數字電路設計中部分常見問題解析

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

21世紀是信息化時代，信息化時代又被稱為數字時代，而其支撐基礎就是數字電路，因此當前數字電路已被廣泛應用于各個領域。數字電路是實現邏輯功能和進行各種數字運算的電路，數字電路設計主要包括：分析要求、確定方案、設計電路、組裝調試等步驟。在各個設計步驟中，必然會遇到各式各樣的問題，下面擬對數字電路設計的一些常見問題進行解析。

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

圖1所示的電路可實現0～30 s雙向(即加減)計時，這是該電路的優點，因為目前常見的多為單向計時電路，圖2所示為其仿真波形。該電路包括秒脈沖發生器、計數器、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產生1 Hz的時鐘CP，經過時鐘控制電路去激勵兩個異步時序的74LS192開始計數，計數輸出給兩個74LS48進行譯碼，最后由2個七段數碼管完成計時顯示，而控制部分主要包括：開關K1和RS鎖存器完成計時開始和暫停、聯動開關K2～K5和單穩態電路完成加減計數時鐘切換和相應初值設定、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
在設計中，先對電路性能指標要求進行分析，然后確立設計方案(或原理框圖)，一般在此基礎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“聯系”起來最終實現所有的電路功能，在實際設計中這往往是一個令人頭痛的問題，相信許多設計者對此都有同感。
這里將此部分稱為控制方面的設計問題，實質要求為：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)進行設計。因此，關鍵步驟是：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)或狀態表(對時序邏輯電路而言)。
實際中，一般多屬于組合邏輯情況，即此時刻輸出狀態由此時刻輸入狀態決定，體現“即時”控制的內涵。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電路中當正向加計時到30 s或者反向減計時到00 s時要求實現LED告警功能。