《數(shù)字系統(tǒng)分析》PPT課件.ppt

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1、第15章數(shù)字系統(tǒng)分析15.1數(shù)字系統(tǒng)的組成15.2多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)15.3可編程時(shí)鐘控制電路15.4可編程彩燈控制電路15.1數(shù)字系統(tǒng)的組成數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、存儲(chǔ)電路、運(yùn)算電路、輸出電路等基本部分。1.輸入電路輸入電路的主要功能是進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、電平變換、串行-并行變換等，使外部信號(hào)源與數(shù)字系統(tǒng)內(nèi)部電路在負(fù)載能力、驅(qū)動(dòng)能力、電平、數(shù)據(jù)形式等方面相適配。同時(shí)，還提供數(shù)據(jù)鎖存、緩沖，以解決外部電路和數(shù)字系統(tǒng)內(nèi)部在數(shù)據(jù)傳輸速度上的差別。2.輸出電路除了作D/A變換外，輸出電路的其它功能與輸入電路類(lèi)

2、似。而信號(hào)的傳輸方向是從內(nèi)到外。3.控制電路控制電路是系統(tǒng)的核心，它根據(jù)輸入信號(hào)及運(yùn)算電路的運(yùn)算結(jié)果，先后發(fā)出各種指揮系統(tǒng)各部分電路工作的命令，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地工作。4.運(yùn)算電路在控制電路指揮下，運(yùn)算電路進(jìn)行各種算術(shù)及邏輯運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果送控制電路或者直接輸出。5.存儲(chǔ)電路輸入數(shù)字系統(tǒng)的各種信息，以及運(yùn)算電路在運(yùn)算中的各種中間結(jié)果，都要由存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)。在數(shù)字系統(tǒng)工作過(guò)程中，存儲(chǔ)電路的內(nèi)容不停地變化。15.2多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在生產(chǎn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，如果要對(duì)某個(gè)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，就需要不斷地對(duì)對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

3、把被監(jiān)測(cè)對(duì)象的有關(guān)物理量，例如電壓、電流、溫度等，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字設(shè)備能處理的數(shù)字量，這個(gè)過(guò)程叫作數(shù)據(jù)采集。如果被監(jiān)測(cè)和管理的有多個(gè)對(duì)象，就是多路數(shù)據(jù)采集。15.2.1查詢(xún)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這種系統(tǒng)的框圖如圖15.1所示。圖中假定被采集的對(duì)象有8路。采集數(shù)據(jù)時(shí)，被采集的模擬量有電模擬量，也有非電模擬量。非電模擬量要經(jīng)傳感器變成電模擬量。如果被采集對(duì)象本身就是數(shù)字量，就不用A/D轉(zhuǎn)換。圖15.1查詢(xún)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖每路的A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)被數(shù)據(jù)鎖存器鎖存。同時(shí)該鎖存器向狀態(tài)寄存器輸出狀態(tài)信號(hào)S來(lái)表示數(shù)據(jù)

4、是否準(zhǔn)備好。如果S=1，表示數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，若S=0就表示數(shù)據(jù)尚未準(zhǔn)備好。每路數(shù)據(jù)鎖存器的數(shù)據(jù)能否輸出，還受來(lái)自地址譯碼器選通信號(hào)OE的控制，當(dāng)某個(gè)鎖存器的OE輸入端是高電平時(shí)，該鎖存器輸出端打開(kāi)，向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)輸送數(shù)據(jù)；當(dāng)OE是低電平時(shí)，該鎖存器輸出端處于高阻狀態(tài)，與數(shù)據(jù)總線(xiàn)斷開(kāi)。圖15.1所舉的例子，被采集的對(duì)象有8路，狀態(tài)寄存器有八位，從S0到S7，分別對(duì)應(yīng)于第0路至第7路的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)計(jì)算機(jī)需要讀取某路數(shù)據(jù)時(shí)，它就向狀態(tài)寄存器查詢(xún)?cè)撀返臄?shù)據(jù)準(zhǔn)備狀態(tài)。要讀取第i路數(shù)據(jù)時(shí)，就從狀態(tài)寄存器中讀進(jìn)Si。若讀進(jìn)的S

5、i=1，它就經(jīng)地址總線(xiàn)輸出對(duì)應(yīng)于第i路的三位地址碼A2A1A0，經(jīng)地址譯碼器譯碼后，只有第i路數(shù)據(jù)鎖存器的OE端輸入高電平，使第i路的數(shù)據(jù)送上了數(shù)據(jù)總線(xiàn)，被計(jì)算機(jī)讀取。其它各路鎖存器的OE=0，數(shù)據(jù)輸出端處于高阻狀態(tài)。各路數(shù)據(jù)的位數(shù)，因系統(tǒng)的不同而不同。圖15.1所舉的例子是八位。15.2.2中斷式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中斷式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如圖15.2所示，仍以8路八位為例。在這種系統(tǒng)里，當(dāng)某一路的數(shù)據(jù)已在數(shù)據(jù)鎖存器中準(zhǔn)備好，該路鎖存器就從INT輸出端向系統(tǒng)的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路輸出申請(qǐng),要求向計(jì)算機(jī)輸送數(shù)據(jù),這個(gè)過(guò)程叫中

6、斷申請(qǐng)。由于各路的輕重緩急不同，所以設(shè)有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路。中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路收到中斷申請(qǐng)信號(hào)后，經(jīng)過(guò)比較，確定在提出申請(qǐng)的各路鎖存器中,哪一路的優(yōu)先級(jí)別最高。在經(jīng)它自己的INT輸出端向計(jì)算機(jī)提出中斷申請(qǐng)時(shí)，同時(shí)把優(yōu)先級(jí)別最高的那一路鎖存器的地址也輸送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)在接到申請(qǐng)后，認(rèn)為自己目前的工作可以被暫時(shí)中斷（這是“中斷”一詞的由來(lái)），就暫停目前的工作，轉(zhuǎn)而去接收數(shù)據(jù)，將優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路送來(lái)的優(yōu)先級(jí)別最高的那一路鎖存器地址，經(jīng)地址總線(xiàn)送至地址譯碼器，選通對(duì)應(yīng)鎖存器，將其鎖存的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線(xiàn),被計(jì)算機(jī)讀取。這里，控制鎖存

7、器能否輸出數(shù)據(jù)的控制端子,仍用符號(hào)OE表示。圖15.2中斷式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路框圖此外，還有直接數(shù)據(jù)采集方式。這種方式適用于在對(duì)某路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí),該路數(shù)據(jù)總是準(zhǔn)備好的情況。計(jì)算機(jī)只要輸出對(duì)應(yīng)于該路的地址碼，經(jīng)地址譯碼器選通該路的數(shù)據(jù)鎖存器，即可將該路數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)?？刂齐娐樊?dāng)然比查詢(xún)式和中斷式簡(jiǎn)單。15.3可編程時(shí)鐘控制電路數(shù)字鐘除用作計(jì)時(shí)外，還可用來(lái)定時(shí)，例如定時(shí)啟閉電路，在工程及家用電器中用得越來(lái)越多。15.3.1原理方框圖數(shù)字鐘的原理框圖如圖15.3所示。由于石英晶體穩(wěn)定度高，故計(jì)時(shí)電路中的振蕩器都是晶體振蕩器。

8、秒信號(hào)發(fā)生器由若干級(jí)分頻器組成，對(duì)石英晶體振蕩器輸出的頻率較高的信號(hào)，經(jīng)過(guò)若干次分頻，秒計(jì)數(shù)器輸入端便得到1Hz的時(shí)鐘脈沖。圖15.3數(shù)字鐘原理方框圖秒、分計(jì)數(shù)器中，秒個(gè)位和分個(gè)位是十進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路；秒十位和分十位是六進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路。對(duì)時(shí)鐘周期取12小時(shí)的計(jì)時(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，小時(shí)計(jì)數(shù)器的