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1、第9章数字系统设计9.1数字系统的基本概念9.2数字系统的结构与设计方法9.3数字系统的实现方法9.4数字系统设计实例一. 数字系统的基本概念 目前，数字技术已渗透到科研、生产和人们日常生活的各个领域。从计算机到家用电器，从手机到数字电话，以及绝大部分新研制的医用设备、军用设备等，无不尽可能地采用了数字技术。 数字系统是对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统。 通常，把门电路、触发器等称为逻辑器件，把由逻辑器件构成，能执行某单一功能的电路，如计数器、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件，把由逻辑功能部件组成的能实现复杂功能的数字电路称数字系统。复杂的数字系统可以分割成若干个子系统，例如计算机就
2、是一个内部结构相当复杂的数字系统。数字系统基本框图数字系统基本框图传传感感器器放放大大A/D数字数字控制控制系统系统D/A功功率率放放大大执执行行机机构构开关量输入开关量输入数字显示数字显示二. 数字系统的结构图9-1数字系统框图三. 数字系统的设计方法图9-2系统模块划分1.明确设计要求，确定系统的输入/输出在具体设计之前，详细分析设计要求、确定系统输入/输出信号是必要的。例如，要设计一个交通灯控制器，必须明确系统的输入信号有哪些(由传感器得到的车辆到来信号，时钟信号)，输出要求是什么(红、黄、绿交通灯正确显示和时间显示)，只有在明确设计要求的基础上，才能使系统设计有序地进行。四. 数字系统
3、设计的一般步骤2.确定整体设计方案对于一个具体的设计可能有多种不同的方案，确定方案时，应对不同方案的性能、成本、可靠性等方面进行综合考虑，最终确定设计方案。3.模块化设计1)各模块之间的逻辑关系明确。2)各模块内部逻辑功能集中，且易于实现。3)各模块之间的接口线尽量少。4.数字系统的设计1)选用通用集成电路芯片构成数字系统。2)应用可编程逻辑器件实现数字系统。3)设计专用集成电路(单片系统)。1. 用中、小规模集成器件实现用通用集成电路构成数字系统即采用小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)(如74系列芯片，计数器芯片等)，根据系统的设计要求，构成所需数字系统。简单的数字系统设计，
4、都可以在这个层次上进行。电子工程师设计电子系统的过程一般是先根据设计要求进行书面设计，再选择器件、搭建调试电路，最后制作样机。 这样完成的系统设计由于芯片之间的众多连接造成系统可靠性不高，也使系统体积相对较大，集成度低。当数字系统大到一定规模时，搭建调试会变得非常困难甚至不可行。五. 数字系统的实现方法(1)时间基准数字钟设计实例(2)六十进制计数译码显示电路(3)十二进制计数译码显示电路(4)校时校分图9-6整点报时电路(5)总电路2.用可编程器件实现随着数字集成技术和电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)技术的迅速发展，数字系统设计的理论和方法也
5、在相应地变化和发展着。EDA技术是从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)等技术发展而来的。它以计算机为工具，设计者只需对系统功能进行描述，就可在EDA工具的帮助下完成系统设计。(1)电路系统设计图9-8功能框图用可编程逻辑器件实现的数字钟(2)可编程逻辑器件图9-9自定义十进制计数器图9-10顶层RTL视图通过下载电缆将所设计的数字钟程序下载到硬件电路的通过下载电缆将所设计的数字钟程序下载到硬件电路的FPGA/CPLDFPGA/CPLD芯片中，然后在外部连接所需的外围电路，按键、芯片中，然后在外部连接所需的外围电路，按键、数码管、数码管、LEDLED等。等。
