现代电子系统设计课件复习

解：由摆率公式
正弦电压 可以推出
SR
dvo dt
vo Vom sin t
dvo SR Vom 2fV om dt
所以电压跟随器电路不失真的最大输出电压
Vom SR 0.5 10 6 1.6(V ) 4 2f 2 5 10
可见，当输入一个频率50kHz，幅度2V的正弦 波，其输出失真。
J 0 CQ2 Q1 C Q2 Q1
Q 1Q 0 CQ2 00 01 11 10 00 φ φ φ φ 01 0 1 0 0 11 0 1 1 1 10 φ φ φ φ Q 1Q 0 CQ2 00 01 11 10
J1 C Q2 C Q0
Q 1Q 0 CQ2 00 01 11 10
J 2 C Q0 C Q1
解决方法：
1. 锁相环的基本组成
锁相环的基本组成：由鉴相器PD、环路滤 波器LF、压控振荡器VCO组成。
vi
PD
vd
LF
vc
VCO
vo
参数计算
（1）频段划分
f o 5 10 4 / C ext
振荡频率范围为：0.5fo～1.12fo
计算
而VCO的最高频率是 16.384 14.62( MHz) 16.384MHz，故VCO最高 f oMAX 1.12 工作频率为： 该工作频率下的最 f 1MIN 0.5 f oMAX 0.5 14.62 7.31( MHz ) 小振荡频率为： VCO的最低频率是4MHz， f oMIN 4 8(MHz) 0.5 故VCO最低工作频率为： 该工作频率下的最高振荡 f 2 MAX 1.12 f oMIN 1.12 8 8.9(MHz) 频率为： f 可见：2 MAX f1MIN ，所以需要 Cext 1 5 10 4 34( pF ) 14.62 10 6 两个压控振荡器，每个压 5 10 4 控振荡器的外接电容值分 Cext 2 62( pF ) 6 8 10 别为：
使用大功率三极管直流电机控制电路
输入信号进行同步化的原因
a. 输入信号是非常短暂的异步信号，控制 器很可能根本捕获不到此异步信号。 b. 有的异步信号的持续时间也许并不短暂， 但输入信号总有一定的建立时间，系统应 在该输入信号达到稳定后才动作。 c. 条件输出是某一状态与输入信号相与的 结果，短暂的异步输入信号的条件输出可 能只持续很短的时间，以至于受控器无法 响应如此短暂的控制脉冲。
Contrl:{inputs: C type boolean; outputs: Q(3) type bit-vector; local objects: M(8,6) type bit-vector-array, D(3) type bit-vector} init: D←0； start: Q←0∥→6; 1: Q←1∥→3 if C/5; 2: Q←2∥→6 if C/3; 3: Q←3∥→2 if C/1; 4: Q←4∥→5 if C/6; 5: Q←5∥→1 if C/4; 6: Q←6∥→4 if C/2; 7: Q←7∥→start; end Contrl
2-5-3控制子系统的微程序设计
就是把控制子系统中每一个状态要输出的控制信 号以及该状态的转移去向按一定的格式编写成条 文，称其为微指令，将它们保存在存储器中，例 如ROM，EPROM等。运行时，按预定的要求逐 条取出这些微指令，从而实现控制过程。
输入 输出
ROM
D触发器
控制子系统的微程序设计
（2）摆率（转换速率）SR
摆率是表示运放所允许的输出电压Vo对时 间变化率的最大值。 转换速率通常用单位V /μs来表示。通用型 运放的转换速率规定在5V/μs以下，而转换 速率在5V/μs以上者即为高性能运放。
例
有一个以F007接成的电压跟随器电路，已 知集成运放F007的摆率SR＝0.5V/μs，请 问当输入一个频率50kHz，幅度2V的正弦 波，其输出失真吗？其不失真的最大输出 电压多少？
1. 使用jk触发器以硬件电路实现，写出设计过
程，画出电路图。 2. 采用微程序法用直接寻址法进行设计，画出 MDS图，列出微指令表并画出对应的电路图。 3. 采用微程序法用单测试双地址法进行设计， 写出RTL算法，列出微指令表并画出对应的 电路图。
正转111→000 →110 →010 →011 →001 →101 →100 →110
反转111→000 →110 →100 →101 →001 →011 →010 →110
（1）列出状态转换表
由于状态数为8，3位编码，需3个JK触发器，可以列出状态转换表如下：
（2）画出J、K的卡诺图并列出函数表达式
Q 1Q 0 CQ2 00 01 11 10 00 0 0 1 0 01 φ φ φ φ 11 φ φ φ φ 10 1 0 0 0 Q 1Q 0 CQ2 00 01 11 10 00 1 1 0 1 01 0 0 0 1 11 φ φ φ φ 10 φ φ φ φ Q 1Q 0 CQ2 00 01 11 10 00 1 φ φ 1 01 1 φ φ 0 11 0 φ φ 0 10 0 φ φ 1
外地址 条件 微地址产生器 （组合电路） LOAD 微地址寄存器 CSAR 微 地 址 产 生 器
DONE
微 控 制 器
控制存储器 CS
微指令寄存器 MIR 微控制信息 （微命令段） 译码器 控制信号 转移地址信息 （激励函数）
控制存储器 存放微指令。
微程序控制器主要由控制存储器CS、微地 址产生器和控制器三大部分组成。 在有的微指令中还有定时段，用以指示执 行该条微指令所需的时间周期。在该条微 指令操作完成以前，微地址的值不变。详 见51页图2-53 设计微程序控制器主要就是实现对微程序 的控制及编写微指令两wk.baidu.com工作。
例：数字频率计的设计
设计要求：
被测信号频率范围0.01Hz~200MHz 被测信号电平范围0.1~3V 显示4位数字 显示单位：Hz、kHz、MHz 能够正确显示小数点 能够连续测试，电路自动清零，自动记忆测量结果，并不 断重复测试过程 量程转换用数字电路实现 误差不大于1位数字 输入阻抗大于1MΩ，输入电容小于10pF 工作温度-20~+40℃，相对湿度小于90％
K 2 CQ0 CQ1 Q0 Q1 C Q0 C Q1
（3）画出完整的逻辑电路图
Q0 Q1 Q2
J0 CP K0
Q0
1
J1 CP
Q1
1
J2 CP
Q2
Q0
K1
Q1
K2
Q2
CP
≥1 & ≥1 & ≥1 & ≥1 &
C 1
Q0 Q0 Q1 Q1 Q2 Q2
直接寻址法
2. 设定C为控制变量，当C=0时，电路按顺 时针转动，当C=1时，电路按逆时针转动。 以状态编码作为控制器三相输出，其MDS 图如下：
2.5.3.3 微程序流的控制
微程序流的执行方法可以有许多种，如顺 序的、条件转移或无条件转移、循环或子 程序调用等，因此控制方法也是多样的， 这些方法集中到一点，即如何设计微程序 控制器中的微地址产生器。 微地址产生器如何根据当前的微指令及一 些相应的条件来确定下一条微指令的地址。
秒脉冲发生器
000 S0 C 100 S4 C 101 C S5 C C C S6 110 S1 001 C C C S2 C S3 011 C C 010 111 S7
单测试双地址
3. 设定C为控制变量，当C=0时，电路按顺时针转动，当 C=1时，电路按逆时针转动。 通过RTL算法可以发现，对应每条语句的编码和对应输出 的编码相一致，因此以状态编码作为控制器三相输出。 RTL算法:
用CD4060及32768晶振作为2Hz、4Hz、8Hz等 时钟脉冲源时，典型接线方法如下图，从计数器 输出端可以得到多种32.678kHz的分频脉冲。
集成运放的四个重要参数
（1）增益带宽乘积GBW
GBW=中频开环差模增益×上限截止频率
Avd 100
(dB)
-20dB/10倍频
根据运放的使用目的，在小信号状 态下和在大信号状态下，宽频带型 的定义是不同的。 在小信号条件下使用的运放是用单 20 位增益带宽（在开环状态下使其增 f 益下降到直流增益的0dB时所对应 0 fH fHf fT 的输入工作频率，用fT或GB表示） 来定义的。 在大信号条件下工作的运放是用最大输出带宽（不失真的最大输出的频 率）、或增益带宽积GBW（在开环增益下降至直流增益的－3dB时所 对应的输入信号频率称为增益带宽，增益带宽与增益的乘积就称为增益 带宽积）。 对于一个单极点放大器的频率特性而言，其GBW是一个常数。
（3）共模抑制比CMRR
此指标的大小，表示了集成运放对共模信号 （通常是一种干扰信号）的抑制能力。 定义为开环差模增益Avd和开环共模增益Avc之 比
Avd CMRR 20 lg (dB) Avc
（4）最大差模输入电压VidM和最大共 模输入电压VicM
VidM是运放两输入端间所能承受的最大差 模电压值。超过该值，输入级某一側的晶 体管将出现反向击穿现象。 VicM是两输入级能正常工作的情况下允许 输入的最大共模信号。当共模输入电压超 过此值时，集成运放便不能对差模信号进 行放大。
适用于系统很复杂，系统的MDS图中的状 态数目很多，输入、输出变量很多的情况。 与用硬件方法实现控制器相比其优点：设 计规范，易于模块化，便于二次集成，适 用于任何算法，也便于修改，非常灵活； 缺点：速度较慢，受ROM速度的约束。
微地址产生器产 2.5.3.1 微程序控制器典型结构 生下一条应执行 的微指令。 微控制器产 生局部时钟， 控制各寄存 器的操作， 接收数据子 系统的开启 或终止信号。
（1）系统模型描述法：用逻辑图、状态图、流程 图等来描述数字系统的方法。 ——该方法适用于相对简单的系统，这种系 统的输入、输出变量以及系统的状态都比较少， 所需要的寄存器也比较少。 （2）描述语言法：适用于当系统的输入、输出变 量增多、状态很多时，该描述语言表达的算法称 为系统的算法模型。
除“系统功能级”外，不同层次上的设计 描述和对象
00 φ φ φ φ
01 φ φ φ φ
11 1 1 1 0
10 0 0 1 0
00 φ 0 0 φ
01 φ 0 1 φ
11 φ 1 1 φ
10 φ 1 0 φ
K 0 CQ1 CQ2 Q1Q2 C Q1 C Q2
K 1 CQ2 CQ0 Q0 Q2 C Q2 C Q0
6.1 实用信号源的设计
信号源是电子系统设计、测试、维修所必 需的仪器。它的性能、指标、使用方法对 于广大电子线路工作者的工作有着重大影 响。因此，本节重点要求大家掌握信号源 的组成并能够自己设计一个高指标的信号 源。
频率预置与显示电路
输出电路
设计一个带能自启动的、具有正反转功能 的三相六拍步进脉冲分配电路。
行为处理级 寄存器传输级
性能指标 流程图 算法 寄存器传输方程 算法
逻辑方程 时序状态 微分方程 函数
处理器 控制器 存储器、总线等 ALU、数据选择器 寄存器、存储器等
门 触发器 晶体管 连线
逻辑级（门级）
电路器件级 （晶体管级）
行为描述
结构描述
数据子系统主要完成数据的采集、存储、运算处 理和传输；主要由存储器、运算器、数据选择器 等部件组成。 数字子系统的设计依据——系统功能的算法。 控制子系统是执行算法的核心，由一些组合逻辑 电路和触发器等元件组成，是一个具有记忆能力 的时序系统。 控制子系统的设计依据——系统功能及数据 子系统的要求。
1. 什么是电子系统？
电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的 混合型三种，无论哪一种电子系统，它们都是能 够完成某种任务的电子设备。
一般的电子系统由输入、输出、信息处理三大部 分组成，用来实现对信息的采集处理、变换与传 输功能。
2. 描述数字系统的方法
逻辑表达式、真值表、卡诺图、状态图等 MDS图