數(shù)字電路設(shè)計中部分常見問題解析

摘要：借助一個雙向計時器的設(shè)計電路，以舉例的形式對數(shù)字電路設(shè)計中3個方面的常見問題進(jìn)行了較為詳盡地分析，并提出了一些見解，即針對控制設(shè)計方面在分析了其實(shí)質(zhì)要求的基礎(chǔ)上提出解決問題的關(guān)鍵是選取合適的輸入控制信號和正確列出真值表或狀態(tài)表，針對時序方面通過比較同步和異步的特點(diǎn)并指出可采用同步的“分頻”和異步的“級聯(lián)”完成設(shè)計，而針對引腳方面則解析了一般芯片中幾個特殊引腳并準(zhǔn)確闡述了其所蘊(yùn)含的不容易被理解的概念。
關(guān)鍵詞：問題解析；數(shù)字電路設(shè)計；控制；時序；引腳

21世紀(jì)是信息化時代，信息化時代又被稱為數(shù)字時代，而其支撐基礎(chǔ)就是數(shù)字電路，因此當(dāng)前數(shù)字電路已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。數(shù)字電路是實(shí)現(xiàn)邏輯功能和進(jìn)行各種數(shù)字運(yùn)算的電路，數(shù)字電路設(shè)計主要包括：分析要求、確定方案、設(shè)計電路、組裝調(diào)試等步驟。在各個設(shè)計步驟中，必然會遇到各式各樣的問題，下面擬對數(shù)字電路設(shè)計的一些常見問題進(jìn)行解析。

1 常見問題解析
文中借助學(xué)生設(shè)計的雙向(加減)計時器，如圖1所示，來探討電路設(shè)計中3個方面的常見問題。

圖1所示的電路可實(shí)現(xiàn)0～30 s雙向(即加減)計時，這是該電路的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槟壳俺Ｒ姷亩酁閱蜗蛴嫊r電路，圖2所示為其仿真波形。該電路包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、各種控制電路等幾個部分組成。具體為：由一個工作于多諧振蕩模式的NE555產(chǎn)生1 Hz的時鐘CP，經(jīng)過時鐘控制電路去激勵兩個異步時序的74LS192開始計數(shù)，計數(shù)輸出給兩個74LS48進(jìn)行譯碼，最后由2個七段數(shù)碼管完成計時顯示，而控制部分主要包括：開關(guān)K1和RS鎖存器完成計時開始和暫停、聯(lián)動開關(guān)K2～K5和單穩(wěn)態(tài)電路完成加減計數(shù)時鐘切換和相應(yīng)初值設(shè)定、LED和限值反饋控制電路完成告警、時鐘CP控制等。
1．1 控制方面
在設(shè)計中，先對電路性能指標(biāo)要求進(jìn)行分析，然后確立設(shè)計方案(或原理框圖)，一般在此基礎(chǔ)上選擇合適的功能器件是很容易搭建出各主要功能模塊的。但是，如何將各功能模塊間正確的“聯(lián)系”起來最終實(shí)現(xiàn)所有的電路功能，在實(shí)際設(shè)計中這往往是一個令人頭痛的問題，相信許多設(shè)計者對此都有同感。
這里將此部分稱為控制方面的設(shè)計問題，實(shí)質(zhì)要求為：邏輯上需要用一些信號(稱為控制信號)去決定某一個或一些信號(被控制信號)。對此的解決辦法是：把此部分看作一個簡單的邏輯電路(組合邏輯或時序邏輯)進(jìn)行設(shè)計。因此，關(guān)鍵步驟是：選取合適的輸入控制信號和正確列出真值表(對組合邏輯電路而言)或狀態(tài)表(對時序邏輯電路而言)。
實(shí)際中，一般多屬于組合邏輯情況，即此時刻輸出狀態(tài)由此時刻輸入狀態(tài)決定，體現(xiàn)“即時”控制的內(nèi)涵。文中就探討屬組合邏輯的控制，且以前述電路中的告警控制和時鐘控制為例。
1)告警控制
在圖1電路中當(dāng)正向加計時到30 s或者反向減計時到00 s時要求實(shí)現(xiàn)LED告警功能。