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

2、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

3、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，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U

4、cc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。（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

5、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7.34（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

6、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

7、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，告诉控制器应进入待启状态

8、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