数字电路及系统设计ch8
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多功能电子数字钟设计数字钟在日常生活中最常见, 应用也最广泛。
本文主要就是设计一款数字钟, 以89C52单片机为核心, 配备液晶显示模块、时钟芯片、等功能模块。
数字钟采用24小时制方式显示时间, 定时信息以及年月日显示等功能。
文章的核心主要从硬件设计和软件编程两个大的方面。
硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、时钟电路、人机接口电路、信号处理电路、执行电路等几部分组成。
软件用C语言来实现, 主要包括主程序、键盘扫描子程序、时间设置子程序等软件模块。
关键词单片机液晶显示器模块数字钟一硬件电路设计及描述;1.MCS-51单片机单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。
这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。
8051单片机的结构特点有以下几点: 8位CPU;片内振荡器及时钟电路; 32根I/O线;外部存储器ROM和RAM;寻址范围各64KB;两个16位的定时器/计数器; 5个中断源, 2个中断优先级;全双工串行口。
定时器/计数器8051内部有两个16位可编程定时器/计数器, 记为T0和T1。
16位是指他们都是由16个触发器构成, 故最大计数模值为2 -1。
可编程是指他们的工作方式由指令来设定, 或者当计数器来用, 或者当定时起来用, 并且计数(定时)的范围也可以由指令来设置。
这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的。
在定时工作时, 时钟由单片机内部提供, 即系统时钟经过12分频后作为定时器的时钟。
技术工作时, 时钟脉冲由TO和T1输入。
中断系统8051的中断系统允许接受五个独立的中断源, 即两个外部中断申请, 两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。
外部中断申请通过INTO和INT1(即P3.2和P3.3)输入, 输入方式可以使电平触发(低电平有效), 也可以使边沿触发(下降沿有效)。
2.8051的芯片引脚如图1-2所示VCC: 供电电压。
微电子与电路基础黄如陈江北京大学信息科学技术学院《微电子与电路基础》课程简介分立电路集成电路Æ课程目的Æ课程内容(课程提纲)Æ讲授方式Æ参考书Æ考核方法课程目的Æ电路方面Æ微电子方面课程内容•绪论•半导体物理、半导体器件基础半导体,晶体管,简单集成电路•集成电路制造工艺•集成电路设计及其设计自动化•系统芯片和微机电系统MEMS •微电子技术发展的规律和趋势•线性电路•模拟电路•数字电路•数模混合电路课程进度授课、学生成绩评定方法Æ课堂讲授为主Æ学生成绩评定方法:期末考试占70%,作业占30%。
Æ授课教师huangr@c henj@Æ助教殷俊:yinjun@, 62752546吴大可:wudk@, 62752546Æ课程主页/iMacÆ参考书绪论绪论将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件在电路板上连接起来,实现一定的电路功能Æ微电子学:MicroelectronicsÆ微电子学核心——集成电路Æ集成电路:ÆIntegrated Circuit,缩写ICÆ微电子学集成电路硅单晶片与加工好的硅片集成电路芯片的显微照片Vss poly栅Vdd布线通道参考孔N+P+有源区沟道长度为0.15微米的晶体管微电子学中的空间尺度通常是以微米和纳米为单位的30µm50µm 100µm头发丝粗细类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较Æ集成电路设计与制造的主要流程框架设计创意+ 仿真验证是功能要求行为设计(VHDL )行为仿真综合、优化——网表时序仿真布局布线——版图后仿真否是否否是Sign off电路知识系统知识芯片制造过程芯片制造过程ICP刻蚀机LPCVD系统LPCVD系统ICP刻蚀机芯片制造过程封装好的集成电路集成电路的分类划分集成电路规模的标准数字集成电路模拟集成电路类别MOS IC 双极ICSSI <102<100 <30 MSI 102~103 100~500 30~100 LSI 103~105 500~2000100~300 VLSI 105~107>2000 >300 ULSI 107~109GSI >109按电路应用范围分Æ通用集成电路Æ专用集成电路Æ集成电路芯片生产厂大致上可分为三类微电子学的特点微电子学研究领域微电子学发展的特点向高集成度、低功耗、高性能、高可靠电路方向发展与其它学科互相渗透,形成新的学科领域:光电集成、微机电系统(MEMS)、生物芯片系统芯片的发展纳电子学的发展电子技术、微电子技术的战略地位(1) 信息社会经济发展的基石(2) 微电子技术对传统产业的渗透与带动作用(3) 微电子技术对国家安全与国防建设的关键作用信息社会发展的基石Æ社会信息化、网络化和数字化Æ实现社会信息化的网络及其关键部件,不管是各种计算机和/或通讯机,它们的基础都是电子技术(系统)和微电子技术(微型化)Æ美国工程技术界评出的20世纪最伟大20项工程技术成就中第五项电子技术谈到,“从真空管到半导体、集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石”Æ集成电路大大改变了人类生产、生活、工作方式。
及其应用可编程计数器//定时器8253及其应用第八章可编程计数器主要内容§8-1 引言§8-2 8253的工作原理§8-2 8253的应用举例引言1 引言§8-1引言在微型计算机系统中,常需要用到定时功能。
例如:(1)按一定的时间间隔对动态RAM进行刷新;(2)扬声器的发声;(3)在计算机实时控制和处理系统中,按一定的采样周期对处理对象进行采样,或定时检测某些参数;(4)对外部事件进行计数。
这些情况下都需要用到定时信号,实现定时功能主要有三种方法:1、软件定时最简单的定时方法,完全由软件编程来控制改变定时时间,方便且节省费用;但CPU的利用率低,不通用。
2、不可编程的硬件定时使用不可编程器件设计数字电路实现计数或定时,但必须视要求改变电路参数,可以在一定的范围内改变定时时间。
在硬件已连接好的情况下,定时时间和范围就不能由程序来控制和改变,定时精度不高。
如:555及74LS190。
3、可编程的硬件定时可编程定时器/计数器电路利用硬件电路和中断方法控制定时,定时时间和范围完全由软件来确定和改变,并由微处理器的时钟信号提供时间基准,计时精确稳定。
与CPU并行工作,不占用CPU时间,应用比较广泛,如8253,8254。
§8-2 8253的工作原理一、8253的性能指标Intel 8253就是一种计数器/定时器芯片,被称为可编程间隔定时器(Programmable Interval Timer,PIT)。
性能指标如下:(1)NMOS,24脚双列直插式封装,+5V电源;(2)包含3个独立的16位计数器,最高计数频率高达2MHz;(3)所有的计数方式,操作方式都通过编程控制。
引脚图如下:二、8253内部结构和功能对照内部结构图,介绍8253内部的各组成部分的功能。
1、数据总线缓冲器是8253与系统数据总线的接口,由8位双向三态缓冲器构成,实现数据的输入和输出,通过编程确定8253的工作方式和时间常数。
数字电路设计原理数字电路是由数字元件组成的电路,其运算和控制都是以离散值进行的。
数字电路设计原理是指在数字系统中设计各种数字电路的原理和方法。
数字电路设计原理的核心在于逻辑门的设计和组合。
逻辑门是指实现逻辑运算的基本元件,包括与门、或门、非门等,通过连接不同逻辑门实现数字电路的功能。
数字电路设计中首先要明确设计的功能需求,然后根据功能需求选择适当的逻辑门,接着进行逻辑门的连接和布线设计,最终实现数字电路的设计。
数字电路设计原理中常用的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
与门实现与运算,或门实现或运算,非门实现取反运算,异或门实现异或运算。
通过适当组合这些逻辑门,可以实现各种复杂的数字逻辑功能。
在数字电路设计中,常采用的设计方法包括组合逻辑设计和时序逻辑设计。
组合逻辑设计是指直接根据输入信号计算输出信号的逻辑功能,适用于无状态的逻辑功能设计。
时序逻辑设计则涉及时钟信号,根据时钟触发进行状态转移,适用于需要存储状态的逻辑功能设计。
数字电路设计原理还包括时钟信号设计、电源电压设计、ESD防护设计等内容。
时钟信号设计是指设计时钟频率、时钟相位等参数,保证数字电路的稳定性和可靠性。
电源电压设计是指设计供电电压的幅值和波形,保证数字电路的正常工作。
ESD防护设计是指采取防护措施,防止静电放电对数字电路的损坏。
总之,数字电路设计原理是数字系统设计的重要基础,只有掌握了数字电路设计原理,才能设计出高效、稳定、可靠的数字电路系统。
通过不断学习和实践,可以不断提高数字电路设计的水平,为数字系统的发展做出贡献。
希望以上内容对你有所帮助,如有疑问欢迎继续探讨。
数字电路实验注意事项及基本要求1.1数字集成电路的分类、特点及注意问题当今,数字电子电路几乎已完全集成化了。
因此,充分掌握和正确使用数字集成电路,用以构成数字逻辑系统,就成为数字电子技术的核心内容之一。
集成电路按集成度可分为小规模、中规模、大规模和超大规模等。
小规模集成电路(SSI)是在一块硅片上制成约1~10个门,通常为逻辑单元电路,如逻辑门、触发器等。
中规模集成电路(MSI)的集成度约为10~100门/片,通常是逻辑功能电路,如译码器、数据选择器、计数器、寄存器等。
大规模集成电路(LSI)的集成度约为100门/片以上,超大规模(VLSI)约为1000门/片以上,通常是一个小的数字逻辑系统。
现已制成规模更大的极大规模集成电路。
数字集成电路还可分为双极型电路和单极型电路两种。
双极型电路中有代表性的是TTL电路;单极型电路中有代表性的是CMOS电路。
国产TTL 集成电路的标准系列为CT54/74系列或CT0000系列,其功能和外引线排列与国际54/74系列相同。
国产CMOS集成电路主要为CC(CH)4000系列,其功能和外引线排列与国际CD4000系列相对应。
高速CMOS系列中,74HC 和74HCT系列与TTL74系列相对应,74HC4000系列与CC4000系列相对应。
必须正确了解集成电路参数的意义和数值,并按规定使用。
特别是必须严格遵守极限参数的限定,因为即使瞬间超出,也会使器件遭受损坏。
TTL器件的特点:1.输入端一般有钳位二极管,减少了反射干扰的影响。
2.输出电阻低,增强了带容性负载的能力。
3.有较大的噪声容限。
4.采用+5V的电源供电。
为了正常发挥器件的功能,应使器件在推荐的条件下工作,对CT0000系列(74LS系列)器件,主要有:(1)电源电压应 4.75~5.25V的范围内。
(2)环境温度在00C~700C之间。
(3)高电平输入电压V I H>2V,低电平输入电压V S L<0.8V。