数字电路设计实例

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1、7.7数字系统设计实例*本章前面介绍的数字系统设计方法是一种由顶向下的方法，其过程大致分为三步：（1）系统调研，确定初步方案；（2）模块划分，确定详细方案；（3）选用模块，完成具体设计。下面通过保险箱数字锁控制电路的设计实例，进一步体验小型数字系统的设计方法和过程，并取得实践经验。7.7.1初步方案承接一个数字系统的课题后，一方面要对课题的任务、要求、原理、使用环境作详细的分析，另一方面也应调研相类似的课题目前有哪些解决方法及其优缺点。在此基础上确定初步方案。1.基本要求和设计环境分析对一只保险箱而言，基本要求是：a.安全性，开锁的密码被破译的可能性要尽可能小；b.操作方便，开锁

2、的程序不能过于复杂；c.密码可以更换，遇到不正常情况应及时启动报警系统；d.使用者在拨错号码时可将原拨号予以清除并重拨。系统基本操作流程图如下所示：　2.系统结构的几个具体问题研究输入问题开始、建立等控制信号可用按键开关实现，门把手转动产生开门信号OPEN，可也用一OPEN键代替。密码输入采用10个按键开关，不同的数码采用不同的键，如同电话机的按键。输出问题数字锁的输出有两种情况：a.开门信号，当拨号正确又按动OPEN按键后，应发出信号，打开数字锁。此时可用一只绿色信号灯LO标示开门状态。b.当密码或开锁程序不对时，按动OPEN键将发出报警信号。报警信号可用一种单频率的方波震荡，

3、驱动扬声器发声，还可以用红色信号灯LA表示。以上开门信号、报警信号一旦出现，就一直保持下去，直到使用者或保安人员按动SETUP为止。预置数问题预置数就是设置系统的密码，宜每隔一段时间更换一次，因此应有置数装置。每次置入三位十进制数的方法有多种。为分析方便，现采用的方法是安排12个输入端，每个输入端通过一只双列直插式组件开关、将其输入切至Ucc或GND。综合上述讨论，确定保险箱密码锁的基本方案如下：（1）采用3位十进制数密码，密码用DIP开关确定，必要时可以更换。（2）系统通电后须关上门，且按动SETUP键后方投入运行。运行时标志开门的灯或警报灯和警铃皆不工作，系统处于安锁状态。（

4、3）开锁过程如下：①按START键启动开锁程序，此时系统内各部分应处于初始状态；②依次键入3个十进制数码③按开门键OPEN。（4）开锁处理事务完毕后，应将门关上，按SETUP键，使系统重新进入安锁状态。若在报警状态，按SETUP键或START键应不起作用，需另用一内部ISET键才能使系统进入安锁状态，此ISET键应放在保安人员值班室。（5）使用者如按错密码，可在按OPEN键以前按START键，重新启动开锁程序。（6）号码0一9，START，SETUP，OPEN均用按键产生。根据上述考虑，可以画出系统的粗略框图如图7.34（b）所示，它说明了整个系统的外部输入和输出情况。加上图7.

5、34（a）描述系统行为的流程图，就勾画了这一系统的总体逻辑功能。图7.34（c）中画出了数字锁简单的工作波形图，对输入、输出信号的时序做了进一步描述。7.7.2详细方案由顶向下设计的主要方法是将系统划分为控制器和被控电路两部分，而被控电路又采用各种模块实现。现在的任务就是根据上一步确定的系统功能，决定使用哪些模块（抽象的模块，不涉及具体器件），确定这些模块与控制器之间的关系，即控制器向模块发出什么控制信号，而模块向控制器反馈哪些信号。1、被控部分电路模块的设计图7.33是数字锁的详细方案框图。除了控制器，其余部分均称为被控电路。　由于上一步已确定密码输入采用键盘，其中0一9等十个

6、数字送入系统应首先经过10：4线编码器编成BCD码，并与原存储于系统中的密码相比较，故需要一个4bit的数码比较器，比较结果DeP反馈给控制器。这两个模块都是组合逻辑电路。由于密码是串行输入，每次分别与一个预置码比较，而3个十进制预置码分别由12个输入端输入，故采用3选1的数据选择器MUX来选择，其地址码用一个计数器控制。控制器向计数器提供复位信号RESET-C和时钟信号CNP。计数器为模4计数器（0，1，2，3四个状态），每键入一个码，控制器向计数器提供一个时钟脉冲CNP，使计数器状态加1。当计数器状态为3时，说明已送入3个密码，此时计数器应向控制器反馈信号Ce3，告诉控制器应

7、进入待启状态或预警状态。START，OPEN等信号可直接送往控制器，控制其状态的转换。但这些信号由按键产生，其产生时刻和持续时间长短是随机的，且存在开关簧片引起的电平抖动现象，因此必须在每个开关后面安排一个消抖和同步化的模块，以保证每按一次键只形成一个宽度等于系统周期的脉冲。控制器在系统每收到一个数据时向计数器发出一个时钟信号。当系统在按OPEN键以前收到第4个时钟信号时应转入预警状态，等待OPEN信号到达后报警。因此每键入一个数码，应向控制器送入一个脉冲DATA，此信号也应同步