数字系统分析PPT课件

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1、第七章第七章 数字系统的分析与设计数字系统的分析与设计 7.1 概述概述7.2 数字系统的扩展数字系统的扩展 7.3 数字系统的分析数字系统的分析 7.4 数字系统的设计数字系统的设计 7.1 概述概述一、由它们一、由它们组成方式组成方式的不同可把数字系统分为两大类的不同可把数字系统分为两大类1 1）由多片同一类型芯片组成的数字系统称为）由多片同一类型芯片组成的数字系统称为功能扩展功能扩展2 2）由多片不同类型的芯片组成的数字系统称为）由多片不同类型的芯片组成的数字系统称为系统综合系统综合二、综合型数字系统分为四类二、综合型数字系统分为四类1 1）多片不同组合逻辑芯片构成的数字系统称为）多片不

2、同组合逻辑芯片构成的数字系统称为组合复合组合复合型；型；2 2）由多片不同时序逻辑芯片构成的数字系统称为）由多片不同时序逻辑芯片构成的数字系统称为时序复合时序复合型型;3 3）由组合逻辑芯片控制时序逻辑芯片所构成的数字系统称为）由组合逻辑芯片控制时序逻辑芯片所构成的数字系统称为组合时序组合时序型；型；4 4）由时序逻辑芯片控制组合逻辑芯片所构成的数字系统称为）由时序逻辑芯片控制组合逻辑芯片所构成的数字系统称为时序组合时序组合型。型。7.2 数字系统的扩展数字系统的扩展 随着数字系统所处理的数据位数的增加随着数字系统所处理的数据位数的增加,需需要对功能芯片进行扩展。要对功能芯片进行扩展。一、中规

3、模集成组合逻辑电路的功能扩展一、中规模集成组合逻辑电路的功能扩展1 1、用两片、用两片74LS14874LS148接成接成1616线线-4-4线优先编码器线优先编码器2 2、试用两片、试用两片7415174151组成组成“1616选选1”1”数据选择器数据选择器3 3、试用两片、试用两片3 3线线-8-8线译码器线译码器74LS13874LS138组成组成4 4线线-16-16线线译码器译码器例：试用两片例：试用两片8线线-3线优先编码器线优先编码器74LS148组成组成16线线-4线线优先编码器优先编码器0I1I2I3I4I5I6I7IY2Y1Y0YEXYSS74148(2)I01I2II3

4、I4I56I7IY21Y0YYEXYSS74148(1)1X2XX560X7XX3XX4X14915X813XX10XX1112XXYEXZ0Z1Z2Z30&1高位片高位片低位片低位片原理:当高位片（2）有编码输入，则YS=1,低位片（1）S1，使其无编码输出，同时，2片YEX=0,Z=1；例如：X12=0,1#输出为111，2输出为011，可分析：Z3=1,Z2Z1Z0=100；当高位片（2）无编码输入，则YS=0，低位片（1）S0，使其能接受编码输入；例如：X5=0且高位片无编码输入，则2输出为111，2输出为010，可分析：Z3=0,Z2Z1Z0=101。例：用两片例：用两片74151组

5、成组成“16选选1”数据选择器数据选择器D01D2D3D4D5D6D7DS0A1A2AYY74151(2)0D1DD2D34D5D6D7DS0A1AA2YY74151(1)YY11D12435DD2A3D0DDD13DD2D DDD1411819101DDA615DA A70&)()(70126012501240123012201210120012315012140121301212012110121001290128012321DAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAAYYYYYYYY2121 例：试用

6、两片例：试用两片3 3线线-8-8线译码器线译码器74LS13874LS138组成组成4 4线线-16-16线译码器线译码器二、中规模集成时序逻辑电路的功能扩展二、中规模集成时序逻辑电路的功能扩展1 1、用、用74LS19474LS194构成八位双向移位寄存器。构成八位双向移位寄存器。2 2、试用两片、试用两片74LS16174LS161接成八位二进制计数器接成八位二进制计数器方法一：串行进位方式（方法一：串行进位方式（异步异步方法）方法）2 2、试用两片、试用两片74LS16174LS161接成八位二进制计数器接成八位二进制计数器方法二：并行进位方式（方法二：并行进位方式（同步同步方法）方法

7、）3 3、试用两片同步十进制计数器、试用两片同步十进制计数器7416074160接成二十九进接成二十九进制计数器。制计数器。方法一：整体清零法方法一：整体清零法(清零信号为清零信号为2929)3 3、试用两片同步十进制计数器、试用两片同步十进制计数器74LS16074LS160接成二十九接成二十九进制计数器。进制计数器。方法二：整体置数法（置数信号为方法二：整体置数法（置数信号为2828）4 4、如果要构成一个如果要构成一个M进制计数器，当进制计数器，当MN且且M为合数为合数时，时，可将可将M分解为分解为N1 1与与N2 2之积，即将两个计数器分别接成之积，即将两个计数器分别接成N1 1进制进

8、制计数器和计数器和N2 2进制计数器，进制计数器，然后以并行进位方式或串行进位然后以并行进位方式或串行进位方式将它们连接起来。方式将它们连接起来。当当M不为合数时，可采用整体清零方式或整体置数方式。不为合数时，可采用整体清零方式或整体置数方式。M=79=63,即为即为63进制计数器进制计数器八十三进制计数器八十三进制计数器例：如用两片例：如用两片74290采用异步级联方式组成的二位采用异步级联方式组成的二位8421BCD码十进制加法计数器。码十进制加法计数器。模为模为1010=1003Q2Q1Q0Q74290(1)CP0CP1R02R01S9192)SQ0Q12QQ374290(2)CP0CP

9、102)RR0191SS92计数脉冲置数脉冲清零脉冲个位输出十位输出01Q2QQ3Q01Q2QQ3Q三、存储器容量的扩展三、存储器容量的扩展1 1、位扩展的方式、位扩展的方式10241扩展为102482 2、字扩展方式、字扩展方式 2568扩展为10248注意地址分配注意地址分配7.3 数字系统的分析数字系统的分析一、模块化分析方法一、模块化分析方法模块化分析方法的步骤如下模块化分析方法的步骤如下:(1)(1)列出各功能模块的逻辑功能列出各功能模块的逻辑功能;不必从模块内部电不必从模块内部电路分析路分析,把各模块看成黑箱处理把各模块看成黑箱处理;(2)(2)根据给出的电路图理清各模块之间的连接

10、关系或根据给出的电路图理清各模块之间的连接关系或控制关系控制关系;(3)(3)根据给定条件分析各模块的工作状态以及整个系根据给定条件分析各模块的工作状态以及整个系统的工作状态统的工作状态;(4)(4)列出整个系统的功能表或状态转换图或者画出其列出整个系统的功能表或状态转换图或者画出其时序图时序图;(5)(5)说明整个系统的逻辑功能。说明整个系统的逻辑功能。二、分析举例二、分析举例1 1、组合复合型数字系统、组合复合型数字系统由由2 2片片74LS28374LS283和和1 1片片74LS8574LS85组成组成BCDBCD码加法器码加法器2 2、时序组合型数字系统、时序组合型数字系统1 1）两

11、片）两片4 4位加法器位加法器7428374283和和4 4片移位寄存器片移位寄存器74LS19474LS194组成硬件组成硬件加法电路加法电路2 2）74LS16174LS161和和74LS13874LS138组成顺序脉冲发生器组成顺序脉冲发生器3 3）74LS16174LS161和和74LS15174LS151组成的序列信号发生器组成的序列信号发生器3 3、组合时序型数字系统、组合时序型数字系统用用8 8线线-3-3线优先编码器线优先编码器74LS14874LS148和同步四位二进制计数器和同步四位二进制计数器74LS16174LS161组成的可控分频器组成的可控分频器 4 4、时序复合型

12、数字系统、时序复合型数字系统由由74LS19474LS194和和74LS16074LS160组成跳频信号发生器组成跳频信号发生器例（例（P241）COSSSSYYYYXXXX0123012301231691012301230123且或若TSSSSZZZZSSSSCO0090012301230123TSSSSZZZZSSSSCO且且若)1789(1011101101000110001001)1156(100010110101101010110)963(100101100011 电路为十进制电路为十进制BCD码加法器码加法器例：例：（1 1）（2）原理：两片74LS283构成8位并行加法器；其中1

13、为低四位加法，2为高四位加法。四片74LS194分别构成两个8位右移移位寄存器；根据给定输入信号可分析：当S1S0=11，将M与N装载入寄存器；当S1S0=01，使寄存器产生右移，CP1的三个上升沿使M右移三位（t2、t3、t4），即M23=M8;CP2的一个上升沿使N右移一位(t2)，即N21=N2;Y=M8+N2例例例例原理：CPQ2(A2)Q1(A1)Q0(A0)Y0 0 0 0Y=D0=11 0 0 1Y=D1=12 0 1 0Y=D2=13 0 1 1 Y=D3=04 1 0 0Y=D4=15 1 0 1Y=D5=06 1 1 0Y=D6=07 1 1 1Y=D7=0原理：YCP1

14、1 1 0 1 0 0 0 电路为脉冲序列信号发生器电路为脉冲序列信号发生器例例原理：若I7=0，则Y2Y1Y0=000，YEX=0，使D3D2D1D0=0000,此时74LS161为十六进制计数器；若I6=0，则Y2Y1Y0=001，YEX=0，使D3D2D1D0=0001,此时74LS161为十五进制计数器；同理，74LS161可分别控制为十四、十三、十二、十一、十、九等进制计数器已知：74LS194的初始状态为0001，fcp1=10KHZ，fcp2=10HZ试分析输出Y波形的频率成份。原理：CP2Q3(D3)Q2(D2)Q1(D1)Q0(D0)74LS160Y0 0 0 0 1九进制1

15、0/9KHZ10 0 1 0八进制10/8KHZ20 1 0 0六进制10/6KHZ31 0 0 0二进制10/2KHZ40 0 0 1九进制10/9KHZ电路为跳频信号发生器电路为跳频信号发生器CP2Y100ms10/9 KHZ10/8 KHZ10/6 KHZ10/2 KHZ7.4 7.4 数字系统的设计数字系统的设计一、数字系统一、数字系统 是用来对数字信号进行采集、加工、传输、运算、是用来对数字信号进行采集、加工、传输、运算、处理和输出的处理和输出的,因此一个完整的数字系统往往包括输因此一个完整的数字系统往往包括输入模块、功能子模块、控制模块、输出模块和时基模入模块、功能子模块、控制模块

16、、输出模块和时基模块等块等5 5个部分个部分,各部分具有相对的独立性各部分具有相对的独立性,在控制模块在控制模块的协调和指挥下完成各自的功能。因此可用模块化设的协调和指挥下完成各自的功能。因此可用模块化设计方法来设计数字系统。计方法来设计数字系统。数字系统的组成数字系统的组成二、模块化设计方法的步骤二、模块化设计方法的步骤 逻辑抽象逻辑抽象,确定输入、输出逻辑变量和电路状确定输入、输出逻辑变量和电路状态数态数 确定系统的时钟信号确定系统的时钟信号;(3)(3)根据系统的设计要求根据系统的设计要求,划分系统的模块划分系统的模块;(4)(4)根据各功能模块的要求选用根据各功能模块的要求选用SSIS

17、SI、MSIMSI、LSILSI实现实现;(5)(5)画出数字系统电路图。画出数字系统电路图。三、举例三、举例试设计一个八层电梯楼层显示控制器试设计一个八层电梯楼层显示控制器,要求如下要求如下:(1)(1)能显示电梯行进楼层的位置能显示电梯行进楼层的位置;(2)(2)能响应电梯楼层按钮的呼唤能响应电梯楼层按钮的呼唤,控制电梯的上、控制电梯的上、下行下行;(3)(3)电梯在行进时不响应呼梯电梯在行进时不响应呼梯;开门允开门允许呼梯许呼梯等待等待呼梯呼梯关门禁关门禁止呼梯止呼梯呼梯呼梯自动行进自动行进（2S）电梯楼层显示控制器的模块图电梯楼层显示控制器的模块图例：试用计数器例：试用计数器74161

18、和数据选择器设计一个和数据选择器设计一个01100011序列发器。序列发器。解：由于序列长度解：由于序列长度P=8，故将，故将74161构成模构成模8计数器，计数器，并选用数据选择器并选用数据选择器74151产生所需序列。产生所需序列。CPQ0Q1Q20Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y例：组成脉冲分配器例：组成脉冲分配器74161DD32DDLQQRDQ01301CPCP1ET2EPD1Q1000Y23A2Y1S1YA474138YYSSY0Y315YA7612Y60Y235YY14YYY7Y试用两片试用两片74LS14874LS148接成接成1616线线-4-4线优先编码器线优先编码器试用两片

19、试用两片CC14585CC14585组成一个组成一个8 8位数值比较器位数值比较器试用试用2 2片片74LS28374LS283和和1 1片片74LS8574LS85组成组成BCDBCD码加法器码加法器试用两片试用两片4 4位加法器位加法器7428374283和和4 4片移位寄存器片移位寄存器74LS19474LS194组组成硬件算法电路成硬件算法电路试用试用74LS16174LS161和和74LS13874LS138组成顺序脉冲发生器组成顺序脉冲发生器试用试用74LS16174LS161和和74LS15174LS151组成的序列信号发生器组成的序列信号发生器试用试用8 8线线-3-3线优先编码器线优先编码器74LS14874LS148和同步四位二进制计和同步四位二进制计数器数器74LS16174LS161组成的可控分频器组成的可控分频器试用试用74LS19474LS194和和74LS16074LS160组成跳频信号发生器组成跳频信号发生器习题课习题课 数字系统的综合数字系统的综合