在系統(tǒng)編程（ＩＳＰ）器件是在２０世紀(jì)９０年代出現(xiàn)的的可編程器件，它無(wú)須編程，可通過(guò)ＰＣ機(jī)經(jīng)電纜直接對(duì)安裝在用戶目標(biāo)版上的ＩＳＰ器件重復(fù)編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，它給電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和產(chǎn)生帶來(lái)了革命性的變化。

　　ＩＳＰ?。螅睿幔颍椋铩。樱螅簦澹硎牵蹋幔簦簦椋悖灏雽?dǎo)體公司的ｉｓｐＬＳＩ系列器件的開(kāi)發(fā)軟件，軟件內(nèi)除了基本邏輯器件庫(kù)外，還有一個(gè)較為完善的宏（ＭＡＣＲＯ）器件庫(kù)，每一個(gè)宏器件是一組預(yù)先編好存放在庫(kù)中的邏輯方程，它代表一個(gè)邏輯模塊，設(shè)計(jì)時(shí)可作為邏輯器件調(diào)用。充分利用宏器件可以使邏輯設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。

　　在進(jìn)行復(fù)雜邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干模塊，而每個(gè)模塊還可劃分為若干子模塊，設(shè)計(jì)時(shí)可由底層模塊開(kāi)始向上逐級(jí)設(shè)計(jì)、調(diào)試（或仿真），進(jìn)行頂層組裝調(diào)試。邏輯系統(tǒng)中的子模塊可以直接用ＡＢＥＬ－ＨＤＬ語(yǔ)言編輯，也可直接由電路圖編輯而成。以下簡(jiǎn)要介紹利用ｉｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ器件構(gòu)成的數(shù)字鐘控系統(tǒng)。

　　１　數(shù)字鐘控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

　　數(shù)字鐘控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示，數(shù)字鐘部分由秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)電路，上、下午（Ａ／Ｐ）轉(zhuǎn)換電路，譯碼顯示電路以及校時(shí)電路等組成。七只ＬＥＤ數(shù)碼管分別顯示上、下午和時(shí)、分、秒。鐘控部分由二—十進(jìn)制譯電路，時(shí)間選擇矩陣電路，定時(shí)電路以及發(fā)聲電路等組成。脈沖信號(hào)發(fā)生器提供秒脈沖和發(fā)聲高頻振蕩源。整個(gè)系統(tǒng)除了系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)、脈沖信號(hào)發(fā)生器、發(fā)聲電路以及ＬＥＤ數(shù)碼管外，其余部分（如虛線框內(nèi)所示）全部在一片ｉｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

　　圖１　數(shù)字鐘控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　?。病?shù)字鐘在ｉｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ內(nèi)的實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)字鐘內(nèi)部分是時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器，選用宏器件中的兩位十進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器ＣＤＵ３８分別構(gòu)成時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器。ＣＤＵ３８是一個(gè)由ＡＢＥ－ＨＤＬ語(yǔ)言編輯的兩位十進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器，其邏輯符號(hào)及功能表如圖２所示。輸出端：Ｑ７￣Ｑ０以８４２１ＢＣＤ碼形式輸出兩位十進(jìn)制數(shù)，ＣＡＯ為進(jìn)位輸出端。輸入端：ＣＬＫ為脈沖輸入端（上跳沿觸發(fā)），ＣＤ為清零端，ＣＡＩ為進(jìn)位輸入（計(jì)數(shù)容許）端，ＥＮ為選片使能端，ＬＤ為同步置數(shù)控制端，Ｄ７￣Ｄ０為置數(shù)輸入端?？梢酝ㄟ^(guò)“反饋置數(shù)”方式利用宏器件ＣＤＵ３８組成１００以內(nèi)的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

　　圖２　宏器件ＣＤＵ３８的邏輯符號(hào)（ａ）和功能表（ｂ）

　?。玻薄∶胗?jì)數(shù)模塊

　　秒計(jì)數(shù)器為一６０進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器，將ＣＤＵ３８的輸出端Ｑ６、Ｑ４、Ｑ３、Ｑ０通過(guò)與門(mén)２控制置數(shù)控制端ＬＤ，因?yàn)橹脭?shù)輸入端Ｄ７￣Ｄ０全部接“地”，所以當(dāng)計(jì)數(shù)器從０計(jì)數(shù)至５９時(shí)，ＬＤ端為高電平，為置數(shù)做好準(zhǔn)備。同時(shí)進(jìn)位輸出ＣＡＯ（取自ＬＤ端）也為高電平，可用做高位計(jì)數(shù)器的級(jí)連信號(hào)。當(dāng)?shù)冢叮皞€(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器置零，實(shí)現(xiàn)６０進(jìn)制計(jì)數(shù)。秒計(jì)數(shù)器子電路如圖３所示，圖中輸出端Ｑ７￣Ｑ０采用總線表示方式，其模塊符號(hào)見(jiàn)圖８數(shù)字鐘模塊中Ｉ－８。

　　圖３　秒計(jì)數(shù)器子電路

　?。玻病》钟?jì)數(shù)模塊

　　分計(jì)數(shù)器子電路如圖４所示，其模塊符號(hào)見(jiàn)圖８數(shù)字鐘模塊中Ｉ－７。分計(jì)數(shù)器也是一個(gè)６０進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器，其構(gòu)成思路與秒計(jì)數(shù)器相同，不再贅述。在分計(jì)數(shù)子電路中為ＣＤＵ３８輸出端配接了兩個(gè)輸出高電平有效的ＢＣＤ７段顯示譯碼子模塊（ＴＴＬ４７ＧＢ），可直接驅(qū)動(dòng)７段顯示ＬＥＤ數(shù)碼管。輸出高電平有效的ＢＣＤ７段顯示譯碼子模塊符號(hào)與用ＡＢＥＬ—ＨＤＬ語(yǔ)言編寫(xiě)的子程序如圖５所示。

　　圖４　分計(jì)數(shù)器子電路

　　圖５?。拢茫模范物@示譯碼電路模塊符號(hào)與子程序

　　２．３　時(shí)計(jì)數(shù)模塊

　　時(shí)計(jì)數(shù)器子電路如圖６所示，其模塊符號(hào)見(jiàn)圖８數(shù)字鐘模塊中Ｉ－５。時(shí)計(jì)數(shù)器也是利用ＣＤＵ３８通過(guò)“反饋置數(shù)”方式構(gòu)成。采用１２小時(shí)計(jì)時(shí)制，Ｑ４、Ｑ１經(jīng)與門(mén)Ｉ１９和Ｉ１１接止ＬＤ端，計(jì)數(shù)之間采用同步級(jí)連方式，當(dāng)Ｑ４和Ｑ１為“１”且進(jìn)位輸入端ＣＡＩ（接分計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出ＣＡＯ）為高電平，此時(shí)對(duì)應(yīng)時(shí)間為１２時(shí)５９分５９秒，這時(shí)ＣＤＵ３８的ＬＤ端為高電平，而Ｄ７￣Ｄ１接“地”，Ｄ０接高電平，因此在下一個(gè)秒脈沖到來(lái)之時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)值為０１（分、秒計(jì)數(shù)器均為００），實(shí)現(xiàn)１２進(jìn)制計(jì)數(shù)。

　　圖６　時(shí)計(jì)數(shù)器子電路

　　與門(mén)Ｉ１８的作用是當(dāng)時(shí)間為為１１時(shí)５９分５９秒時(shí)經(jīng)ＣＡＯ１２端輸出一高電平，用來(lái)控制上下午（Ａ／Ｐ）的轉(zhuǎn)換。

　?。玻础∩舷挛纾ǎ粒校┺D(zhuǎn)換模塊

　　圖７為Ａ／Ｐ轉(zhuǎn)換模塊符號(hào)與用ＡＢＥＬ－ＨＤＬ語(yǔ)言編寫(xiě)的子程序，模塊輸出端Ａ￣Ｇ直接與７段顯示ＬＥＤ數(shù)碼管相連，用來(lái)顯示Ａ或Ｐ。數(shù)碼管顯示Ａ?xí)r輸出端ＡＭＯ為高電平，顯示Ｐ時(shí)為低電平，用于時(shí)間選擇控制。輸入端ＸＺ控制Ａ、Ｐ顯示，輸入高電平顯示Ａ，低電平顯示Ｐ。ＭＤ為滅燈控制，當(dāng)計(jì)時(shí)采用２４進(jìn)制時(shí)，ＭＤ接低電平，Ａ￣Ｇ輸出全部為“０”，實(shí)現(xiàn)滅燈。模塊輸入輸出邏輯關(guān)系如圖７真值表（ｔｒｕｔｈ＿ｔａｂｌｅ）所示。

　　圖７?。粒修D(zhuǎn)換電路的模塊符號(hào)與子程序

　　２．５　數(shù)字鐘的組裝

　　對(duì)秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行組裝后形成的數(shù)字鐘子電路如圖８所示，其模塊符號(hào)見(jiàn)圖１１中Ｉ－２。秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器及Ａ／Ｐ轉(zhuǎn)換電路之間采用同步級(jí)連方式，秒脈沖同時(shí)引入各計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端（ＣＬＫ），利用低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端（ＣＡＯ）通過(guò)或門(mén)控制高位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)容許端（ＣＡＩ）。或門(mén)另一輸入端通過(guò)加高電平實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能，ＴＦ、ＴＳ、ＴＡＰ分別作為分、時(shí)、Ａ／Ｐ的校對(duì)控制端。

　　圖８　數(shù)字鐘子電路

　?。场r(shí)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　時(shí)控系統(tǒng)由二一十進(jìn)制譯碼電路、時(shí)間選擇矩陣組成。

　?。常薄《M(jìn)制譯碼電路

　　二—十進(jìn)制譯碼電路采用ＡＢＥＬ－ＨＤＬ語(yǔ)言編寫(xiě)而成，其輸入端（Ａ０￣Ａ３）接計(jì)數(shù)器輸出的８４２１ＢＣＤ碼，輸出端Ｙ０￣Ｙ９各對(duì)應(yīng)一組輸入ＢＣＤ碼，高電平有效，其電路模塊符號(hào)與子程序如圖９所示，用來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間選擇。

　　圖９　二—十進(jìn)制譯碼電路的模塊符號(hào)與子程序

　?。常病r(shí)間選擇矩陣

　　時(shí)間選擇矩陣子電路如圖１０所示，其模塊符號(hào)見(jiàn)圖１１鐘控系統(tǒng)中Ｉ－１。子電路的輸入端ＦＯ［７：０］分別接時(shí)鐘分計(jì)數(shù)器輸出端Ｑ７￣Ｑ０，ＳＯ［４：０］分別接時(shí)計(jì)數(shù)器輸出Ｑ４￣Ｑ０，輸入端ＡＭ接Ａ／Ｐ轉(zhuǎn)換電路的輸出端ＡＭＯ，用“１”和“０”狀態(tài)來(lái)區(qū)別上、下午。利用ＡＭ配合時(shí)、分譯碼器的輸出，經(jīng)與門(mén)進(jìn)行選擇，可選定２４小時(shí)內(nèi)任意時(shí)刻（本電路只選擇到分）。圖１０中人的時(shí)間選擇矩陣是一個(gè)學(xué)校上下課自動(dòng)打鈴系統(tǒng)，各與門(mén)所選擇的時(shí)間如圖所示，與門(mén)輸出經(jīng)或門(mén)處理后通過(guò)輸出端ＢＳＨ啟動(dòng)打鈴系統(tǒng)。

　　圖１０　時(shí)間選擇矩陣子電路

　　圖１１　鐘控系統(tǒng)

　?。础?shù)字鐘控系統(tǒng)構(gòu)成

　　在ＩＳＰ　Ｓｙｎａｒｉｏ?。樱螅簦澹碓韴D編輯窗口中將數(shù)字鐘與時(shí)間選擇矩陣連接后構(gòu)成的鐘控系統(tǒng)如圖１１所示。將輸入、輸出端定義完畢，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編譯并形成ＪＥＤ文件，然后到芯片ｉｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ－７０ＰＬＣＣ８４中。

　　輸入端ＴＡＰ、ＴＳ和ＴＦ通過(guò)外加高電平實(shí)現(xiàn)Ａ／Ｐ、時(shí)、分校正，ＣＤ和ＣＡＩ通過(guò)外加高電平實(shí)現(xiàn)清零和計(jì)時(shí)容許控制。系統(tǒng)由ＣＬＫ端輸入２Ｈｚ脈沖經(jīng)Ｄ觸發(fā)器Ｉ４７分頻，產(chǎn)生秒脈沖供數(shù)字計(jì)時(shí)。由ＧＰ端輸入高頻脈沖信號(hào)經(jīng)Ｄ觸發(fā)器Ｉ４６分頻在與門(mén)Ｉ６０控制下推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。ＢＫ端通過(guò)輸入高電平選通與門(mén)Ｉ６０實(shí)現(xiàn)發(fā)聲控制端。輸出端ＭＱ７￣ＭＱ０通過(guò)兩片７４ＬＳ４８驅(qū)動(dòng)兩只７段顯示數(shù)碼管作秒顯示。ＸＦ１３￣ＸＦ０直接驅(qū)動(dòng)兩只數(shù)碼管作分顯示。ＳＱ７￣ＳＱ０通過(guò)兩片７４ＬＳ４８驅(qū)動(dòng)兩只數(shù)碼管作時(shí)顯示。輸出端ＡＡ￣ＡＧ驅(qū)動(dòng)一只數(shù)碼管做Ａ／Ｐ顯示。用ＢＳＨ端定時(shí)輸出高頻脈沖經(jīng)功放電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲模擬打鈴。

　　系統(tǒng)上電后，首先將數(shù)字鐘校準(zhǔn)，ＢＫ端輸入高電平，當(dāng)選定時(shí)刻到來(lái)時(shí)時(shí)間選擇矩陣Ｉ１輸出端ＢＳＨ由低電平上跳為高電平，Ｄ觸發(fā)器Ｉ５８輸出高電平，選通與門(mén)Ｉ６０，揚(yáng)聲器發(fā)聲。發(fā)生持續(xù)時(shí)間由二—十進(jìn)制譯碼Ｉ３設(shè)定，本系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間為５秒，當(dāng)發(fā)聲時(shí)間持續(xù)至５秒時(shí)，Ｙ５端輸出低電平，關(guān)閉與門(mén)Ｉ６０，發(fā)聲停止。

　　５　結(jié)束語(yǔ)

　　以上介紹了利用ＣＰＬＤ器件ｉｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ采用在系統(tǒng)編程技術(shù)構(gòu)成數(shù)字鐘控系統(tǒng)的基本過(guò)程，本系統(tǒng)在東南大學(xué)ＳＥ－３型ＩＳＰ數(shù)字實(shí)驗(yàn)機(jī)上通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，只要設(shè)計(jì)出印刷電路板即可使該系統(tǒng)成為實(shí)際產(chǎn)品。實(shí)踐證明，在系統(tǒng)編程技術(shù)與新型可編程邏輯器件的結(jié)合，可以將一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)大部分功能在一片ＣＰＬＤ器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)，這不僅簡(jiǎn)化了數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，而且大大減少了系統(tǒng)所用器件的數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性與性價(jià)比。

　　請(qǐng)登陸: 維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng)（m.58mhw.cn） 瀏覽更多信息