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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）由由多多片片不不同同类类型型的的芯芯片片组组成成的的数数字字系系统统称称为为系系统统综综合合二、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）多片不同
2、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）由由组组合合逻逻辑辑芯芯片片控控制制时时序序逻逻辑辑芯芯片片所所构构成成的的数数字字系系统统称称为为组合时序组合时序型；型；4 4）由由时时序序逻逻辑辑芯芯片片控控制制组组合合逻逻辑辑芯芯片片所所构构成成的的数数字字系系统统称称为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 随随着着数数字字系系统统所所处处理理的的数数据据位位数数的的增增加加, , 需需要对功能芯片进行扩展。要对功能芯片进行扩展。一、
3、中规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、试试用用两两片片3 3线线-8-8线线译译码码器器74LS13874LS138组组成成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)I01I2II
4、3I4I56I7IY21Y0YYEXYSS74148(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74
5、151组成组成 “16选选1”数据选择器数据选择器D01D2D3D4D5D6D7DS0A1A2AYY74151(2)0D1DD2D34D5D6D7DS0A1AA2YY74151(1)YY11D12435DD2A3D0DDD13DD2D DDD1411819101DDA615DA A70& 例例：试试用用两两片片3 3线线-8-8线线译译码码器器74LS13874LS138组组成成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、
6、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）3 3、试试用用两两片片同同步步十十进进制制计计数数器器7416074160接接成成二二十十九九进进制计数器。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、试试用用两两片片同同步步十十进进制制计计数数器器74LS16074LS160接接成成二二十十九
7、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、如如果果要要构构成成一一个个M进进制制计计数数器器，当当MN且且M为为合合数数时时，可可将将M分分解解为为N1 1与与N2 2之之积积，即即将将两两个个计计数数器器分分别别接接成成N1 1进进制制计计数数器器和和N2 2进进制制计计数数器器， 然然后后以以并并行行进进位位方方式式或或串串行行进进位位方方式将它们连接起来。式将它们连接起来。 当当M不不为为合合数数时时，可可采采用用整整体体清清零零方方式式或或整整体体置置数数方方式式。M=79=63,即为即为63进制计数器进制计数器八十三进
8、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)CP0CP102)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
9、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) 列列出出各各功功能能模模块块的的逻逻辑辑功功能能; ; 不不必必从从模模块块内内部部电电路分析路分析, , 把各模块看成黑箱处理把各模块看成黑箱处理; ; (2) (2) 根根据据给给出出的的电电路路图图理理清清各各模模块块之之间间的的连连接接关关系系或或控制关系控制关系; ; (3) (3) 根根据据给给定定条条件件分分析析各各模模块块的的工工作作状状态态以以及及整整个个系系统的工作状态统的工作状态; ; (4) (4) 列列出出整整个个系系统统的的功功能能表表或或状
10、状态态转转换换图图或或者者画画出出其其时序图时序图; ; (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）两两片片4 4位位加加法法器器7428374283和和4 4片片移移位位寄寄存存器器74LS19474LS194组组成成硬硬件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
11、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线线优优先先编编码码器器74LS14874LS148和和同同步步四四位位二二进进制制计计数数器器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7.9（P241） 电路为十进制电路为十进制BCD码加法器码加法器例：例：7.10（1 1）（2）原理：两
12、片74LS283构成8位并行加法器； 其中1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7.11例例7.12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 1
13、Y=D5=06 1 1 0Y=D6=07 1 1 1Y=D7=0原理：YCP1 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7.13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：C
14、P2Q3(D3) Q2(D2) Q1(D1) Q0(D0)74LS160Y0 0 0 0 1九进制10/9KHZ10 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 KHZ例：例： 试用计数器试用计数器74161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。解解：由由于于序序列列长长度度P=8，故故将将74161构构成成模模8计计数数器器，并并选选用用数数据据选
15、择器选择器74151产生所需序列。产生所需序列。例：组成脉冲分配器例：组成脉冲分配器74161DD32DDLQQRDQ01301CPCP1ET2EPD1Q1000Y23A2Y1S1YA474138YYSSY0Y315YA7612Y60Y235YY14YYY7Y7.4 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 是是用用来来对对数数字字信信号号进进行行采采集集、加加工工、传传输输、运运算算、处处理理和和输输出出的的, , 因因此此一一个个完完整整的的数数字字系系统统往往往往包包括括输输入入模模块块、功功能能子子模模块块、控控制制模模块块、输输出出模模块块和和时时基基模模块块等等
16、5 5个个部部分分, ,各各部部分分具具有有相相对对的的独独立立性性, ,在在控控制制模模块块的的协协调调和和指指挥挥下下完完成成各各自自的的功功能能。因因此此可可用用模模块块化化设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 (1)(1)逻逻辑辑抽抽象象, ,确确定定输输入入、输输出出逻逻辑辑变变量量和和电电路路状状态数态数(2)(2)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)根根据据各各功功能能模模块块的的要
17、要求求选选用用SSISSI、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、举例试试设设计计一一个个八八层层电电梯梯楼楼层层显显示示控控制制器器, , 要要求求如如下下: : (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) 能能响响应应电电梯梯楼楼层层按按钮钮的的呼呼唤唤, , 控控制制电电梯梯的的上上、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
18、器的模块图电梯楼层显示控制器的模块图1.1.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2.2.试用两片试用两片CC14585CC14585组成一个组成一个8 8位数值比较器位数值比较器3.3.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4.4.试试用用两两片片4 4位位加加法法器器7428374283和和4 4片片移移位位寄寄存存器器74LS19474LS194组组成硬件算法电路成硬件算法电路5.5.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6.6.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7.7.试试用用8 8线线-3-3线线优优先先编编码码器器74LS14874LS148和和同同步步四四位位二二进进制制计计数器数器74LS16174LS161组成的可控分频器组成的可控分频器8.8.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 数字系统的综数字系统的综合合
