【正文】 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 1D C1 S T0 1D C1 R T1 1D C1 R T2 1D C1 R T3 CP X1 X2 X3 X4 X2 X3 Q0 Q1 Q2 Q3 F0 F1 F2 F3 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 67 （ 2）用多路選擇器 — 時(shí)序寄存器 — 譯碼器法： 控制器有 4個(gè)狀態(tài)（ T0 、 T T2 、 T3 ），需 2個(gè)觸發(fā)器，采用 DFF，并分別用 F0、 F1表示，需 2個(gè)四選一多路選擇器， 1個(gè) 2— 4線譯碼器： 將二進(jìn)制代碼 00， 01， 10， 11分別分配給 T0 、T T2 、 T3，控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表如下： 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 68 現(xiàn) 態(tài) 輸 入 次 態(tài) 輸 出 Q2 Q1 X1 X2 X3 X4 Q2 Q1 Z T0 0 0 216。 amp。 X2 X3 X4 Z T0 T3 00 11 0 1 10 01 0 1 0 1 T1 01 T2 10 X2X1 00 11 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 65 （ 1）用每態(tài)一個(gè)觸發(fā)器法： 控制器有 4個(gè)狀態(tài)（ T0 、 T T2 、 T3 ），需 4個(gè)觸發(fā)器，采用 DFF，并分別用 F0～ F3表示，由 ASM圖知： 12212231212230 )( XXTXXTTXXXXTTD ??????421321043232101 )( XXTXXTTXXXXXTTD ??????122212 XXTXTD ??43211223 XXXTXXTD ??321 XXTZ ?電路圖如下： 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 66 amp。 Q Q1的次態(tài)卡諾圖如下： 1 0 1 0 Q2 Q1 (b) Q1次態(tài)圖 1 0 1 0 Q2 Q1 (a) Q2次態(tài)圖 0 x+y x x x xy xy x+y 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 63 電路圖如下： amp。 1 0 0 0 0 216。 0 11 00 01 10 X=0 X=1 X=0 X=0 X=1 Y=0 X=1,Y=0 X=1,Y=1 X=1,Y=0 X=1,Y=1 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 61 （ 2）用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)控制器。 10 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 59 例 3 控制器的狀態(tài)圖示于下圖，它有四個(gè)狀態(tài)和兩個(gè)輸入端。 ASM圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 50 （ 1）用每態(tài)一個(gè)觸發(fā)器的方法 （ 2）用數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、譯碼器的方法 三、物理設(shè)計(jì) （ 1）用 GAL16V8實(shí)現(xiàn)的電路圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 51 VHDL實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)舉例 一、根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)控制器 圖 例 write idle decision read1 read2 read3 read4 ready_write ready ready burst ready burst ready ready 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 52 二、根據(jù) ASM圖設(shè)計(jì)控制器 圖 系統(tǒng)框圖 表 控制器原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 表 控制器簡(jiǎn)化的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 圖 飲料機(jī) ASM圖 圖 隱含表 圖 狀態(tài)簡(jiǎn)化后飲料機(jī) ASM圖 (一 )系統(tǒng)設(shè)計(jì) (二 )邏輯設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì) ASM圖 (三 )物理設(shè)計(jì) 用 VHDL語言描述 用 PLD實(shí)現(xiàn) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 53 三、根據(jù) ASM圖設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng) 圖 MAX+plusⅡ 編譯后產(chǎn)生的頂層圖形符號(hào) 交通燈 VHDL源程序 MAX+plusⅡ 仿真結(jié)果 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 54 （ a）控制、驅(qū)動(dòng)模塊 （ c）模 16計(jì)數(shù)器模塊 圖 MAX+plusⅡ 編譯后產(chǎn)生的低層圖形符號(hào) （ b）模 4計(jì)數(shù)器模塊 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 55 作業(yè)題 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 56 Z ← 0 X T1 T0 0 1 T4 X T2 0 1 X T3 0 1 X 0 1 Z←1 X T5 1 0 X T6 1 0 X 1 0 Z←1 例 1 設(shè)電路的輸入為 X，輸出為 Z，當(dāng) X在連續(xù)的四個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)輸入全“ 0”或全“ 1”時(shí)，輸出為“ 1”，否則輸出為“ 0”，試畫出該電路的 ASM圖。其功能如下： (1)公路上無車時(shí)，主干道 綠燈亮 ,公路 紅燈亮 ； (2)公路上有車時(shí)，傳感器輸出 C=1，且主干道通車時(shí)間超過最短時(shí)間，主干道交通燈由 綠 → 黃 → 紅 ，公路交通燈由 紅 → 綠 ； (4)假設(shè)公路綠燈亮的最長(zhǎng)時(shí)間等于主干道綠燈亮的最短時(shí)間，都為 16秒，若計(jì)時(shí)到 E=1；黃燈亮的時(shí)間設(shè)為 4秒，若計(jì)時(shí)到 F=1。乘數(shù)存于寄存器 Q中，被乘數(shù)存于寄存器 M中，求兩數(shù)之積的命令信號(hào)為 START， Z為 8位乘積。321 XXXZ ???A←0,C ←0 X0 A←AX A←A+X X0 A←AX A←A+X X0 A←AX C ←1 A←A+X C ←1 1 0 1 0 1 0 圖 算法流程圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 34 三、算法狀態(tài)機(jī)圖（ ASM圖） 按系統(tǒng)時(shí)序來描述系統(tǒng)的工作過程。 方框 ； 帶箭頭的直線 ； 標(biāo)注 ； 系統(tǒng)說明書 。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 26 （ 1）大寫英文字母 （ 2）方塊圖 A (a)寄存器 A An An1 … A2 A1 (b)寄存器 A的各個(gè)位表示 A (c)寄存器位編號(hào)表示 1 n 圖 寄存器方塊圖表示 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 27 1 amp。 導(dǎo)出 算法狀態(tài)機(jī)圖（ ASM圖）， 建立操作明細(xì)表。 明確設(shè)計(jì)任務(wù) 確定初始結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)算法 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 22 采用比較規(guī)范的形式來描述系統(tǒng)的邏輯功能。 （ 2）同步化處理的思路 ① 將異步輸入信號(hào)寄存； ② 讓同步化后的輸入與當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘的有效時(shí)刻同時(shí)出現(xiàn)，并保持一個(gè)時(shí)鐘周期。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 18 (1)模型 ① 組合網(wǎng)絡(luò) ② 狀態(tài)寄存器 （ Q） (2)設(shè)計(jì) 以 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 為設(shè)計(jì)依據(jù)。 IP核（ Intellectual Property —— 知識(shí)產(chǎn)權(quán)）： 封裝有 5000門以上的硅功能塊，是一種可重復(fù)利用的知識(shí)產(chǎn)品。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中盡量運(yùn)用概念（即抽象）去描述和分析設(shè)計(jì)對(duì)象，而不過早地考慮實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的具體電路、元器件和工藝，以抓住主要矛盾，避免糾纏在具體細(xì)節(jié)上。 二、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù) 功能描述； 。BU Combined） 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2 概述 一 、 數(shù)字系統(tǒng)的基本模型 二、數(shù)字系統(tǒng)時(shí)序約定 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 3 三、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 4 寄存器傳輸語言 (RTL) 一、傳輸操作 二、算術(shù)操作 三、邏輯操作 四、移位操作 五、條件控制語句 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 5 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他描述工具 一、方框圖 二、算法流程圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 6 三、算法狀態(tài)機(jī)圖（ ASM圖） 4. ASM圖與狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 ASM圖推導(dǎo)處理器明細(xì)表和控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（表） 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 7 例 4位數(shù)字乘法器的設(shè)計(jì) 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、邏輯設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì) ASM圖 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 8 (2)用數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、譯碼器的方法（用 MSI) (3)用每態(tài)一個(gè)觸發(fā)器的方法（用 SSI) (4)用 PLA的方法（用 LSI) (1)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法（用 SSI) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 9 PLD在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 一、使用 PLD器件的優(yōu)點(diǎn) 二、用 GAL實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 10 三、物理設(shè)計(jì) 例 交通燈管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、邏輯設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì) ASM圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 11 VHDL實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)舉例 一、根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)控制器 二、根據(jù) ASM圖設(shè)計(jì)控制器 三、根據(jù) ASM圖設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng) 例 1 例 2 例 3 例 4 作業(yè) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 12 第 12章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 一、數(shù)字系統(tǒng)概念 由若干數(shù)字邏輯部件構(gòu)成的能夠產(chǎn)生 、 存儲(chǔ) 、傳輸 、 處理數(shù)字信息的客觀實(shí)體 。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 14 （ TopDown） 系統(tǒng) 級(jí) → 子系統(tǒng)級(jí) → 部件級(jí) → 元件級(jí) 是一種概念驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法。BU Combined） 這種方法即能保證實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化的、清晰易懂的以及可靠性高、可維護(hù)性好的設(shè)計(jì)，又能減少設(shè)計(jì)的重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)率。 (3)數(shù)據(jù)處理器 (4)控制器 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 17 (1)模型 ① 組合網(wǎng)絡(luò) ② 寄存器組 ③ 控制網(wǎng)絡(luò) (2)設(shè)計(jì) 通過對(duì)系統(tǒng)邏輯的分析 ， 明確數(shù)據(jù)處理器的操作任務(wù) ， 作出數(shù)據(jù)處理器操作明細(xì)表 ， 以 操作明細(xì)表 作為設(shè)計(jì)依據(jù) 。 （ 1） 異步輸入信號(hào) ：早于或晚于當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘有效沿出現(xiàn)的輸入信號(hào)。 ※ 建立算法流程圖，表示解決問題的步驟。電路設(shè)計(jì)的結(jié)果常采用兩種方式來表達(dá)：電路圖方式、硬件描述語言方式 。 即表示了寄存器傳輸操作，又和硬件間有個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系的一種方便的設(shè)計(jì)工具。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 30 四、移位操作 ： X←SR （ A， X） ： X←SL （ X， A） X←SR （ X） X←SL （ X） 五、條件控制語句 P： IF（條件） Then（微操作 1） Else（微操作 2） 控制函數(shù) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 31 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他描述工具 一、方框圖 描述數(shù)字系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 入口點(diǎn) ； 出口點(diǎn) ； 傳輸框 ； 判斷框 A←A+B P B A （ d）判斷框 （ a）入口點(diǎn) （ b）出口點(diǎn) （ c）傳輸框 圖 流程圖符號(hào) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 33 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制器 C C A 組合電路 X T S 例 絕對(duì)值計(jì)算，計(jì)算 。 圖 算法流程圖轉(zhuǎn)為 ASM圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 37 ASM圖推導(dǎo)處理器明細(xì)表和控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（表） 圖 算法流程圖與 ASM圖 RESET?1 WAIT RESET?0 A?DATA