数字系统设计实例

fun值为0的仿真波形
fun值为1，k3值为0的仿真波形
循环检测报警模式
四、数字频率计设计
1.设计要求
采用测频法设计一个8位十进制数字显示的数 字频率计，测量范围是1~49999999Hz，被测试 的频率可由基准频率分频得到。
2.设计原理
（1）在确定的闸门时间Tw内，记录被测信号的变 换周期或脉冲个数Nx，则被测信号的频率为 Fx=Nx/Tw，通常闸门时间Tw为1秒。
3.5V IN2 28 IN1 27 4V IN0 26 4.5V A0 25 A1 24 A2 23 ALE 22 D7 21 D6 20 D5 19 D4 18 D0 17 REF(-) 16 D2 15
+5V
数据输入单元
ADC0809
数据采集系统总体框图
Vcc D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 13 14 15 4 5 6 7 12 20 19 8 9
三、数据采集系统设计
1.设计要求：
（1）循环检测报警：通过模数转换器ADC0809对8路 通道的数值进行循环检测，当检测到有任何一路的值 大于预设值时就报警，并显示出所超出规定值的通道 数。如无任何通道的输出值超出预设值时，就进行通 道0~通道7 的循环检测。 （2）数据采集处理：通过切换键将控制单元的功能 转换到数据处理功能，实现对采样信号放大2倍、缩 小到1/2和保持采样信号不变这三种基本功能。在数 据处理完后，将数据输出给DAC0832，再将数字信号 转换成模拟量输出。
数字系统设计实例
一、8位数码扫描显示设计
1.设计要求 采用动态扫描原理，在8个数码管上显示数据 “124579DF”。 2.设计原理 数码扫描显示电路是数字系统设计中较常用的 电路，通常作为数码显示模块。
图中，每个数码管的8个段a、b、c、d、e、f、g、h（小数 点）分别连在一起,8个数码管分别分别由8个选通信号K1、K2、 K3、K4、K5、K6、K7、K8来选择。被选通的数码管显示数 据，其余关闭。如果要在8个数码管显示显示希望的数据，就 必须使得8个选通信号分别单独选通。同时，在段信号输入端 口加入希望在该对应数码管上显示的数据。随着选通信号的循 环变化，就实现了扫描显示的目的。
D7 13 D6 14
+5V
+5V 10KΩ 50KΩ +15V
D5
15
DAC0832
20 19 8 9
ADC0809
D4 16 D3 4 D2 D1 D0 5 6 7
2CK13 11 12 2 3 1
7 6 5 4 RP 15KΩ -15V V0
CP +5V
1 2 3 10 17 18
fun值为3的仿真波形
当进行列扫描时，扫描 信号由列引脚进入键盘，以 “1000”、“0100”、“0010”、 “0001”的顺序每次扫描不同 的列，然后读取行引脚的电平 信号就可以判断是哪个按键被 按下。
例如，扫描信号位“0100”，表示正在扫描“89AB”一列， 如果该列没有按键被按下，则由行信号读出的值为“0000”； 反之，如果按键“9”被按下，则由行信号读出的值为“0100”。
2.设计原理：
模拟输入 模拟输出
A/D转换
控制核心
D/A转换
显示
数据采集系统示意图
3V 2.5V 2V
CP +5V
1 IN3 2 IN4 3 IN5 1.5V 4 IN6 1V 5 IN7 6 START 7 EOC 8 D3 9 OE 10 CLOCK 11 Vcc 12 REF(+) 13 EDN 14 D1
闸门信号
Tw
被测信号
Nx
（2）系统组成原理如图，输入信号为20MHz的基准 时钟和1Hz~40MHz的被测时钟，闸门时间模块的 作用是对基准时钟进行分频，得到一个1s的闸门信 号，用它作为8位十进制计数器的计数标志，8位数 码管显示被测信号的频率。
基准时钟 闸门时间
ห้องสมุดไป่ตู้被测时钟
8位十进制 计数器
数据处理 与显示
二、4×4键盘扫描电路设计
1.设计要求 在时钟控制下循环扫描键盘，根据列扫描信号 和对应键盘响应信号确定键盘按键位置，并将按键 值显示在数码管上。
2.设计原理 在数字系统设计中，4×4矩阵键盘是一种常见的 输入装置，通常作为系统的输入模块。对于键盘上 每个键的识别一般采取扫描的方法实现，下面介绍 一种用列信号进行扫描的基本原理和流程。
+5V 10KΩ 50KΩ +15V
DAC0832
16
2CK13 11 2 3 1
7 6 5 4 RP 15KΩ -15V V0
1 2 3 10 17 18
数据输出单元
Vcc
3V 1 IN3 2.5V 2 IN4 2V 3 IN5 1.5V 4 IN6 1V 5 IN7 6 START 7 EOC 8 D3 9 OE 10 CLOCK 11 Vcc 12 REF(+) 13 EDN 14 D1 3.5V IN2 28 IN1 27 4V IN0 26 4.5V A0 25 A1 24 A2 23 ALE 22 D7 21 D6 20 D5 19 D4 18 D0 17 REF(-) 16 D2 15
基准时钟
控制按键
置数按键
计 数 器
动态 显示 译码
显 示
3.需要解决的问题 （1）分频得到需要的信号 （2）四种工作状态（计时、调整小时数、调整分钟 数、调整秒钟数）转换情况及条件 （3）每种状态的具体工作情况 （4）实现暂停、清零的情况 （5）进行时间设定时，数码管闪烁 （6）秒、分、时的数字转换为BCD码 （7）数码管动态扫描（计数器、动态扫描信号） （8）闪烁显示 （9）七段译码显示驱动
数码管显 示模块
五、数字钟设计
1.设计要求
设计一个数字时钟，要求数码管分别显示时、 分、秒的计数，同时可以进行时间设置，并且设置 的时间显示要求闪烁。
2.设计原理 计数器在正常工作下是对1Hz频率计数，在调整时 间状态下是对整数的时间模块进行计数。控制按键用 来选择是正常计数还是调整时间，并决定调整时、分、 秒。如果对小时进行调整，显示时间的LED数码管将 闪烁，当置数按键被按下时，相应的小时显示要加1。 时间显示的LED数码管均用动态扫描显示来实现。