逻辑门电路——介绍逻辑电路，数字芯片用法下载

weixin_39821260 2019-05-14 01:00:19

介绍逻辑电路，数字芯片用法，及数字电路，内容通俗易懂，并且有分析。
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介绍逻辑电路，数字芯片用法，及数字电路，内容通俗易懂，并且有分析。

本书系统地论述了FPGA的设计方法，并给出了大量综合电子系统设计项目实例。全书共11章。第1章介绍FPGA电子系统的设计方法；第2章介绍QuartusⅡ使用方法；第3～7章介绍FPGA硬件描述语言VHDL的特点、VHDL语言中常用的数据、运算符、顺序描述语句和并行描述语句、时钟信号描述、有限状态机等基本概念和应用；第8章介绍门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路（与阎石主编的《数字电子技术基础》（第4版）一致），并对其中的各种功能芯片以及基于VHDL与FPGA的实现方法进行了讲解；第9章介绍FPGA外围电路——集成运算放大器及其各种应用；第10章和第11章给出了基于FPGA的综合电子系统设计实例。

目录第一章绪论 1 1.1 选题背景 2 1.1.1 课题相关技术的发展 2 1.1.2 课题研究的必要性 2 1.2 课题研究的内容 3 第二章 FPGA简介 4 2.1 FPGA概述 4 2.2 FPGA基本结构 4 2.3 FPGA系统设计流程 6 2.4 FPGA开发编程原理 8 2.5 QuartusII设计平台 8 2.5.1 软件开发环境及基本流程 8 2.5.2 具体设计流程 10 第三章数字钟总体设计方案 13 3.1 数字钟的构成 13 3.2 数字钟的工作原理 13 3.3 数字钟硬件电路设计 13 第四章单元电路设计 16 4.1 分频模块电路设计 16 4.2 校时控制模块电路设计 17 4.2.1 按键消抖 17 4.2.2 按键控制模块 18 4.3 计数模块 21 4.4 译码显示模块 27 4.5 译码显示强制转换模块 29 4.6 整点报时模块 29 结果与展望 31 结果 31 展望 31 主要参考文献 33 第一章绪论现代社会的标志之一就是信息产品的广泛使用，而且是产品的性能越来越强，复杂程度越来越高，更新步伐越来越快。支撑信息电子产品高速发展的基础就是微电子制造工艺水平的提高和电子产品设计开发技术的发展。前者以微细加工技术为代表，而后者的代表就是电子设计自动化（electronic design automatic, EDA）技术。本设计采用的VHDL是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级这三个不同层次的设计；支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述，覆盖面广，抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛。ASIC 是专用的系统集成电路，是一种带有逻辑处理的加速处理器；而FPGA是特殊的ASIC芯片，与其它的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检测等优点。在控制系统中，键盘是常用的人机交换接口，当所设置的功能键或数字键按下的时候，系统应该完成该键所对应的功能。因此，按键信息输入是与软件结构密切相关的过程。根据键盘结构的不同，采用不同的编码方法，但无论有无编码以及采用什么样的编码，最后都要转换成为相应的键值，以实现按键功能程序的转移。[1] 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些都是以钟表数字化为基础的。因此研究数字钟以及扩大其应用有着非常现实的意义。 1.1 选题背景本节将从FPGA嵌入式应用开发技术与数字钟技术发展的客观实际出发，通过对该技术发展状况的了解及课题本身的需要，指出研究基于FPGA的芯片系统与设计——数字钟的设计与实现的必要性。 1.1.1 课题相关技术的发展当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。它与传统的电子产品在设计上的显着区别是大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低，同时广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。美国ALTERA公司的可编程逻辑器件采用全新的结构和先进的技术，加上Quartus开发环境，使得其更具有高性能，开发周期短等特点，十分方便进行电子产品的开发和设计。[2] EDA技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述主要表达方式，以计算机和大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。本设计是利用VHDL硬件描述语言结合可编程逻辑器件进行的，并通过数码管静态显示走时结果。数字钟可以由各种技术实现，如单片机等。利用可编程逻辑器件具有其它方式没有的特点，它具有易学、方便、新颖、有趣、直观，设计与实验成功率高、理论与实践结合紧密、积小、量大、/O口丰富、编程和加密等特点，并且它还具有开放的界面、丰富的设计库、模块化的工具以及LPM定制等优良性能，应用非常方便。因此，本设计采用可编程逻辑器件实现。 1.1.2 课题研究的必要性现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变着我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘

读一读：　　用集成十进制计数器构成任意进制计数器的方法有两种：一是用触发器和门电路构成，前面已介绍；二是用集成计数器构成。集成计数器的函数关系已经固化在芯片中了，其状态编码多为自然态序码，可以利用其清零或置数功能，让电路跳过某些状态而获得任意进制计数器。下面我们就开始学习其相关知识。 CC4518为集成十进制（BCD码）计数器，内部含有两个独立的十进制计数器，两个计数器可单独使用，也可级联起来扩大其计数范围。图5-27为CC4518集成十进制计数器的外引线排列，表5-7 为其逻辑功能表，图5-28为CC4518十进制计数器的状态转换图。图5-27　　CC4518外引线排列图; 引脚说明： 1．VDD——电源端（+5V），VSS——接地端。 2．1CP、2CP——两计数器的计数脉冲输入端。 3．1CR、2CR——两计数器的复位信号输入端（高电平有效）。 4．1EN、2EN——两计数器的控制信号输入端（高电平有效）。 5．1QA～1QD，2QA～2QD——两计数器的状态输出端。功能说明： 1．CR=1时，无论CP、EN情况如何，计数器都将。 2．CR=0，EN=1时，C

ADC809的运用及电路很全面 ADC0809引脚图与接口电路 A/D转换器芯片ADC0809简介 8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右。图9.8 《ADC0809引脚图》 1. ADC0809的内部结构 ADC0809的内部逻辑结构图如图9-7所示。图9.7 《ADC0809内部逻辑结构》图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表9-1为通道选择表。表9-1 通道选择表 2．信号引脚 ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图9.8。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： IN7～IN0——模拟量输入通道 ALE——地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START——转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST. A、B、C——地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。 CLK——时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号 EOC——转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 D7～D0——数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE——输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。 Vcc—— +5V电源。 Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V). 9.2.2 MCS-51单片机与ADC0809的接口 ADC0809与MCS-51单片机的连接如图9.10所示。电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。 1. 8路模拟通道选择图9.10 ADC0809与MCS-51的连接如图9.11所示模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存允许信号ALE由P2.0控制，则8路模拟通道的地址为0FEF8H～0FEFFH.此外，通道地址选择以作写选通信号，这一部分电路连接如图9.12所示。图9.11 ADC0809的部分信号连接图9.12 信号的时间配合从图中可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。图9.19是有关信号的时间配合示意图。启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换： MOV DPTR , #FE00H ；送入0809的口地址 MOVX @DPTR , A ；启动A/D转换（IN0）注意：此处的A与A/D转换无关，可为任意值。 2. 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以

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