任務(wù)3.6四路數(shù)顯搶答器的

設(shè)計(jì)仿真與裝調(diào)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路數(shù)字系統(tǒng)的組裝調(diào)試四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

項(xiàng)目3小結(jié)目錄

一

、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路數(shù)字系統(tǒng)是指由多個(gè)數(shù)字電路基本單元構(gòu)成的總體統(tǒng)合，它能夠完成更為復(fù)雜的電路功能，解決實(shí)際當(dāng)中難度更大的設(shè)計(jì)要求。數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常采取“自頂向下，層層分解”的設(shè)計(jì)思路。即從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始，逐漸向模塊設(shè)計(jì)、器件設(shè)計(jì)等物理層次推進(jìn)。通俗一點(diǎn)，設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，先依據(jù)功能分解成若干子模塊，再選用合適的器件對(duì)每個(gè)子模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將這些子模塊按照接口規(guī)則聯(lián)接起來(lái)，最終構(gòu)成滿足預(yù)定功能的整體系統(tǒng)。二、數(shù)字系統(tǒng)的組裝調(diào)試

1.數(shù)字系統(tǒng)組裝調(diào)試的一般步驟先分塊組裝調(diào)試，最后再進(jìn)行整體統(tǒng)調(diào)。分塊裝調(diào)是按照各子模塊的功能，對(duì)每個(gè)子模塊分別進(jìn)行組裝和調(diào)試。

優(yōu)點(diǎn)在于問(wèn)題出現(xiàn)的范圍小，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易于解決。各模塊調(diào)試時(shí)應(yīng)該包括靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩部分。靜態(tài)調(diào)試是指在沒(méi)有外加輸入信號(hào)的條件下，測(cè)試輸入端和輸出端的高低電平和邏輯關(guān)系

等。動(dòng)態(tài)調(diào)試是指外加輸入信號(hào)后，調(diào)試信號(hào)的幅值、波形和時(shí)序邏輯關(guān)

系

等

。二、數(shù)字系統(tǒng)的組裝調(diào)試

2.常用儀器儀表(1)

萬(wàn)用表(2)

信號(hào)發(fā)生器(3)

示波器(4)

直流穩(wěn)壓電源二、數(shù)字系統(tǒng)的組裝調(diào)試3.數(shù)字系統(tǒng)調(diào)試的基本流程調(diào)試準(zhǔn)備

通電觀察

靜態(tài)測(cè)試

動(dòng)態(tài)測(cè)試

指標(biāo)測(cè)試二、數(shù)字系統(tǒng)的組裝調(diào)試

4.數(shù)字系統(tǒng)調(diào)試中的注意事項(xiàng)(1)采用分塊調(diào)試方法時(shí)，對(duì)于非信號(hào)流方向上的電路模塊應(yīng)首

先單獨(dú)測(cè)試，這些模塊包括：作為時(shí)鐘信號(hào)的振蕩電路模塊、作為電路

電源的直流穩(wěn)壓電路模塊等。之后再按信號(hào)流向順序進(jìn)行分塊調(diào)試。(2)調(diào)試前，應(yīng)熟悉所使用儀器的使用方法，調(diào)試時(shí)應(yīng)注意儀器

的地線與被測(cè)試電路的地線是否接好，以避免由于儀器使用不當(dāng)而測(cè)出

錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或作出錯(cuò)誤的判斷。二、數(shù)字系統(tǒng)的組裝調(diào)試

4.數(shù)字系統(tǒng)調(diào)試中的注意事項(xiàng)(3)調(diào)試過(guò)程中，無(wú)論是更換元器件，還是更換連線，必須首先關(guān)閉電源。(4)調(diào)試過(guò)程中，不僅要認(rèn)真細(xì)致地觀察，更要勤于做記錄。調(diào)試過(guò)程記

錄是十分重要的技術(shù)文件之一，它是調(diào)試過(guò)程科學(xué)分析的依據(jù)，又是電路技術(shù)

性能的科學(xué)證據(jù)。初學(xué)者往往只注重最后的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試記錄，而不注意對(duì)調(diào)

試過(guò)程中出現(xiàn)的非正?，F(xiàn)象進(jìn)行記錄，這是十分錯(cuò)誤的，

一定要改正過(guò)來(lái)。非正常現(xiàn)象的記錄內(nèi)容包括：故障現(xiàn)象，故障原因分析，解決措施和措施效果等。三、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

功能需求分析設(shè)計(jì)對(duì)象名稱：四路數(shù)顯搶答器設(shè)計(jì)功能要求：在某搶答類競(jìng)賽中，有四位選手，編號(hào)為1-4,每人控制一個(gè)搶答按鍵。共有一個(gè)數(shù)碼管，用于顯示當(dāng)前搶答選手編

號(hào)。無(wú)人搶答時(shí)，數(shù)碼管始終保持熄滅。搶答開始后，如果某選手搶

先按下?lián)尨疰I，則數(shù)碼管顯示該選手號(hào)碼，其他選手再按搶答鍵無(wú)效。三、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)分解按照自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，分析四路數(shù)顯搶答器的功能需求，將系統(tǒng)分解為：按鍵輸入模塊、互鎖模塊、編碼模塊、譯碼數(shù)顯模塊

四個(gè)子模塊。編

碼

模

塊互

鎖

模

塊四路數(shù)顯搶答器系統(tǒng)分解框圖譯

碼

數(shù)

顯

模

塊按

鍵

輸

入

模

塊三、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)分解◆按鍵輸入模塊的功能是接收來(lái)自四位搶答選手的搶答信號(hào)；◆互鎖模塊的作用是接收輸入按鍵模塊送來(lái)的按鍵信號(hào)，并鎖定最快

按下?lián)尨疰I的選手，保證其他選手的按鍵動(dòng)作無(wú)效；◆編碼模塊的功能是將互鎖模塊送來(lái)的搶答選手的十進(jìn)制編號(hào)編碼成

為BCD

碼，以供后序模塊識(shí)別；◆譯碼數(shù)顯模塊的作用是將搶答選手號(hào)碼以十進(jìn)制數(shù)的形式譯碼并顯

示在數(shù)碼管上。三、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

2.按鍵輸入子模塊設(shè)計(jì)按鍵輸入子模塊后的互鎖模塊采用與非門IC實(shí)現(xiàn)，采用通過(guò)下拉電阻接地的接法，未按下時(shí)，按鍵輸入模塊對(duì)外輸出低電平0,按下按

鍵時(shí)對(duì)外輸出高電平1。三

、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

3.互鎖子模塊設(shè)計(jì)可以采用觸發(fā)器或寄存器IC配合門IC進(jìn)行鎖定。以1號(hào)選手搶答成功為例討論與非門互鎖的實(shí)現(xiàn)，搶答開始前，所有選

手未按下按鍵，4個(gè)與非門輸出狀態(tài)全部為“1”。搶答開始后，假設(shè)1號(hào)選

手最先搶答，則輸入從“有0”變?yōu)椤叭?”,狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為“0”。這個(gè)低電平被送往其他3個(gè)與非門，將它們的輸出狀態(tài)全部鎖定為“1”,此時(shí)即使

再有選手按下按鍵，其他3個(gè)與非門狀態(tài)也不會(huì)改變，最終1號(hào)選手對(duì)應(yīng)的

U1A門向編碼模塊輸出“0”,其他3個(gè)與非門向編碼模塊輸出“1”。三

、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

3.互鎖子模塊設(shè)計(jì)送往編碼模塊的4個(gè)輸出信號(hào)，其中只有一個(gè)有效鎖定信號(hào)寸1號(hào)選手按鍵信號(hào)2號(hào)選手按鍵信號(hào)3號(hào)選手按鍵信號(hào)4號(hào)選手按鍵信號(hào)U1:B74LS20U1:A74LS20U2:A74LS20U2:B

74L$20三

、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

4.編碼子模塊設(shè)計(jì)編碼子模塊的功能是完成1-4四位選手的十進(jìn)制編號(hào)向二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。在此選用74LS148作為編碼IC,它的輸入是低電平有

效，與互鎖模塊輸出信號(hào)匹配。但下一個(gè)模塊是譯碼數(shù)顯模塊，

74LS148輸出同樣是低電平有效，而常用的顯示譯碼器IC輸入一

般都是高電平有效，需要另外采用非門解決這個(gè)問(wèn)題。三

、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

5.譯碼數(shù)顯子模塊設(shè)計(jì)譯碼數(shù)顯子模塊需要顯示譯碼器IC

、相適配的數(shù)碼管和限流電阻。分別選用CD4511、紅色共陰數(shù)碼管與220Ω電阻。三、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

6.繪制系統(tǒng)邏輯圖將上述四個(gè)子模塊分別畫出，然后按照接口規(guī)則聯(lián)接，就構(gòu)成了系統(tǒng)的整體邏輯圖。三

、四路數(shù)顯搶答器的仿真設(shè)計(jì)

Proteus中繪制系統(tǒng)邏輯圖2號(hào)選手3號(hào)選手

，R34號(hào)選手，R01號(hào)選手U4A74L20U3.A7a74LS0474LS?4U4B74520U5A74520U5B74L5208888888U1A0A1A274S148RN1U2具

BCa組合邏輯電路的定義及特點(diǎn)：在任一時(shí)刻，電路的輸出狀態(tài)只取決于當(dāng)時(shí)輸入各狀態(tài)的組合，與電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。組合邏輯電路的分析是指已知組合電路邏輯圖，分析得出電路功能。具體步驟如下，由所給定的邏輯圖寫出邏輯表達(dá)式；用邏輯代數(shù)法或卡諾圖法化簡(jiǎn)，求出最

簡(jiǎn)函數(shù)式；列出真值表；在真值表中總結(jié)歸納，寫出輸出與輸入的邏輯功能說(shuō)明。項(xiàng)目3小結(jié)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)是指根據(jù)功能需求，設(shè)計(jì)出組合電路(邏輯圖)滿足功能。具體步驟是：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題所要求的邏輯功能，首先確定組合邏輯電路的輸入變

量和輸出變量，并對(duì)它們進(jìn)行邏輯狀態(tài)賦值，確定邏輯1和邏輯0所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)；

然后準(zhǔn)確列寫真值表；根據(jù)真值表寫出邏輯表達(dá)式，并用卡諾圖法或邏輯代數(shù)法

進(jìn)行化簡(jiǎn)，求出最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式；按照最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式，畫出相應(yīng)的邏輯圖。項(xiàng)目3小結(jié)加法器、數(shù)值比較器、編碼器、譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器等是常用的典型組合邏輯單元，它們?cè)趯?shí)際中的集成芯片都屬于中規(guī)模集成電路MSI,重點(diǎn)掌握它們的外

部邏輯功能及基本應(yīng)用。在加法器的內(nèi)容中，學(xué)習(xí)了加法器的功能以及半加和全加的概念，以及常用集成加法器芯片74LS238的外部功能和應(yīng)用。在數(shù)值比較器的內(nèi)容中，學(xué)習(xí)了數(shù)值比較器的功能以及四位集成比較器74LS85的功能及應(yīng)用。項(xiàng)目3小結(jié)在編碼器的內(nèi)容中，學(xué)習(xí)了編碼器的作用和常用的優(yōu)先編碼器74LS148的

功

能及應(yīng)用。在譯碼器的內(nèi)容中，學(xué)習(xí)了三種不同類型譯碼器——變量譯碼器、二-十進(jìn)制

譯碼器和顯示譯碼器，以及常用的集成譯碼器74LS138

、74LS48的外部功能及應(yīng)用。在數(shù)據(jù)選擇器的內(nèi)容中，