本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)發(fā)生模塊，具體是一種數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所使用的能夠產(chǎn)生BCD碼的信號(hào)發(fā)生模塊，屬于實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是電類專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，無論是電子信息類專業(yè)、計(jì)算機(jī)類專業(yè)還是自動(dòng)化專業(yè)均開設(shè)此課程，因此不言而喻的，與《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》相配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也非常重要。目前各級(jí)各類學(xué)校所廣泛使用的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(即數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱)通常體積較大，其電路板長(zhǎng)寬尺寸通常為40-60CM；并且數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱價(jià)格也較為昂貴。由于實(shí)驗(yàn)箱體積大、價(jià)格昂貴的兩大特點(diǎn)，使得學(xué)生課后無法像單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)板一樣將實(shí)驗(yàn)箱帶回宿舍自行學(xué)習(xí)，然而電子技術(shù)的學(xué)習(xí)又是需要由淺入深，不斷強(qiáng)化實(shí)踐的，課堂上能夠完成的實(shí)驗(yàn)通常是基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)深入體會(huì)電路原理并進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)。

造成數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱體積大價(jià)格昂貴的主要原因在于：數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱的電路板上通常會(huì)設(shè)置大量的信號(hào)產(chǎn)生模塊，例如單次脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊、各頻段連續(xù)脈沖產(chǎn)生信號(hào)，BCD碼信號(hào)產(chǎn)生模塊。而現(xiàn)有技術(shù)中，這些信號(hào)產(chǎn)生模塊均是由大量的中、小規(guī)模數(shù)字集成電路為核心實(shí)現(xiàn)的，例如產(chǎn)生BCD碼的信號(hào)產(chǎn)生模塊通常需要使用多片74161中規(guī)模集成電路及其他小規(guī)模器件，這就導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所需集成電路數(shù)量較大，這直接導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電 路板尺寸大，并且布局布線復(fù)雜，造價(jià)高。此外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中由于誤操作等原因也可能會(huì)損害相關(guān)集成器件，但是由于使用了大量的中、小規(guī)模數(shù)字器件也會(huì)造成設(shè)備檢修困難，這也是目前數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備損壞率高，影響教學(xué)效果的原因之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的是：怎樣提供一種使用器件數(shù)量少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉并且有利于設(shè)備檢修的用于數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的BCD碼信號(hào)發(fā)生模塊。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案。

一種用于數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的BCD碼信號(hào)發(fā)生模塊，其特征在于：包括CPLD控制器；

所述CPLD控制器包括十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)據(jù)選擇器模塊、分頻模塊和RS觸發(fā)器模塊；

所述RS觸發(fā)器模塊的置位端與單刀雙擲按鍵開關(guān)的第一固定端相連接，RS觸發(fā)器模塊的復(fù)位端與單刀雙擲按鍵開關(guān)的第二固定端相連接，單刀雙擲按鍵開關(guān)的活動(dòng)端接地；

RS觸發(fā)器模塊的置位端和復(fù)位端均與電源正極VCC相連接，RS觸發(fā)器模塊的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)選擇器模塊的第一數(shù)據(jù)輸入端相連接；

所述分頻模塊的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)選擇器模塊的第二數(shù)據(jù)輸入端相連接，分頻模塊的信號(hào)輸入端與晶體振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)輸出端相連接；

所述十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊的時(shí)鐘輸入端與數(shù)據(jù)選擇器模塊的輸出輸出端相連接，數(shù)據(jù)選擇器模塊的數(shù)據(jù)選擇端與撥碼開關(guān)相連接。

進(jìn)一步的，CPLD控制器采用MAX3000A芯片。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型中，將現(xiàn)有技術(shù)中需要使用多片中規(guī)模集成電路以及其他小規(guī)模集成電路才能實(shí)現(xiàn)的BCD信號(hào)發(fā)生模塊完全集成在CPLD控制器中，由于CPLD芯片內(nèi)部含有強(qiáng)大豐富的數(shù)字邏輯資源，因此只需要一片CPLD芯片便可以實(shí)現(xiàn)一路或者多路的BCD信號(hào)發(fā)生功能，相比現(xiàn)有技術(shù)本實(shí)用新型將使得數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置的尺寸得到大大降低，并且由CPLD芯片價(jià)格較低，因此也能夠使得數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置的成本得到降低。此外，相比現(xiàn)有技術(shù)由于使用器件數(shù)量減少，實(shí)驗(yàn)裝置整體電路的布局布線也會(huì)簡(jiǎn)化，這有利于實(shí)驗(yàn)裝置的檢修，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠得到有效的利用。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種用于數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的BCD碼信號(hào)發(fā)生模塊是數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)電路系統(tǒng)的重要組成部分。

本實(shí)用新型的核心器件為：CPLD控制器，當(dāng)然也包括CPLD控制器的外圍時(shí)鐘電路與電源電路；

CPLD控制器內(nèi)部設(shè)置有十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)據(jù)選擇器模塊、分頻模塊和RS觸發(fā)器模塊；

其中十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)據(jù)選擇器模塊、分頻模塊和RS觸發(fā)器模塊均可以通過原理圖設(shè)計(jì)方式調(diào)用現(xiàn)有模塊實(shí)現(xiàn)，具體的，在QUARTUS 2集成開發(fā)環(huán)境中通過原理圖設(shè)計(jì)的方式便可以調(diào)用各種基本的數(shù)字模塊，例如可以在期間庫(kù)中查找調(diào)用標(biāo)號(hào)為74192的模塊便可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊，但是該模塊與中規(guī)模集成電路74192芯片又有本質(zhì)差異，QUARTUS 2集成 開發(fā)環(huán)境中通過原理圖設(shè)計(jì)方式調(diào)用的74192模塊(十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊)是一個(gè)具有中規(guī)模集成電路74192芯片所有功能特點(diǎn)的模塊，本質(zhì)上是采用CPLD內(nèi)部的“與或”陣列實(shí)現(xiàn)的，QUARTUS 2會(huì)基于“與或”陣列原理將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊轉(zhuǎn)換為一個(gè)實(shí)際的電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然各模塊之間的電路連接關(guān)系也會(huì)被轉(zhuǎn)化為具體的電路連接。以上論述屬于CPLD的開發(fā)技術(shù)原理，在這里不再過多闡述。

具體電路連接關(guān)系如下：設(shè)置在CPLD內(nèi)部的RS觸發(fā)器模塊的置位端與設(shè)置在CPLD外部的單刀雙擲按鍵開關(guān)的第一固定端相連接，RS觸發(fā)器模塊的復(fù)位端與單刀雙擲按鍵開關(guān)的第二固定端相連接，單刀雙擲按鍵開關(guān)的活動(dòng)端接地；

RS觸發(fā)器模塊的置位端和復(fù)位端均與電源正極VCC相連接(當(dāng)然會(huì)分別通過一個(gè)設(shè)置在CPLD外部的電阻與電源正極VCC相連接)，RS觸發(fā)器模塊的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)選擇器模塊的第一數(shù)據(jù)輸入端相連接；

分頻模塊的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)選擇器模塊的第二數(shù)據(jù)輸入端相連接，分頻模塊的信號(hào)輸入端與晶體振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)輸出端相連接；

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊的時(shí)鐘輸入端與數(shù)據(jù)選擇器模塊的輸出輸出端相連接，數(shù)據(jù)選擇器模塊的數(shù)據(jù)選擇端與撥碼開關(guān)相連接。

本實(shí)用新型的工作原理如下：

本實(shí)用新型的BCD碼信號(hào)輸出有兩種方式：(1)手動(dòng)控制輸出。也即是通過外部的單刀雙擲按鍵開關(guān)控制BCD碼信號(hào)依次輸出，單刀雙擲按鍵開關(guān)按下一次輸出一個(gè)BCD碼，這種方式適用于學(xué)生分段觀察BCD碼的輸出值之間的差異。(2)自動(dòng)連續(xù)輸出。晶體振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過分頻后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊連續(xù)輸出所有BCD碼，這種方式可以使得學(xué)生能夠很好的觀察到BCD碼的循環(huán)。兩種方式的基本工作原理如下：

手動(dòng)控制輸出方式：如圖1所示，單刀雙擲按鍵開關(guān)是一種具有彈性按鍵工作特點(diǎn)的單刀雙擲開關(guān)，沒有被按動(dòng)時(shí)活動(dòng)端與第二固定端穩(wěn)定接觸， 被按下后活動(dòng)端與第一固定端穩(wěn)定接觸，松開后活動(dòng)端又回復(fù)到與第二固定端穩(wěn)定接觸。因此當(dāng)單刀雙擲按鍵開關(guān)沒有被按下時(shí)RS觸發(fā)器模塊的置位端獲得的電平為高電平，RS觸發(fā)器模塊的復(fù)位端獲得的電平為低電平(RS觸發(fā)器模塊的置位端和復(fù)位端均以低電平為有效信號(hào))，此時(shí)，RS觸發(fā)器模塊的信號(hào)輸出端輸出低電平，當(dāng)單刀雙擲按鍵開關(guān)被按下后，顯然的RS觸發(fā)器模塊的信號(hào)輸出端輸出高電平，并且隨著松開后活動(dòng)端又回復(fù)到與第二固定端穩(wěn)定接觸，RS觸發(fā)器模塊的信號(hào)輸出端輸出的高電平消失，因此，綜上，單刀雙擲撥碼開關(guān)被按下一次，RS觸發(fā)器模塊的信號(hào)輸出端發(fā)送出一個(gè)單次脈沖，該單次脈沖經(jīng)過數(shù)據(jù)選擇器模塊送入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊的時(shí)鐘輸入端，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)加一，實(shí)現(xiàn)BCD碼的輸出(從0000到1001)，當(dāng)然十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊的清零端和置數(shù)端應(yīng)當(dāng)設(shè)置為無效，使能端設(shè)置為有效，這些都是通過將相應(yīng)端口與電源VCC或者地GND進(jìn)行連接來實(shí)現(xiàn)的。

手動(dòng)控制輸出方式：晶體振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)輸出端輸出時(shí)鐘信號(hào)(通常選用4MHZ或者8MHZ)經(jīng)過分頻模塊分頻后再經(jīng)過二選一數(shù)據(jù)選擇器模塊送入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊的時(shí)鐘輸入端，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊便會(huì)連續(xù)的輸出BCD碼。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器模塊的其他設(shè)置情況如前所述，此處不再贅述。

無論采用以上哪種方式都需要經(jīng)過二選一數(shù)據(jù)選擇器模塊進(jìn)行選擇，具體的數(shù)據(jù)選擇器模塊的數(shù)據(jù)選擇端與撥碼開關(guān)相連接，使用者可以通過手動(dòng)選擇的方式?jīng)Q定選用何種BCD碼輸出。

輸出的BCD碼信號(hào)可以送往4個(gè)LED燈進(jìn)行觀察，也可以送往數(shù)碼管譯碼器以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管循環(huán)顯示0-9。

本實(shí)用新型的使用方式是：作為數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能模塊被使用，考慮到CPLD芯片強(qiáng)大的數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)能力，本實(shí)用新型中的CPLD控制器內(nèi)還可以設(shè)置其他的功能模塊，例如各種頻率的脈沖號(hào)發(fā)生模塊等等，總之多數(shù)原數(shù)字技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)電路板上采用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)的功能模塊均可以集成在本實(shí)用新型的CPLD控制器中。本實(shí)用新型除了可以應(yīng)用到 數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中也可以應(yīng)用到諸如單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等其他硬件設(shè)計(jì)課程的試驗(yàn)系統(tǒng)中。

當(dāng)然需要指出的的是，本實(shí)用新型還具有一個(gè)數(shù)據(jù)下載模塊，CPLD控制器通過數(shù)據(jù)下載模塊可以與計(jì)算機(jī)相連接，以便計(jì)算機(jī)將電路數(shù)據(jù)下載到CPLD中使得CPLD實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所述的電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)可編程邏輯器件原理，在數(shù)字技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要升級(jí)或者更新時(shí)，通過數(shù)據(jù)下載模塊便可實(shí)現(xiàn)CPLD內(nèi)部電路更新與升級(jí)，比如根據(jù)需要可輕松實(shí)現(xiàn)多路BCD信號(hào)輸出，這也是本實(shí)用新型的一個(gè)重要特點(diǎn)。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。