半整数分频器与音乐发生器：数字系统设计实例详解

本章节深入探讨了数字系统设计中的几个重要实例，包括半整数分频器的设计、音乐发生器、2FSK/2PSK信号产生器、实用多功能电子表、交通灯控制器以及数字频率计。这些实例在实际工程应用中具有广泛用途，特别是在需要精确频率控制和信号生成的场景。 首先，7.1节重点讲解了半整数分频器的设计，特别针对非整数分频比的情况，如需将5MHz的时钟源转化为2MHz。通过采用可编程逻辑器件，设计一个模3计数器配合扣除脉冲电路，可以实现分频系数为2.5的小数分频，进而扩展到任意半整数分频。这种方法基于脉冲吞吐计数原理，通过组合不同分频比的整数分频器来达到目标频率。 小数分频的基本原理是通过控制单位时间内不同分频比的脉冲次数，确保输出频率稳定。例如，设计一个分频系数为10.1的分频器，可以巧妙地利用9次10分频和1次11分频来实现。然而，这种方法可能导致分频后的信号有较大抖动，所以当分频系数为N-0.5时，通过调整扣除脉冲的时间可以得到稳定的输出。 电路组成方面，半整数分频器通常由模N计数器（如带预置功能）、二分频器和异或门构成，如图7-1所示。模N计数器负责计数周期，二分频器将频率减半，而异或门则用于控制扣除脉冲的时机，确保输出频率稳定。 音乐发生器作为另一个实例，它在数字系统设计中常用于音频信号的合成和处理，可能涉及到音调生成、波形变换等技术，对于音频设备和软件开发至关重要。 2FSK/2PSK信号产生器则涉及数字通信领域，用于编码和传输数据，这两种调制方式是数字信号处理的基础，能够实现高效的数据传输。 实用多功能电子表的设计则展示了数字系统在日常生活中的应用，集成计时、计数、测量等功能，体现数字系统在精密测量领域的实用性。 交通灯控制器通过数字逻辑控制红绿灯的切换，是嵌入式系统和微控制器技术在交通运输管理中的具体实例，确保道路安全和交通效率。 最后，数字频率计是测试和测量设备中的常见组件，用于精确测量输入信号的频率，是现代电子设备不可或缺的组成部分。 这些实例共同展示了数字系统设计的理论与实践结合，既展示了理论知识的应用，也体现了数字系统设计在实际工程中的灵活运用和重要性。