能部件连接组合起来，便构成了完整的数字系统，通过对电路的分析和测试修改，完善与优化整个系统。
这是传统的数字系统的设计方法，也是下面要介绍的内容。
随着计算机技术的发展，电子设计自动化EDA成为了现代电子系统设计与仿真的重要手段，对于复杂系统的设计十分有效，尤其是硬件描述语言的使用，使硬件软件化，让数字系统的设计更加方便、高效。
下面以数字钟系统设计为例，介绍综合数字电路系统的设计方法。
数字钟是一种用数字电子技术实现时、分、秒计时的装置，与传统的机械式时钟相比具准确、直观、寿命长等特点。
目前广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
数字钟也是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。
通过数字钟的设计进一步了解数字系统设计时用到的中小规模集成电路的使用方法，进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
数字电子技术教案
数字电子技术教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述了解数字电路的定义、特点和应用领域掌握数字电路的基本组成和基本原理1.2 数字逻辑基础学习逻辑代数的基本运算和规则熟悉逻辑函数的表示方法及其相互转换1.3 数字电路的表示方法掌握逻辑函数的图形表示方法（逻辑图、真值表）学习逻辑函数的代数化简方法第二章：数字电路的基本单元2.1 逻辑门电路了解常见的逻辑门电路（与门、或门、非门、异或门等）掌握逻辑门电路的电压传输特性2.2 逻辑函数及其简化学习逻辑函数的代数化简方法（卡诺图、最小项、最大项）熟悉逻辑函数的简化原则和步骤2.3 逻辑门电路的设计与实现学习逻辑门电路的设计方法掌握逻辑门电路的实际制作和调试技巧第三章：组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路的基本概念了解组合逻辑电路的定义和特点掌握组合逻辑电路的分析和设计方法3.2 常见的组合逻辑电路学习编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元等常见组合逻辑电路的原理和应用3.3 组合逻辑电路的设计与实现学习组合逻辑电路的设计方法掌握组合逻辑电路的实际制作和调试技巧第四章：时序逻辑电路4.1 时序逻辑电路的基本概念了解时序逻辑电路的定义、特点和应用领域掌握时序逻辑电路的分析和设计方法4.2 常见的时序逻辑电路学习触发器、计数器、寄存器等常见时序逻辑电路的原理和应用4.3 时序逻辑电路的设计与实现学习时序逻辑电路的设计方法掌握时序逻辑电路的实际制作和调试技巧第五章：数字电路的应用5.1 数字电路在计算机中的应用了解计算机的基本组成和工作原理学习微处理器、存储器、输入输出接口等计算机关键部件的设计和应用5.2 数字电路在通信系统中的应用了解通信系统的基本原理和数字调制技术学习数字通信系统中数字电路的设计和应用5.3 数字电路在其他领域中的应用了解数字电路在数字信号处理、嵌入式系统、工业控制等领域中的应用学习数字电路在不同领域中的设计和应用案例第六章：数字电路仿真与实验6.1 数字电路仿真基础学习数字电路仿真原理和工具熟悉使用仿真软件进行数字电路设计和验证的方法6.2 组合逻辑电路仿真与实验利用仿真软件对组合逻辑电路进行设计和验证分析仿真结果，优化电路性能6.3 时序逻辑电路仿真与实验利用仿真软件对时序逻辑电路进行设计和验证分析仿真结果，优化电路性能第七章：数字电路设计与验证7.1 数字电路设计流程熟悉数字电路设计的基本流程和方法掌握需求分析、模块设计、仿真验证和硬件实现等环节7.2 组合逻辑电路设计实例学习组合逻辑电路设计实例，如编码器、译码器等掌握设计方法和技术要求7.3 时序逻辑电路设计实例学习时序逻辑电路设计实例，如触发器、计数器等掌握设计方法和技术要求第八章：数字电路测试与维护8.1 数字电路测试方法学习数字电路测试的基本方法和策略掌握功能测试、结构测试和边界测试等技术8.2 数字电路调试与优化了解调试过程和方法，提高电路性能学习电路优化技巧，降低功耗和成本8.3 数字电路故障诊断与修复学习故障诊断原理和方法，如逻辑分析仪、示波器等工具的使用掌握故障分析和修复技巧，提高电路可靠性第九章：数字集成电路9.1 数字集成电路概述了解数字集成电路的分类、特点和应用领域掌握数字集成电路的基本结构和原理9.2 常见数字集成电路学习门阵列、触发器、寄存器等常见数字集成电路的原理和应用9.3 数字集成电路的设计与实现学习数字集成电路的设计方法掌握数字集成电路的实际制作和调试技巧第十章：数字电路技术的发展趋势10.1 数字电路技术的创新应用了解数字电路技术在、物联网、生物医疗等领域的创新应用学习数字电路技术在这些领域的发展前景和挑战10.2 新型数字电路技术学习新型数字电路技术，如量子计算、碳纳米管电路等掌握这些技术的原理和优势，了解其发展趋势和应用前景10.3 数字电路技术的未来发展了解数字电路技术在未来的发展趋势和挑战学习如何适应和推动数字电路技术的发展，为人类社会作出贡献重点和难点解析重点环节1：逻辑函数的表示方法及其相互转换补充和说明：逻辑函数的表示方法是理解数字电路的基础，包括逻辑图、真值表及其代数表达式。
《数字电子技术 》课件第11章
11.2
【例11.1】 分析图11.4所示电路的逻辑功能。 设起 始状态是Q3Q2Q1=000。
图 11.4 例11.1电路图
解 （1） 分析电路组成。 该电路的存储器件是3个JK 触发器， 组合器件是一个与门。 无外输入信号， 输出信号 为C， 是一个同步时序电路。
（2） 写出驱动方程和输出方程:
图 11.9 (a) M=0; (b) M=1
【例11.4】 分析图11.10所示的时序电路。 图 11.10 例11.4逻辑图
解 （1） 分析电路组成。 该时序电路由4个JK触发器 构成， 组合电路由一个与门构成。 输出信号为CO， 由电 路图可见， 该电路各触发器没有用统一的时钟信号， 故它 是一个异步时序电路。
Hale Waihona Puke （6） 电路功能描述。 由状态图或状态表可知， 凡输 入X= 0， 则触发器进入1状态； 凡输入X=1， 则触发器进 入0状态， 并且只有在触发器由1状态转换到0状态时， 电 路输出Z=0， 在其他情况下Z=1。 假如将触发器预置在0状 态， 当输入序列为01时， 触发器将先进入1状态， 然后又 转换到0状态， 并且电路输出Z=0; 在其他输入序列情况下 输出为1。
2. 1） 时序电路的逻辑功能可以用代表X、 Y、 Z、 W这些信 号之间关系的3个向量函数表示： 输出方程: Z(tn)=F［X(tn), Y(tn)］; 驱动方程: W(tn)=H［X(tn), Y(tn)］; 状态方程: Y(tn+1)=G［W(tn), Y(tn) 其中, Y(tn+1)称为次态， Y(tn)称为现态。
2） 状态表是反映时序电路输出Z(tn)、 次态Y(tn+1)和输入 X(tn)、 现态Y(tn)间对应取值关系的表格。 例如我们列出图 11.1所示电路的状态表， 如表11.1所示。
数字电子技术基础全套-11PPT优秀课件
2.D/A转换器的转换速度
（1）建立时间tset：指输入数字量各位由全0变为全 1或由全1变为全0时,输出电压达到某一规定值所需 要的时间。通常建立时间在100 ns ~几十s之间。
11.1 概述
模－数转换（A/D转换）：将模拟信号转换为数 字信号。实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简 写为ADC(Analog-Digital Converter)
数－模转换（D/A转换）：将数字信号转换为模 拟信号。实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简 写为DAC(Digital-Analog Converter)
量化－编码
将取样－保持电路的输出电压，按某种近似方式 归化到与之相应的离散电平上，这一转化过程称为数 值量化，简称量化。
将取样电压表示为一个最小单位的整数倍，所 取的最小数量单位称为量化单位，用 表示。
量化后的数值最后还须通过编码过程用一个代 码表示出来，这一过程称为编码。
取 1 8
取 2 15
第 十一 章
-------------------------数－模和模－数转换
教学内容
§11.1 概述 §11.2 D/A转换器 §11.3 A/D转换器
教学要求
1、掌握DAC和ADC的定义及应用； 2、了解DAC的组成、倒T型电阻网络、集 成D/A转换器、转换精度及转换速度； 3、了解ADC组成、逐次逼近型A/D转换器、 积分型A/D转换器、转换精度及转换速度。
（2）转换速率SR：指输入数字量各位由全0变为全 1或由全1变为全0时，输出电压的变化率。
电子教案《数字电子技术(余红娟)》PPT第11章数字系统综合设计
11.2.4 LPM_ROM型音符预置数存储器设置
图11-21 LPM_ROM型音符预置数存储器TONE_TABL配置文件设置界面
11.2.4 LPM_ROM型音符预置数存储器设置
图11-22 音符预置数配置文件data2.mif生成界面
11.2.4 LPM_ROM型音符预置数存储器设置
图11-23 音符预置数mif配置文件data2.mif
B k 1
k 1 2π
2N
(11-6)
11.4.1 DDS实现原理
数据线位宽
频率字输入 同步 N 寄存器
clk 系统时钟
相位字输入 同步 寄存器
N
N
M
M
寄存器
相位累加器
相位调制器
正弦ROM 查找表
图11-27 基本DDS结构
正弦信号输出
D/A
11.4.1 DDS实现原理
基本DDS结构的常用参量计算如下：
11.7.1 电路结构与工作原理
图11-38 ADC0809采样电路系统：RSV.bdf
11.7.1 电路结构与工作原理
图11-39 CNT8B设置界面
11.7.1 电路结构与工作原理
图11-40 CNT10B设置界面
11.7.1 电路结构与工作原理
图11-41 21max电路结构
11.7.2 时序分析
11.2.5 时序仿真测试与硬件实现
11.3 乐曲自动演奏电路设计
11.3.1 自动演奏原理和实现方案
11.3.2 电路设计
11.3.2 电路设计
图11-24 乐曲自动演奏电路
【例11-1】 WIDTH = 4 ; --“梁祝”乐曲乐谱码mif文件 DEPTH = 256 ; ADDRESS_RADIX = DEC ; DATA_RADIX = DEC ; CONTENT BEGIN --注意实用文件中要展开以下数据，每一组占一行 00: 3 ; 01: 3 ; 02: 3 ; 03: 3; 04: 5; 05: 5; 06: 5;07: 6; 08: 8; 09: 8; 10: 8 ; 11: 9 ; 12: 6 ; 13: 8; 14: 5; 15: 5; 16: 12;17: 12;18: 12; 19:15; 20:13 ; 21:12 ; 22:10 ; 23:12; 24: 9; 25: 9; 26: 9; 27: 9; 28: 9; 29: 9; 30: 9 ; 31: 0 ; 32: 9 ; 33: 9; 34: 9; 35:10; 36: 7; 37: 7; 38: 6; 39: 6; 40: 5 ; 41: 5 ; 42: 5 ; 43: 6; 44: 8; 45: 8; 46: 9; 47: 9; 48: 3; 49: 3; 50: 8 ; 51: 8 ; 52: 6 ; 53: 5; 54: 6; 55: 8; 56: 5; 57: 5; 58: 5; 59: 5; 60: 5 ; 61: 5 ; 62: 5 ; 63: 5; 64:10; 65:10; 66:10; 67: 12; 68: 7; 69: 7; 70: 9 ; 71: 9 ; 72: 6 ; 73: 8; 74: 5; 75: 5; 76: 5; 77: 5; 78: 5; 79: 5; 80: 3 ; 81: 5 ; 82: 3 ; 83: 3; 84: 5; 85: 6; 86: 7; 87: 9; 88: 6; 89: 6; 90: 6 ; 91: 6 ; 92: 6 ; 93: 6; 94: 5; 95: 6; 96: 8; 97: 8; 98: 8; 99: 9; 100:12 ;101:12 ;102:12 ;103:10;104: 9;105: 9;106:10;107: 9;108: 8;109: 8; 110: 6 ;111: 5 ;112: 3 ;113: 3;114: 3;115: 3;116: 8;117: 8;118: 8;119: 8; 120: 6 ;121: 8 ;122: 6 ;123: 5;124: 3;125: 5;126: 6;127: 8;128: 5;129: 5; 130: 5 ;131: 5 ;132: 5 ;133: 5;134: 5;135: 5;136: 0;137: 0;138: 0; END ;
数字电子技术基础教案
数字电子技术基础教案第一章：数字电路概述教学目标：1. 了解数字电路的基本概念和特点。
2. 掌握数字电路的基本元素和逻辑门。
3. 理解数字电路的逻辑设计和功能实现。
教学内容：1. 数字电路的定义和特点。
2. 数字电路的基本元素：逻辑门、逻辑函数、逻辑代数。
3. 逻辑门的类型及其功能：与门、或门、非门、异或门、同或门等。
4. 逻辑函数的表示方法：逻辑表达式、逻辑图、逻辑表格。
5. 数字电路的设计方法和步骤。
教学方法：1. 采用讲授法，讲解数字电路的基本概念和逻辑门的功能。
2. 利用举例法，分析数字电路的实际应用案例。
3. 进行课堂讨论，引导学生思考和理解数字电路的设计方法。
教学评估：1. 课堂练习：要求学生绘制逻辑门的符号和功能表格。
2. 小组讨论：评估学生对数字电路设计方法的理解程度。
第二章：组合逻辑电路教学目标：1. 掌握组合逻辑电路的基本原理和设计方法。
2. 熟悉常用的组合逻辑电路：加法器、编码器、译码器、多路选择器等。
3. 能够分析和设计组合逻辑电路的应用案例。
教学内容：1. 组合逻辑电路的定义和特点。
2. 组合逻辑电路的基本原理：逻辑函数、逻辑门的使用。
3. 常用的组合逻辑电路及其功能：加法器、编码器、译码器、多路选择器等。
4. 组合逻辑电路的设计方法：真值表、逻辑表达式、逻辑图、逻辑表格。
5. 组合逻辑电路的应用案例分析。
教学方法：1. 采用讲授法，讲解组合逻辑电路的基本原理和常用电路的功能。
2. 利用举例法，分析组合逻辑电路的应用案例。
3. 进行课堂讨论，引导学生思考和理解组合逻辑电路的设计方法。
教学评估：1. 课堂练习：要求学生绘制组合逻辑电路的逻辑图和功能表格。
2. 小组讨论：评估学生对组合逻辑电路应用案例的理解程度。
第三章：时序逻辑电路教学目标：1. 掌握时序逻辑电路的基本原理和设计方法。
2. 熟悉常用的时序逻辑电路：触发器、计数器、寄存器等。
3. 能够分析和设计时序逻辑电路的应用案例。
第11章(93)教材配套课件
C1 状态P Q1Q0 C2 状态PgX Q1Q0 X
数字系统的规模可大可小，复杂程度差别也大，但通常 都是由组合和时序逻辑功能电路连接而成的。整个系统按照 一定的要求，实现复杂的逻辑运算。例如,通用计算机就是 一个典型的复杂数字系统。
第11章 数字系统设计基础
11.1.3数字系统的设计方法及设计流程 现代数字电路系统设计过程可以分为自底向上、自顶向 下以及混合设计三种。自底向上设计是指先进行基于门电路 级的设计，并在此基础上建立单元模块，逐级向上构成大模 块以至整个电路的方式。自顶向下是指把初始设计看做一个 大模块，逐级将其划分成子模块，直至物理实现。混合设计 则介于这两种设计方法之间，在设计大模块的同时还可以设 计其中的子模块及物理实现。
第11章 数字系统设计基础
控制器的控制形式可以多种多样，但其基本设计方法有较 强的规律性。由于常常以MSI计数器或移位寄存器为核心进行 设计，所以使用计数器进行设计时，状态编码要注意按照计数 器的编码规律来实现控制器的状态转换，使用移位寄存器进行 设计时，状态编码要注意按照移位寄存器的规律进行编码。
第11章 数字系统设计基础
自顶向下设计方法在数字系统设计中的设计流程如下： (1)分析系统任务，确定总体方案。 首先分析系统 设计任务，了解系统功能要求，选取合适的设计方案。通常 同一功能的系统有多种实现方法，必须对系统实现原理及方 法进行综合的比较和评判，慎重地选择，使所选方案既满足 系统要求，又结构简单、实现方便。
第11章 数字系统设计基础
图11－1－2 自底向上的设计方法
第11章 数字系统设计基础
2.自顶向下的设计方法 自顶向下的设计方法是从整个系统的功能要求出发，先 进行最上层的系统设计，然后逐级向下将全局系统分成若干 子系统，再将每个子系统分为若干功能模块，模块继续划分 成子模块，直至许多最基本的模块单元,如图11－1－3所示。
《数字电子技术》电子教案
《数字电子技术》电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述介绍数字电路的基本概念、特点和分类解释数字信号与模拟信号的区别1.2 数字逻辑基础介绍逻辑代数的基本运算和规则解释逻辑门电路的原理和应用1.3 逻辑函数与逻辑门电路介绍逻辑函数的定义和表示方法解释逻辑门电路的种类和功能第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述介绍组合逻辑电路的定义和特点解释组合逻辑电路的分类和应用2.2 常用的组合逻辑电路介绍编码器、译码器、多路选择器和算术逻辑单元等电路的原理和应用2.3 组合逻辑电路的设计方法介绍组合逻辑电路的设计原则和方法解释组合逻辑电路的优化和简化第三章：时序逻辑电路3.1 时序逻辑电路概述介绍时序逻辑电路的定义和特点解释时序逻辑电路的分类和应用3.2 触发器介绍触发器的概念、种类和功能解释触发器的时序要求和真值表3.3 时序逻辑电路的设计方法介绍时序逻辑电路的设计原则和方法解释时序逻辑电路的优化和简化第四章：数字电路仿真与实验4.1 数字电路仿真概述介绍数字电路仿真的概念和作用解释数字电路仿真软件的使用方法4.2 组合逻辑电路的仿真与实验利用仿真软件对组合逻辑电路进行仿真和实验分析实验结果和性能评估4.3 时序逻辑电路的仿真与实验利用仿真软件对时序逻辑电路进行仿真和实验分析实验结果和性能评估第五章：数字电路的应用5.1 数字电路在通信系统中的应用介绍数字电路在通信系统中的应用实例和原理解释数字调制和解调的电路设计方法5.2 数字电路在计算机系统中的应用介绍数字电路在计算机系统中的应用实例和原理解释微处理器、存储器和总线的电路设计方法5.3 数字电路在其他领域中的应用介绍数字电路在其他领域中的应用实例和原理解释数字电路在控制系统、数字信号处理等方面的应用方法第六章：数字电路设计工具与方法6.1 数字电路设计工具介绍电子设计自动化(EDA)工具的概念和作用解释电路设计软件（如Multisim、Proteus）的使用方法6.2 数字电路设计流程阐述数字电路设计的整个流程，包括需求分析、逻辑设计、物理设计等解释各个阶段的关键技术和注意事项6.3 数字电路设计实例通过具体实例展示数字电路设计的全过程分析设计过程中的难点和解决方案第七章：数字集成电路7.1 数字集成电路概述介绍数字集成电路的类型和特点解释集成电路的制造工艺和分类7.2 常见数字集成电路介绍TTL、CMOS等常见数字集成电路的原理和应用解释集成电路封装和接口技术7.3 数字集成电路的应用与选择阐述数字集成电路在电路设计中的应用方法介绍如何根据电路需求选择合适的集成电路第八章：数字系统的测试与维护8.1 数字系统测试概述介绍数字系统测试的目的和重要性解释数字测试信号的和应用8.2 数字故障诊断与测试方法介绍故障诊断的方法，如静态测试、动态测试和在线测试解释故障模型和测试向量的8.3 数字系统的维护与优化阐述数字系统运行过程中的维护和优化措施介绍故障排除和系统性能提升的方法第九章：数字电路在嵌入式系统中的应用9.1 嵌入式系统概述介绍嵌入式系统的概念、特点和分类解释嵌入式系统在现代科技领域的重要性9.2 嵌入式数字电路设计阐述嵌入式数字电路的设计方法和流程介绍嵌入式处理器、外围电路和接口技术9.3 嵌入式系统的应用实例通过具体实例展示嵌入式数字电路在实际应用中的作用和效果第十章：数字电路技术的未来发展10.1 数字电路技术发展趋势分析当前数字电路技术的发展趋势，如低功耗、高速度、高集成度等介绍新型数字电路技术的研究方向和应用前景10.2 数字电路技术的挑战与机遇阐述数字电路技术在发展过程中面临的挑战，如信号完整性、可靠性等探讨数字电路技术发展的机遇和应对策略10.3 数字电路技术的创新应用介绍数字电路技术在新型领域的创新应用，如物联网、等分析这些应用对数字电路技术发展的影响和推动作用第十一章：数字电路在模拟信号处理中的应用11.1 概述数字模拟信号处理介绍数字电路在模拟信号处理中的重要性解释数字模拟信号处理的基本概念和原理11.2 模拟信号的数字化处理阐述模拟信号数字化处理的方法和技术介绍ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的工作原理和应用11.3 数字滤波器与信号处理解释数字滤波器的作用和分类介绍数字滤波器的设计方法和应用实例第十二章：数字电路在信号传输中的应用12.1 数字信号传输概述介绍数字信号传输的基本概念和特点解释数字信号传输与模拟信号传输的区别12.2 数字调制与解调技术介绍数字调制与解调的基本原理和方法解释调制解调器（modem）的工作原理和应用12.3 数字信号传输的线路和设备介绍数字信号传输中所用的线路和设备，如同轴电缆、光纤等解释数字信号传输中的信号衰减和抗干扰措施第十三章：数字电路在计算机系统中的应用13.1 计算机系统概述介绍计算机系统的基本组成和工作原理解释计算机系统在现代社会中的重要性13.2 中央处理器（CPU）介绍CPU的结构和工作原理解释控制单元、运算单元和寄存器的作用和功能13.3 存储器和总线系统介绍存储器的类型和作用解释总线系统的组成和功能，如数据总线、地址总线、控制总线等第十四章：数字电路在控制系统中的应用14.1 控制系统概述介绍控制系统的概念、类型和特点解释数字电路在控制系统中的应用重要性14.2 数字控制器的设计与实现阐述数字控制器的设计方法和流程介绍控制器算法实现和硬件设计的技术14.3 数字控制系统实例通过具体实例展示数字电路在控制系统中的应用和效果第十五章：数字电路技术的综合应用案例15.1 数字电路技术在通信领域的应用介绍数字电路技术在通信领域的典型应用实例解释数字电路技术在提高通信系统性能方面的作用15.2 数字电路技术在工业自动化领域的应用阐述数字电路技术在工业自动化领域的应用实例和优势介绍数字电路技术在提高工业生产效率和质量方面的作用15.3 数字电路技术在其他领域的应用展望探讨数字电路技术在其他领域的应用前景和发展趋势分析数字电路技术对人类社会发展的影响和推动作用重点和难点解析本文主要介绍了《数字电子技术》电子教案，内容涵盖了数字电路的基础知识、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数字电路仿真与实验、数字电路的应用、数字集成电路、数字系统的测试与维护、数字电路在嵌入式系统中的应用、数字电路技术的未来发展等十五个章节。
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第11章 数字系统设计实例
图 11-1 数据采集系统框图
第11章 数字系统设计实例
11.1.2 时序图
该电路也可改成加法计数定时系统， 读者可根据要求 设计出相应的定时电路。
第11章 数字系统设计实例
11.2.2 数字频率计的设计
1. 频率测量的工作原理
数字频率计是用于测量信号频率的电路。测量信号的频 率参数是最常用的测量方法之一。实现频率测量的方法比较 多， 在此我们主要介绍三种常用的方法： 时间门限测量法、 标准频率比较测量法、等精度测量法。
第11章 数字系统设计实例
· 计数、 显示、 分频。 计数器是整个定时系统的主 要部分。 由 6 块十进制加减计数器 74LS168构成减法计 数器。 小时计数器的模值为 24，分和秒计数器的模值都 是 60。计数器的输出通过数码管驱动译码器 A1~A6去驱 动共阴极数码管显示时间，显示的时间值为时、 分、 秒。 计数器的计数时钟频率为 1 Hz， 由晶体振荡器产生的 32 768 Hz时钟， 经过A17、A18 两片计数器 215分频得到。
第11章 数字系统设计实例
存储器的写命令WR为低电平有效，当控制电路向存储 器发出写命令WR后，便可以将A/D送出的数据写入存储器。
存储器写完数据后，控制电路再向存储器发RD读出命 令。 当RD为低电平有效时，便可以从存储器读出数据。
图 11-2 例11-2工作时序图
第11章 数字系统设计实例
11.2 数字系统设计实例
方框图描述法是在矩形框内用文字、表达式、符号或 图形来表示系统的各个子系统或模块的名称和主要功能。 矩形框之间用带箭头的线段相连接，表示各子系统或模块 之间数据流或控制流的信息通道。图上的一条连线可表示 实际电路间的一条或多条连接线，连线旁的文字或符号可 以表示主要信息通道的名称、功能或信息类型。箭头指示 了信息的传输方向。方框图是系统设计的初步，其设计是 一个自顶向下、逐步细化的过程。
第11章 数字系统设计实例
第11章 数字系统设计实例
11.1 数字系统设计的描述方法 11.2 数字系统设计实例
第11章 数字系统设计实例
11.1 数字系统设计的描述方法
11.1.1 方框图 ① 提高了系统结构的可读性和清晰度。 ② 容易进行结构化系统设计。 ③ 便于对系统进行修改和补充。 ④
第11章 数字系统设计实例
第11章 数字系统设计实例
【例 11-1】设计一个数据采集系统方框图。
解：
① 根据题意先画出系统的粗框图如图11-1(a)所示。该框 图定义和描述了系统从输入到输出的基本功能模块和实现的 一般过程。
② 在对系统的数据和控制信息进行分析和定义后将系统 框图作进一步的分解和细化。图 11-1(b)为第一步的分解图。
【例11-2】 用时序图描述数据采集系统控制数据写入、读出 存储器的时间关系。
解： 该系统存储器的数据写入、读出的时序主要由控制功 能模块产生，写入存储器的数据由A/D转换器提供，其时间顺序
首先给A/D发出启动命令START。 START为高电平有效， 当START下降沿来到时开始进行A/D转换。
EOC为A/D转换器的转换结束信号，输出高电平有效。在 START上升沿后1~8 个时钟周期内，EOC变为低电平时，标志 A/D正在进行转换，当A/D转换结束时，EOC由低变为高， 控制 电路向A/D发出输出允许信号后，A/D转换的数据便可以送出。
11.2.1 定时电路的设计
【例 11-3 】设计定时电路， (1) 可任意设置定时的小时、分。 (2) 数码管显示减计数过程的时间，可显示小时、分、秒。 (3) 定时结束报警。
第11章 数字系统设计实例
解： ① 定时电路的方框图描述。 根据定时电路的设计要求， 我们把该电路的工作过程分为三步进行：首先设置需要定时 的时间；然后启动定时计数器开始计时，计时采用倒计时的 方式工作，同时显示倒计时的时间；最后当定时结束时产生 报警信号，用发光二极管指示定时结束。
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第11章 数字系统设计实例
图 11 4 定 时 电 路 原 理 图
第11章 数字系统设计实例
分的设置有两个过程：计数开始前为人工预置定时时 间的分，此时S1=0，A13导通，A14断开，人工预置的时 间分钟通过A13数据总线驱动器的D6~D0送入A9、 A10计 数器的数据端。 计数开始时，S1=1, A13断开，人工预置 的分钟数据就不能通过A13送入A9、A10分计数器的数据 端。在减计数的过程中， 如果小时计数器A7、A8不为0， 每当A7、 A8减 1 计数，分计数器就要从 59 减到 0。由于 A14的使能端接A9的借位端， 当A9、 A10分计数器减到 0 时， A14导通使A9、 A10自动设置到 59。
第11章 数字系统设计实例
· 定时启动和定时控制。设置好定时时间的时、分值 后，拨动开关S1接地(S1=0)，D触发器(A15)的Q=1, 设置的 时间值送入计数器并显示。 S1再拨到UCC时(S1=1)，减计 数定时开始。
当时间值减到全 0 时，A15的CLK端产生上升沿，使 Q=0，显示器全灭，发光二极管V1亮。该电路的定时结束 指示电路也可以根据需要改成不同形式的控制方式，如控 制继电器的通断、定时发声报警、定时产生启动信号等等。
图 11-3 定时电路框图
第11章 数字系统设计实例
② 系统组成及基本原理。定时电路原理图如图11-4 所 示，该电路由振荡器、计数器、时间显示、定时控制、定 时时间设置几个部分组成。
· 定时时间设置。时间设置电路可实现小时和分的设 置。由于采用减计数置A7、A8两计数器的数据置数 端D12~D7。因为一天只有24小时，小时的最高位只为 2， 因此A7计数器的C、D端接地。 如需要更长的定时时间， 对C、 D端置数即可。