數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用

1、 概述概述常用常用電氣電氣設(shè)備設(shè)備機(jī)械機(jī)械電氣電氣一體化一體化高頻電路高頻電路模擬電路模擬電路廣播、通信廣播、通信低頻電路低頻電路數(shù)字電路數(shù)字電路歸納：歸納：1）數(shù)字電路僅是知識(shí)體系很少的一部分）數(shù)字電路僅是知識(shí)體系很少的一部分2）任何一件實(shí)用的產(chǎn)品都是多門技術(shù)綜合的結(jié)果）任何一件實(shí)用的產(chǎn)品都是多門技術(shù)綜合的結(jié)果 1、與門、與門沖床、剪板機(jī)操作：兩手同時(shí)按下才有效沖床、剪板機(jī)操作：兩手同時(shí)按下才有效2、或門、或門故障報(bào)警，故障報(bào)警， 水箱溫度、壓力、流量水箱溫度、壓力、流量用二極管觸發(fā)可控硅，蜂鳴器用二極管觸發(fā)可控硅，蜂鳴器/LED報(bào)警，斷電報(bào)警，斷電3、非門、非門Fuse熔斷器指示熔斷器指示

2、4、異或門、異或門電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；5、同或門、同或門樓道電燈控制；樓道電燈控制；6、OC門門線與；電平移動(dòng)；線與；電平移動(dòng)； 微機(jī)電源，微機(jī)電源，4路路5V、12V，4比較器比較器LM339，OC輸出，直接線或，斷電保護(hù)輸出，直接線或，斷電保護(hù)7、三態(tài)門、三態(tài)門IO緩沖，緩沖，總線總線分時(shí)復(fù)用分時(shí)復(fù)用 1、半加器、半加器異或邏輯異或邏輯/判奇電路判奇電路/奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)2、全加器、全加器三人表決（舉重）三人表決（舉重）3、編碼器、編碼器編碼鍵盤編碼鍵盤自定義自定義4、譯碼器、譯碼器汽車密碼鎖（汽車密碼鎖（20位）位）5、比較器、比較器優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，中斷的嵌套優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，中斷的嵌

3、套6、多路器、多路器用于設(shè)計(jì)組合邏輯電路，用于設(shè)計(jì)組合邏輯電路， 因?yàn)樗艘粋€(gè)完全的（所有的最小項(xiàng)）譯碼器因?yàn)樗艘粋€(gè)完全的（所有的最小項(xiàng)）譯碼器7、分配器、分配器例題、利用中小規(guī)模例題、利用中小規(guī)模 IC 設(shè)計(jì)組合電路設(shè)計(jì)組合電路例例1. 利用利用 4 選選 1 多路器設(shè)計(jì)多路器設(shè)計(jì)三人表決三人表決邏輯電路邏輯電路F = ABC + ABC + ABC + ABC = AB 0 + ABC + ABC + AB(C+C)F = A B 0 + A B C + A B C + A B 1與多路器的表達(dá)式與多路器的表達(dá)式逐項(xiàng)逐項(xiàng)進(jìn)行比較進(jìn)行比較 Y = A1A0D0 + A1A0D1 +

4、 A1A0D2 + A1A0D3易得：易得：控制變量：控制變量：A1=A, A0=B , 輸入數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)：D0=0, D1=D2=C, D3=1YD3 D2 D1 D0 A1 A0“1” C 0 A B假設(shè)函數(shù)變量按假設(shè)函數(shù)變量按 A、B、C 的順序排列，把的順序排列，把A、B看作控制變量，看作控制變量，C 作為輸入的數(shù)據(jù)，把作為輸入的數(shù)據(jù)，把 F 變形為多路器的形式，以便比較。變形為多路器的形式，以便比較。原理：任何組合邏輯函數(shù)都是由原理：任何組合邏輯函數(shù)都是由最小項(xiàng)最小項(xiàng)構(gòu)成的構(gòu)成的以以最小項(xiàng)之和最小項(xiàng)之和的形式出現(xiàn)，而譯碼的形式出現(xiàn)，而譯碼 器的輸出就包含了器的輸出就包含了全部的全部

5、的最小項(xiàng)，最小項(xiàng)，因此只需要因此只需要對(duì)輸出對(duì)輸出進(jìn)行進(jìn)行有選擇的組合有選擇的組合即可。即可。38譯碼器的輸出：譯碼器的輸出： y0 =CBA= m0 , y1 =CBA= m1 , y2 =CBA= m2 , y3 =CBA= m3 , y4 =CBA= m4 , y5 =CBA= m5 , y6 =CBA= m6 , y7 =CBA= m7 ,三人表決三人表決邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)： F =AB + BC + CA標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)“與或與或”表達(dá)式：表達(dá)式： F = ABC + ABC + ABC + ABC = m3 + m5 + m6 + m7 = m3 m5 m6 m7 = y3 y5 y6 y

6、7例例2. 利用利用 38 譯碼器設(shè)計(jì)譯碼器設(shè)計(jì)三人表決三人表決邏輯電路邏輯電路&G1 G2A G2B C B Ay7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y0F“1” C B A例例3. 利用利用 38 譯碼器設(shè)計(jì)譯碼器設(shè)計(jì)全加器全加器全加器的和：全加器的和：S = C0BA +C0BA +C0BA +C0BA 奇數(shù)個(gè)奇數(shù)個(gè)“1”全加器的進(jìn)位：全加器的進(jìn)位：C = C0BA +C0BA +C0BA +C0BA 2個(gè)個(gè)“1”于是于是 S、C 可以改寫成：可以改寫成：S = m1 +m2 +m4 +m7 = m1 m2 m4 m7 = y1 y2 y4 y7C = m3 +m5 +m6 +m7

7、= m3 m5 m6 m7 = y3 y5 y6 y7G1 G2A G2B C B Ay7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y0&C“1” C0 B A&S假設(shè)輸入變量的排列順序?yàn)椋杭僭O(shè)輸入變量的排列順序?yàn)椋?C0 B A 注意到：注意到：1）利用）利用多路器多路器設(shè)計(jì)時(shí)，不需要附加電路，但不如用設(shè)計(jì)時(shí)，不需要附加電路，但不如用譯碼器譯碼器來得直接，且只能有一個(gè)輸出；來得直接，且只能有一個(gè)輸出；2）反之，用）反之，用譯碼器譯碼器設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要附加設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要附加“與非與非”門，但可實(shí)現(xiàn)門，但可實(shí)現(xiàn)多路輸出多路輸出1、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器（1）電子鐘（萬年歷）計(jì)數(shù)、進(jìn)位、月份不同、閏月）電子

8、鐘（萬年歷）計(jì)數(shù)、進(jìn)位、月份不同、閏月 1）秒脈沖發(fā)生電路；）秒脈沖發(fā)生電路；2）秒、分、時(shí)、日、月、年計(jì)數(shù)、譯碼顯示；）秒、分、時(shí)、日、月、年計(jì)數(shù)、譯碼顯示； 3）校準(zhǔn)電路；）校準(zhǔn)電路；4）年歷）年歷(CPU)（2）頻率計(jì)）頻率計(jì)整形、計(jì)數(shù)、時(shí)基電路；高頻測(cè)頻率，低頻測(cè)周期整形、計(jì)數(shù)、時(shí)基電路；高頻測(cè)頻率，低頻測(cè)周期（3）電子秒表）電子秒表時(shí)鐘源（晶振），分頻器（時(shí)鐘源（晶振），分頻器（1/100秒），秒）， 計(jì)數(shù)器，顯示器；啟動(dòng)、停止、清零按鈕計(jì)數(shù)器，顯示器；啟動(dòng)、停止、清零按鈕（4）編碼器）編碼器測(cè)轉(zhuǎn)角測(cè)轉(zhuǎn)角(碼盤碼盤)、位移、位移(碼尺碼尺)； 光源（紅外），光柵，光電脈沖，單路，雙路

9、光源（紅外），光柵，光電脈沖，單路，雙路測(cè)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向測(cè)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向（5）轉(zhuǎn)速表）轉(zhuǎn)速表光電編碼器光電編碼器脈沖脈沖/轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器，時(shí)基電路轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器，時(shí)基電路（6）計(jì)價(jià)器）計(jì)價(jià)器先按照里程計(jì)費(fèi)，再結(jié)合里程和時(shí)間計(jì)算，尤其是堵車時(shí)先按照里程計(jì)費(fèi)，再結(jié)合里程和時(shí)間計(jì)算，尤其是堵車時(shí)（7）數(shù)藥片）數(shù)藥片光電傳感器，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，到數(shù)量后停止，換藥瓶繼續(xù)光電傳感器，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，到數(shù)量后停止，換藥瓶繼續(xù) （1）洗衣機(jī)）洗衣機(jī)洗滌、漂洗、甩干洗滌、漂洗、甩干（2）電風(fēng)扇）電風(fēng)扇定時(shí)定時(shí)發(fā)條、電子；發(fā)條、電子； 調(diào)速調(diào)速主繞組串聯(lián)帶抽頭的電抗器主繞組串聯(lián)帶抽頭的電抗器降壓調(diào)速降壓調(diào)速（3）節(jié)拍器）節(jié)拍器1/4、1

10、/8、1/16音符音符（4）交通燈）交通燈紅、綠、黃三種燈亮的時(shí)間各不相同，紅、綠、黃三種燈亮的時(shí)間各不相同， 固定式？有智能？加固定式？有智能？加CCD，流量大時(shí)延長綠燈。，流量大時(shí)延長綠燈。（5）電飯煲）電飯煲定時(shí)通電（只是大米泡久了不好吃）；定時(shí)通電（只是大米泡久了不好吃）； 煮飯煮飯居里效應(yīng)居里效應(yīng)（6）冰箱斷電保護(hù)器）冰箱斷電保護(hù)器延時(shí)接通延時(shí)接通（7）防浪涌電路）防浪涌電路容性負(fù)載容性負(fù)載，串限流電阻，啟動(dòng)后短接，串限流電阻，啟動(dòng)后短接 （1）數(shù)碼寄存，并入并出（）數(shù)碼寄存，并入并出（RAM）（2）并入串出，串入并出）并入串出，串入并出串并轉(zhuǎn)換（串并轉(zhuǎn)換（Modem）（3）先入先出

11、）先入先出FIFO（4）脈沖分配器）脈沖分配器4位循環(huán)移位寄存器（步進(jìn)電機(jī)）位循環(huán)移位寄存器（步進(jìn)電機(jī)）（5）鎖存器）鎖存器二次鎖存（二次鎖存（8bit），實(shí)現(xiàn)（），實(shí)現(xiàn)（16bit）同步傳輸）同步傳輸（6）雙口）雙口RAM信息交互，控制與執(zhí)行部件；廣告牌的刷新信息交互，控制與執(zhí)行部件；廣告牌的刷新 （1）地址驅(qū)動(dòng)器）地址驅(qū)動(dòng)器LS373（8D）鎖存）鎖存（2）雙向驅(qū)動(dòng)器）雙向驅(qū)動(dòng)器LS245（三態(tài)門）（三態(tài)門） （方向和使能控制）（方向和使能控制）1、多諧振蕩器、多諧振蕩器電子琴電子琴2、單穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路定時(shí)、整形、延時(shí)定時(shí)、整形、延時(shí)3、施密特電路、施密特電路整形、鑒幅整形、鑒幅4、

12、自動(dòng)溫度控制（簡易）、自動(dòng)溫度控制（簡易）5、占空比可調(diào)的多諧振蕩器、占空比可調(diào)的多諧振蕩器DC電機(jī)調(diào)速（電機(jī)調(diào)速（PWM）6、壓控振蕩器、壓控振蕩器鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴(kuò)頻、跳頻鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴(kuò)頻、跳頻 NE555GNDTLTHCODiscUDDUORD12348765RQQSRDC156271348C2R 5kTHRDGNDUDDUODiscTLCO模擬數(shù)字組合體模擬數(shù)字組合體R 5kR 5k1、多諧振蕩器、多諧振蕩器電子琴電子琴R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1RvccC1C3C255576231 58 4單穩(wěn)態(tài)電路

13、單穩(wěn)態(tài)電路定時(shí)定時(shí)洗照片曝光定時(shí)洗照片曝光定時(shí)KA電源電源tP曝光時(shí)間曝光時(shí)間 TP= 1.1 R2C1KR11245678555UDDUOC2DKATR3R2R4C13改變改變R2可調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)曝光時(shí)間曝光時(shí)間單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路整形整形單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)輸入脈沖輸入脈沖整形后正脈沖整形后正脈沖整形后負(fù)脈沖整形后負(fù)脈沖單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路延時(shí)延時(shí)tD單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)微分微分單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)uiuO1uO3uO2施密特電路施密特電路整形、鑒幅整形、鑒幅ttOOViVotOVoVTtOViVT自動(dòng)溫度控制自動(dòng)溫度控制簡易溫控電路簡易溫控電路12345678Rt555UDDUOR1CR2Rt負(fù)溫負(fù)溫MTC1、溫度

14、、溫度 Rt U6U2當(dāng)當(dāng)U62/3UDD, U21/3UDD時(shí)時(shí)UO= 0 停止加熱，溫度停止加熱，溫度溫度溫度 RtU6U2當(dāng)當(dāng)U62/3UDD, U21/3UDD時(shí)時(shí)UO= 1 接通加熱器，溫度接通加熱器，溫度tT占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比可調(diào)的多諧振蕩器DC電機(jī)調(diào)速（電機(jī)調(diào)速（PWM） tVott555驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)改變改變M= 50%較小較小較大較大壓控振蕩器壓控振蕩器鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴(kuò)頻、跳頻鎖相環(huán)、頻率調(diào)制、掃頻、擴(kuò)頻、跳頻ViF(Vo)OVCOViVo 數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換1）DAC轉(zhuǎn)換類型轉(zhuǎn)換類型權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)IsVoVREFRID3D1D2D08R4R2RRI/2I/

15、4I/8IsVo = R*IsT型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)IsVoVREFRID0D2D1D3RIsVo = R*IsI0I1I2I3RR2R2R2R2R2RI/2I/2I/4I/8I/4I/16I/8權(quán)電流權(quán)電流（恒流源，克服模擬開關(guān)內(nèi)阻的影響）（恒流源，克服模擬開關(guān)內(nèi)阻的影響）IsVoVREF (-)RD0 D1 D2 D3IsVo = R*IsI0 I1 I2 I3I/16 I/8 I/4 I/2開關(guān)樹開關(guān)樹電阻分壓，只用一種電阻；電阻分壓，只用一種電阻；把把VREF分為分為8等分，根據(jù)數(shù)字量決定取前一半還是后一半等分，根據(jù)數(shù)字量決定取前一半還是后一半VREFRRRRRRRRVoDo Do D1 D1

16、 D2 D27/86/85/84/83/82/81/8權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)電容分壓，用多種電容電容分壓，用多種電容轉(zhuǎn)換前所有電容轉(zhuǎn)換前所有電容放電放電，轉(zhuǎn)換時(shí)再對(duì)，轉(zhuǎn)換時(shí)再對(duì)Vref分壓，容量不同，分壓不同分壓，容量不同，分壓不同S0 S1 S2 S3VrefD0 D1 D2 D3VoSDC0 C0 C1 C2 C3Cx Cx 2Cx 4Cx 8Cx轉(zhuǎn)換精度、工作方式轉(zhuǎn)換精度、工作方式（1）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度分辨率分辨率（2）轉(zhuǎn)換誤差）轉(zhuǎn)換誤差參考電壓、運(yùn)放零漂、模擬開關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)參考電壓、運(yùn)放零漂、模擬開關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)（3）轉(zhuǎn)換速度）轉(zhuǎn)換速度建立時(shí)間建立時(shí)間數(shù)字量輸入到模擬電壓形成的時(shí)間數(shù)字量

17、輸入到模擬電壓形成的時(shí)間（4）波形發(fā)生）波形發(fā)生方波、正弦、三角、鋸齒、任意波形方波、正弦、三角、鋸齒、任意波形（5）驅(qū)動(dòng)能力）驅(qū)動(dòng)能力電流擴(kuò)展、電壓跟隨、功率放大（電流擴(kuò)展、電壓跟隨、功率放大（OCL）（6）串行輸入）串行輸入DAC減少傳輸線減少傳輸線串并轉(zhuǎn)換，寄存，并行串并轉(zhuǎn)換，寄存，并行DAC 模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換1）轉(zhuǎn)換類型）轉(zhuǎn)換類型（1）計(jì)數(shù)型）計(jì)數(shù)型 計(jì)數(shù)器清零，開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器清零，開始計(jì)數(shù)，DAC，與，與Vi比較，相等時(shí)結(jié)束比較，相等時(shí)結(jié)束 太慢，但電路簡單；太慢，但電路簡單；CP鎖存控制鎖存控制Vo計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器DAC脈沖源脈沖源Vi模擬輸入模擬輸入數(shù)字量輸數(shù)字量輸出出鎖存器鎖存器

18、&（2）逐次比較）逐次比較一半一半比較一半一半比較快快CP轉(zhuǎn)換控制轉(zhuǎn)換控制Vo逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器控制邏輯控制邏輯DAC脈沖源脈沖源Vi模擬輸入模擬輸入數(shù)字量輸數(shù)字量輸出出鎖存器鎖存器（3）雙積分型）雙積分型先對(duì)先對(duì)Vi固定時(shí)間固定時(shí)間(T1)積分，再對(duì)積分，再對(duì)VREF反向積分，得到反向積分，得到T2。 在在T2內(nèi)對(duì)內(nèi)對(duì)CP計(jì)數(shù)，得到結(jié)果。計(jì)數(shù)，得到結(jié)果。兩次積分，比較準(zhǔn)，但很慢，電路簡單，便宜；兩次積分，比較準(zhǔn)，但很慢，電路簡單，便宜；CP轉(zhuǎn)換控制轉(zhuǎn)換控制控制邏輯控制邏輯脈沖源脈沖源Vi模擬輸入模擬輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器比較器比較器VrefS1S2CRS1 S2積分器

19、積分器Vi1小小tVoT1T2T2Vi2大大tt（4）VF 變換型變換型壓控振蕩器壓控振蕩器+時(shí)基電路時(shí)基電路+計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器+寄存器寄存器VCO&計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出鎖存器鎖存器Vi時(shí)基時(shí)基時(shí)基信號(hào)時(shí)基信號(hào)（1）掃描型與獨(dú)立型）掃描型與獨(dú)立型（2）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度分辨率與轉(zhuǎn)換誤差分辨率與轉(zhuǎn)換誤差 為為LSB的若干倍，與參考電壓、零漂、地線布局都有關(guān)。的若干倍，與參考電壓、零漂、地線布局都有關(guān)。（3）轉(zhuǎn)換速度）轉(zhuǎn)換速度與與ADC的類型密切相關(guān)，并聯(lián)比較型最快，的類型密切相關(guān)，并聯(lián)比較型最快， 逐次比較型次之，雙積分最慢。逐次比較型次之，雙積分最慢。（4）過采樣問題過采樣問題 提高采

20、樣率，提高采樣率，F(xiàn)sFm，使得，使得0Fm內(nèi)的量化噪聲下降，內(nèi)的量化噪聲下降， 提高了信噪比提高了信噪比相當(dāng)于提高了采樣的分辨率相當(dāng)于提高了采樣的分辨率（5）串行輸出）串行輸出ADC減少傳輸線減少傳輸線SPI（同步）（同步）（6）注意信號(hào)源的內(nèi)阻對(duì)采樣精度的影響（越小越好）注意信號(hào)源的內(nèi)阻對(duì)采樣精度的影響（越小越好）1、手動(dòng)控制、手動(dòng)控制（1）閘刀開關(guān)）閘刀開關(guān)單向單向通斷控制；通斷控制； 雙向（跟頭閘）雙向（跟頭閘）換向控制換向控制（2）熔斷器）熔斷器保險(xiǎn)管（絲）保險(xiǎn)管（絲）防止短路防止短路（3）斷路器）斷路器空氣開關(guān)（滅弧介質(zhì)為空氣），過流跳閘空氣開關(guān)（滅弧介質(zhì)為空氣），過流跳閘2、起停

21、控制、起?？刂疲?）按鈕開關(guān)）按鈕開關(guān)常閉、常開常閉、常開（2）交流接觸器）交流接觸器三相電控制，帶有輔助觸點(diǎn)三相電控制，帶有輔助觸點(diǎn)（3）中間繼電器）中間繼電器用于組成控制電路（而非主電路）用于組成控制電路（而非主電路）（4）熱繼電器）熱繼電器過載保護(hù)（金屬受熱變形）過載保護(hù)（金屬受熱變形）3、自鎖、互鎖、自鎖、互鎖3、點(diǎn)動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、自鎖、互鎖控制（正反轉(zhuǎn)）、點(diǎn)動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、自鎖、互鎖控制（正反轉(zhuǎn)）4、行程控制、行程控制行程開關(guān)行程開關(guān)5、時(shí)間控制、時(shí)間控制時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器機(jī)械的、電子的機(jī)械的、電子的L1 L2 L33相電動(dòng)機(jī)相電動(dòng)機(jī)FRKMFKMRKMFKMRKMFKMRKMFKMRSBST

22、FSBSTRSBSTP6、繼電器的計(jì)算機(jī)控制、繼電器的計(jì)算機(jī)控制（1）單個(gè)小型繼電器）單個(gè)小型繼電器直接芯片驅(qū)動(dòng)控制直接芯片驅(qū)動(dòng)控制（2）單個(gè)中型繼電器）單個(gè)中型繼電器IO控制，控制，MOS，5V；（3）多個(gè)中小型繼電器）多個(gè)中小型繼電器IO控制，控制，1個(gè)個(gè)MOS， 再用觸點(diǎn)控制一組繼電器的線圈；再用觸點(diǎn)控制一組繼電器的線圈；（4）高壓繼電器）高壓繼電器分層控制，光電隔離分層控制，光電隔離 解決繼電控制的復(fù)雜性、不靈活性、低可靠性，主要用于解決繼電控制的復(fù)雜性、不靈活性、低可靠性，主要用于順序控制順序控制 輸出輸出(觸點(diǎn)觸點(diǎn))儲(chǔ)存器儲(chǔ)存器輸入寄存輸入寄存CPU輸入輸入(開關(guān)開關(guān))用電器用電器

23、編程器編程器上位機(jī)上位機(jī)1、PLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)主機(jī)（主機(jī)（CPU）、編程器、）、編程器、IO接口、接口、IO擴(kuò)展接口、外設(shè)接口擴(kuò)展接口、外設(shè)接口 2、工作方式、工作方式順序掃描、不斷循環(huán)順序掃描、不斷循環(huán)輸入取樣、程序執(zhí)行、輸出更新，周期輸入取樣、程序執(zhí)行、輸出更新，周期100ms輸入接口輸入接口輸入端子輸入端子輸出端子輸出端子輸入寄存器輸入寄存器程序執(zhí)行程序執(zhí)行輸出寄存器輸出寄存器輸出接口輸出接口輸入取樣輸入取樣輸出更新輸出更新程序執(zhí)行程序執(zhí)行掃描周期掃描周期3、性能指標(biāo)、性能指標(biāo)IO數(shù)目、指令系統(tǒng)、掃描速度、程序容量、數(shù)目、指令系統(tǒng)、掃描速度、程序容量、元種類件（繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、元

24、種類件（繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、ADC？）？）4、編程語言、編程語言1）梯形圖（從上到下，從左到右）梯形圖（從上到下，從左到右）2）指令語句）指令語句1、可編程存儲(chǔ)器、可編程存儲(chǔ)器1、ROM 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器2、PROM 一次性編程（熔絲）一次性編程（熔絲）3、EPROM 紫外線擦除紫外線擦除4、E2PROM 電擦除電擦除2、可編程邏輯器件、可編程邏輯器件1）PLA 可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列（雙極型熔絲）（雙極型熔絲）“可編程可編程與門陣列與門陣列” + “可編程可編程或門陣列或門陣列”+輸出緩沖器輸出緩沖器特點(diǎn)：特點(diǎn)：主要實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能主要實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能2）PAL 可編程陣列邏輯

25、可編程陣列邏輯（雙極型熔絲）（雙極型熔絲）“可編程可編程與門陣列與門陣列” + “固定的固定的或門陣列或門陣列”+輸出電路輸出電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）組合、時(shí)序邏輯（帶組合、時(shí)序邏輯（帶觸發(fā)器觸發(fā)器反饋）均可；反饋）均可； （2）輸出輸出電路電路種類繁多種類繁多3）GAL 通用陣列邏輯（通用陣列邏輯（CMOS）特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）電擦除；（）電擦除；（2）輸出單元）輸出單元可編程（可編程（組合組合/時(shí)序）時(shí)序）3、FPGA與CPLD配置外部配置外部E2PROM，上電時(shí)調(diào)入程序，由，上電時(shí)調(diào)入程序，由LUT得到輸出；得到輸出；掉電時(shí)程序丟失，掉電時(shí)程序丟失，F(xiàn)PGA變?yōu)樽優(yōu)椤翱瞻卓瞻住?。外部外部E2

26、PROM寫入不同的程序，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。寫入不同的程序，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。程序保密性差！程序保密性差！延時(shí)不好控制。延時(shí)不好控制。CPLD邏輯塊為單元邏輯塊為單元粗顆粒，編程簡單，粗顆粒，編程簡單，速度更快，延時(shí)可預(yù)知，程序保密性好速度更快，延時(shí)可預(yù)知，程序保密性好FPGA邏輯門為單元邏輯門為單元細(xì)顆粒，細(xì)顆粒，通過通過布線布線來改變功能來改變功能更靈活，實(shí)現(xiàn)方式更靈活，實(shí)現(xiàn)方式查找表（查找表（LUT）VHDL編程語言編程語言 Quartus II 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境4、FPGA的技術(shù)特點(diǎn)的技術(shù)特點(diǎn)1）FPGA是是VLSIC和和CAD的產(chǎn)物；的產(chǎn)物；2）能夠?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行）能夠?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行在線修

27、改；在線修改；3）支持嵌入式存儲(chǔ)器（）支持嵌入式存儲(chǔ)器（MEMory）；）；4）配有專用外部）配有專用外部MEM接口，便于擴(kuò)展接口，便于擴(kuò)展DDR；5）支持串行）支持串行/網(wǎng)絡(luò)接口；網(wǎng)絡(luò)接口；6）支持）支持IO：標(biāo)準(zhǔn)單端：標(biāo)準(zhǔn)單端/差分差分(LVDS, Max 640Mbps)5、FPGA的基本組成結(jié)構(gòu)的基本組成結(jié)構(gòu)1）邏輯陣列塊）邏輯陣列塊LABs 按行列排放按行列排放； 2）嵌入式存儲(chǔ)器塊）嵌入式存儲(chǔ)器塊M4k；3）鎖相環(huán)）鎖相環(huán)PPL 提供時(shí)鐘提供時(shí)鐘； 4）輸入輸出單元）輸入輸出單元IOEs四周四周4）1）3）2）6、VHDL設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程6、VHDL設(shè)計(jì)流程（續(xù)）設(shè)計(jì)流程（續(xù)）1）

28、代碼編寫：）代碼編寫：用編輯器書寫用編輯器書寫VHDL源程序源程序2）功能仿真：）功能仿真：前仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤；前仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤；3）綜合：）綜合：將設(shè)計(jì)輸入翻譯成基本邏輯單元組成的網(wǎng)表；將設(shè)計(jì)輸入翻譯成基本邏輯單元組成的網(wǎng)表； 4）綜合后仿真：）綜合后仿真： 檢查綜合結(jié)果是否與原設(shè)計(jì)一致；檢查綜合結(jié)果是否與原設(shè)計(jì)一致；5）映射和布線：）映射和布線： 將綜合的結(jié)果適配到芯片內(nèi)部固有的硬件上；將綜合的結(jié)果適配到芯片內(nèi)部固有的硬件上； 6）時(shí)序）時(shí)序(后仿真后仿真)：將布局和布線的將布局和布線的時(shí)延信息反饋時(shí)延信息反饋到設(shè)計(jì)網(wǎng)表中；到設(shè)計(jì)網(wǎng)表中；7）下載驗(yàn)證：）下載驗(yàn)證：將目標(biāo)代碼下

29、載到配置芯片，驗(yàn)證設(shè)計(jì)將目標(biāo)代碼下載到配置芯片，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確是否正確。 7、 VHDL程序設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu) 8、 VHDL流程控制語句流程控制語句IF語句語句CASE語句語句LOOP語句語句NEXT語句語句EXIT語句語句9、FPGA的編程舉例的編程舉例1）多路選擇器）多路選擇器P1P2abcABBASSZZ =a(p1 = 1)b(p1 = 0 & p2 = 0) c(p1 = 0 & p2 = 1) 1）多路選擇器（續(xù)）多路選擇器（續(xù)）雙雙2選選1多路選擇器多路選擇器SIGNAL a ,b , c, p1, p2, z :BIT; IF (p1=1) THEN 滿足此語句的

30、條件是滿足此語句的條件是(p1=1) z=a; ELSIF (p2=0) THEN z=b; 滿足此語句的條件是滿足此語句的條件是(p1=0) AND (p2=0) ELSE z=c; 滿足此語句的條件是滿足此語句的條件是(p1=0) AND (p2=1) END IF;P1P2abcABBASSZ2）加法器中的）加法器中的半加器半加器輸入：輸入：a，b； 輸出：和輸出：和sum，進(jìn)位，進(jìn)位c 3）步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)）步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)(1) 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：使用使用VHDL語言，編制一個(gè)語言，編制一個(gè)4相相4拍拍步進(jìn)電機(jī)控制程序，由發(fā)光二極管指步進(jìn)電機(jī)控制程序，由發(fā)光二極管指示步進(jìn)電機(jī)的

31、相序，要求正反轉(zhuǎn)控制，通過改變時(shí)鐘頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。示步進(jìn)電機(jī)的相序，要求正反轉(zhuǎn)控制，通過改變時(shí)鐘頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 (2) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 3）步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表表表1 步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的二進(jìn)制碼步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的二進(jìn)制碼表表2 步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表轉(zhuǎn)換表順時(shí)針逆時(shí)針0001（S0）1000（S3）0010（S1）0100（S2）0100（S2）0010（S1）1000（S3）0001（S0）0001（S0）1000（S3）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)現(xiàn)態(tài)次態(tài)現(xiàn)態(tài)次態(tài)S0S1S3S2S1S2S2S1S2S3S1S

32、0S3S0S0S3（4）仿真波形圖）仿真波形圖思考題：思考題：控制方式改為控制方式改為4相相8拍拍的控制方式，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)程序？的控制方式，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)程序？ 可用循環(huán)移位寄存器實(shí)現(xiàn)！可用循環(huán)移位寄存器實(shí)現(xiàn)！ 10、Quartus II使用環(huán)境使用環(huán)境操作步驟操作步驟 1）新建文本文件：）新建文本文件：file/new2）建立工程項(xiàng)目：）建立工程項(xiàng)目：File/New Project Wizard 選擇器件封裝形式選擇器件封裝形式、引腳數(shù)目、速度級(jí)別、引腳數(shù)目、速度級(jí)別 3）編譯并綜合）編譯并綜合 ：有錯(cuò)誤，需要修改設(shè)計(jì)有錯(cuò)誤，需要修改設(shè)計(jì) 4）設(shè)計(jì)仿真：）設(shè)計(jì)仿真： （1）設(shè)定仿真節(jié)點(diǎn)、時(shí)間

33、、激勵(lì)；）設(shè)定仿真節(jié)點(diǎn)、時(shí)間、激勵(lì)； （2）運(yùn)行仿真，檢查是否有錯(cuò)；）運(yùn)行仿真，檢查是否有錯(cuò)； （3）管腳分配（再重新編譯）管腳分配（再重新編譯） （4）纜線連接）纜線連接PC機(jī)機(jī)與與實(shí)驗(yàn)板（實(shí)驗(yàn)板（JTAG） （5）下載程序）下載程序 （6）驗(yàn)證測(cè)試）驗(yàn)證測(cè)試VHDL 原理圖原理圖與芯片有關(guān)與芯片有關(guān)11、FPGA的復(fù)雜應(yīng)用的復(fù)雜應(yīng)用1）DDS技術(shù)技術(shù) DDSDDS有如下優(yōu)點(diǎn)：有如下優(yōu)點(diǎn)： 頻率分辨率頻率分辨率高，輸出頻點(diǎn)多高，輸出頻點(diǎn)多22N N； 頻率切換速度快，可達(dá)頻率切換速度快，可達(dá)usus量級(jí)；量級(jí)； 頻率切換時(shí)相位連續(xù)；頻率切換時(shí)相位連續(xù)； 可以輸出寬帶正交信號(hào)；可以輸出寬帶正交

34、信號(hào)； 輸出相位噪聲低；輸出相位噪聲低； 可以產(chǎn)生任意波形；可以產(chǎn)生任意波形； 全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。CLK頻率控頻率控制字制字(K)查找表查找表(ROM)相位相位輸出輸出相位控相位控制字制字(D)頻率頻率累加器累加器相位相位累加器累加器DA輸輸出出濾濾波波器器Vo2）雷達(dá)回波模擬器）雷達(dá)回波模擬器 距離距離時(shí)間延遲時(shí)間延遲速度速度多普勒效應(yīng)，頻率搬移，復(fù)數(shù)運(yùn)算，正交變換多普勒效應(yīng)，頻率搬移，復(fù)數(shù)運(yùn)算，正交變換方位方位相位差相位差2）回波模擬器總體框圖）回波模擬器總體框圖 2）模擬器）模擬器FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 對(duì)對(duì) 象象調(diào)

35、調(diào) 理理CPUIO串口串口AD232485USB 1）程控放大器）程控放大器2）程控電源）程控電源3）多路）多路AD掃描掃描多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)1）CD（采樣率（采樣率44.4kHz）2）VCD，DVD3）數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)）數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)4）電視節(jié)目自動(dòng)搜索）電視節(jié)目自動(dòng)搜索5）數(shù)字電視？）數(shù)字電視？t78818385868584.646662616365tt2）VCD，DVD 編碼、壓縮編碼、壓縮3）數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)：）數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)：壓縮、未壓縮（壓縮、未壓縮（raw格式）格式）4）電視節(jié)目自動(dòng)搜索）電視節(jié)目自動(dòng)搜索5）數(shù)字電視？）數(shù)字電視？UD/AMEMAddressREG.ChannelNo.tuningEEPROM自動(dòng)調(diào)諧自動(dòng)調(diào)諧與與手動(dòng)調(diào)諧手動(dòng)調(diào)諧應(yīng)用了那些技術(shù)？應(yīng)用了那些技術(shù)？1. 諧振諧振 基本電路原理基本電路原理2. Vf 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換模電技術(shù)模電技術(shù)3. 數(shù)字?jǐn)?shù)字 存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)字技術(shù)數(shù)字技術(shù)ChannelNo.AddressREG.MEMMAP 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器PMac卡卡C