電工電子實驗二4(小型數字系統(tǒng)設計)

TEL:025－85866145小型數字系統(tǒng)設計實驗名稱預習要求：

1、復習《數字電路與系統(tǒng)設計》第十二章：數字系統(tǒng)設計基礎。

2、根據題意劃分控制器和處理器。

3、畫出控制器的ASM圖，并寫出激勵函數表達式。

4、寫出處理器表達式

5.畫出總體電路圖。

目錄實驗目的12實驗儀器3實驗任務4參數測量5設計提示6注意事項7實驗報告1學習和掌握將實踐中的要求抽象為邏輯需求關系的方法。23掌握依據ASM圖設計小型數字系統(tǒng)的方法實驗目的掌握將小型數字系統(tǒng)劃分為控制器和受控器的方法4掌握小型數字系統(tǒng)的調測方法5掌握可編程器件及其開發(fā)軟件的使用方法實驗儀器小型數字系統(tǒng)設計直流穩(wěn)壓電源函數信號發(fā)生器示波器

DGDZ-2型電工電子綜合實驗箱

裝有Foundation3.1的PC機實驗儀器實驗室所用直流電壓源為雙通道直流穩(wěn)壓電源。電壓顯示值僅為參考,實際輸出以萬用表測量為準

應避免電壓源短路!直流穩(wěn)壓電源實驗儀器使用時注意共地。產生TTL時鐘信號要從TTL/CMOS輸出端子輸出注意要產生的信號波形!函數信號發(fā)生器測量時保持示波器兩個通道共地。本示波器無法測量10mV級的小信號波形。實驗儀器示波器DGDZ-2型電工電子綜合實驗箱在CPLD95108使用過程中注意事項:

1、芯片型號千萬不能錯：XC9500系列XC95108PC84.

2、下載時最好不要連接除電源以外其他導線，包括其他芯片的電源。否則一旦電路鏈接有錯誤，會導致無法下載成功。

3、關于電源：因為CPLD芯片所需電流較大。所以：A：直流穩(wěn)壓電源的限流開關請調整到最大電流。B：加到實驗箱的電源電壓不能小于12V，但是不要超過15V。否則會提示下載不成功，芯片電壓不滿足要求。

4、下載芯片時如不能成功，請先選擇擦除（Eraser），然后再編程（Program）下載。

5.如果操作有錯誤，也可能導致無法下載成功。遇到此類情況，可以用實驗箱測試電路直接下載測試。實驗任務（教材P219T1）可編程器件及其開發(fā)軟件的應用技術指標要求:電路結構設計要求設計條件一、小型數字系統(tǒng)學習要點1.透徹理解數字系統(tǒng)的含義按一定方式聯(lián)系起來的一群事物所構成的總體，稱為系統(tǒng)。能夠對數字信息進行傳遞，加工，處理的電子設備，稱為數字系統(tǒng)。系統(tǒng)與部件的區(qū)別：凡是包含控制器又能按程序進行操作的系統(tǒng)，不論其規(guī)模大小，均稱為數字系統(tǒng)。沒有控制器，且又不能按程序進行操作的電路，不管其規(guī)模大?。ㄈ纾捍笕萘看鎯ζ鳎?，均不能稱為系統(tǒng)，只能算一個部件。實驗原理同步時序電路由控制電路和受控電路（數據處理器）組成控制電路有統(tǒng)一的模型,設計方法規(guī)范受控電路（數據處理器）因處理數據形式繁多,沒有統(tǒng)一模型,通常采用列明細表的方式來進行設計2.數據處理器的構成：（1）組合網絡、寄存器組和控制網絡數據處理器模型（2）明細表（操作表和狀態(tài)變量表）數據處理器的描述采用明細表來描述它的具體操作過程,也就是把一個時鐘期間能同時實現(xiàn)的操作歸并在一起,作為一個操作步驟,再用助記符號表示控制信號。3.控制器的構成1）模型它以狀態(tài)轉移表為設計依據。常用的設計方法有:用每態(tài)一位觸發(fā)器的方法；用數據選擇器、時序寄存器、譯碼器的方法。（2）透徹理解控制電路模型的結構與電路的對應關系狀態(tài)寄存器——同步時序電路用狀態(tài)寄存器的狀態(tài)值記錄當前系統(tǒng)運行的進程,由同步時序電路構成,設計工作為狀態(tài)分配次態(tài)激勵電路——組合電路以當前的進程狀態(tài)和輸入信號作為轉換為下一個進程的判斷條件（次態(tài)激勵條件）,由組合電路構成輸出電路——組合電路以當前的進程狀態(tài)和某些輸入信號為條件,譯碼后輸出控制信號,由組合電路構成4.ASM圖的建立原則1:在算法的起始點安排一個狀態(tài)；原則2:必須用狀態(tài)來分開不能同時實現(xiàn)的寄存器傳輸操作；原則3:判斷如果受寄存器操作的影響，應在它們之間安排一個狀態(tài)。從算法流程圖→ASM圖5.透徹理解ASM圖與電路的對應關系

狀態(tài)之間的轉換在一個周期內完成狀態(tài)1寄存器ASM狀態(tài)轉換示意圖狀態(tài)1X=1?R=1?狀態(tài)2NYYNDS2狀態(tài)2寄存器&S1XRCPQ2CLKDS1Q1CLK次態(tài)激勵電路對應電路圖兩個狀態(tài)框之間的判斷框反映次態(tài)激勵條件,激勵條件由組合電路組成,當前狀態(tài)值是次態(tài)組合電路必須的一個輸入信號狀態(tài)轉移判斷電路——次態(tài)激勵電路示意圖狀態(tài)1X=1?R=1?狀態(tài)2NYYNDS2狀態(tài)2寄存器&S1XRCPQCLK兩個判斷框之間沒有判斷框時,則當前的狀態(tài)值是次態(tài)激勵的惟一條件狀態(tài)1寄存器ASM無條件狀態(tài)轉換示意圖狀態(tài)1狀態(tài)2DS2狀態(tài)2寄存器S1CPQ2CLKDS1Q1CLK次態(tài)激勵電路對應電路圖某一狀態(tài)下輸出信號的處理無條件輸出指一旦進入某狀態(tài)，輸出信號即產生，狀態(tài)值S可以直接作為輸出信號使用條件輸出框指在某狀態(tài)下同時滿足某一條件后才有輸出，輸出的必要條件有兩個:一個是當前狀態(tài)值，一個是某一條件狀態(tài)1X·W=1?狀態(tài)2輸出:T=1NYNDS2狀態(tài)2寄存器&S1RCPQCLKH=1R=1?YDS1狀態(tài)1寄存器&…S1RCPQCLKH&XWT（無條件輸出T）輸出信號示意圖（條件輸出H）二、小型數字系統(tǒng)設計要點1、將實踐中的需求抽象為邏輯需求關系這是系統(tǒng)設計中最難的一環(huán)，目前沒有規(guī)范的方法，只能靠反復修改來達到要求2.將總體的邏輯需求劃分為控制邏輯和數據處理邏輯兩大部分兩類電路的劃分結果不是唯一的，應以控制電路盡量簡單為劃分前提劃分結果不同邏輯流程圖和ASM圖不同3、根據總的邏輯需求明確控制電路和數據處理電路相互之間的信號及關系分析控制器有哪些輸入和輸出信號分析數據處理器有哪些輸入和輸出信號分析所有信號的因果關系和處理流程做出邏輯流程圖4.將邏輯流程圖轉換為ASM圖5.根據ASM圖設計控制器電路選擇狀態(tài)寄存電路形式建議用一態(tài)一D觸發(fā)器的設計方案為狀態(tài)寄存器分配進程狀態(tài)根據ASM圖中各個狀態(tài)框之間的判斷條件，設計次態(tài)激勵電路根據ASM圖的輸出信號和條件輸出信號設計輸出電路6.設計數據處理器電路根據控制器所需的輸入信號設計數據處理電路根據控制器輸出信號對數據處理的控制關系設計數據處理器電路設計提示小型數字系統(tǒng)設計方案一方案二方案一:Idle:空閑、等待Z:左轉信號燈（可以用74194等實現(xiàn)100->110->111->000）Y:右轉信號燈（可以用74194等實現(xiàn)）報警:報警信號（可以用秒信號分頻實現(xiàn)1秒閃爍）JG:告警信號L:左轉信號R:右轉信號注:系統(tǒng)工作頻率較高—1000Hz，信號燈閃爍頻率較低－－1Hz方案二:Idle:空閑、等待JG:告警信號L:左轉信號R:右轉信號Z:左轉信號燈Y:右轉信號燈ASM圖:010001011000100101111110汽車尾燈的狀態(tài)轉移表:電路圖省略參數測量小型