【正文】 D0 D1 D2 D3 A1 A0 Y 189。 在底層遇到的問題找不到解決辦法時，必須退回到它的上一級去甚至再上一級去，通過修改上一級的設計來減輕下一級設計的困難。 1 同步 時鐘 異步 寄存 脈寬小于時鐘周期 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 86 系統(tǒng) 輸 出 輸 入 … … （ a）一般方框圖 控制器 C 數(shù)據(jù)采集 輸入 數(shù)據(jù)處理 C 輸出 數(shù)據(jù)顯示 數(shù)據(jù)打印 （ b）系統(tǒng)分解圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 87 （ C）進一步細化方案 控制器 C 數(shù)據(jù)采集 輸入 數(shù)據(jù)處理 C 輸出 數(shù)據(jù)顯示 數(shù)據(jù)打印 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 88 （ d）數(shù)據(jù)處理模塊的細化 輸入 /輸出接口 C M寄存器 A寄存器 ALU C C C 圖 一個智能儀表的方框圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 89 寄存器操作或輸出 符號 二進制代碼 （ a）狀態(tài)框 （ b）實例 R ← 0 START 011 T3 圖 狀態(tài)框 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 90 條件 分支 分支 0 1 分支 分支 0 1 條件 圖 判斷框 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 91 X1 X2 0 11 T1 T2 T3 T4 10 （ a）真值表圖解分支表示 0 1 T1 X1 T2 T3 T4 X2 0 1 （ b）變量優(yōu)先級分支表示 圖 判斷框 3個分支表示 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 92 圖 條件框舉例 START T1 T2 010 0 1 001 E R←0 圖 條件框 寄存器操作 或輸出 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 93 圖 ASM塊 A←A+1 T1 T2 010 0 1 001 E R←0 F T4 100 T3 011 0 1 001 100 011 010 00/ 01/ 1 / EF/ 圖 等效狀態(tài)圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 94 例 一個數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理器有 2個觸發(fā)器 E和 F及 1個二進制計數(shù)器 A，計數(shù)器的各個位分別用A A A A1標記， A4為最高位， A1為最低位。 216。 保持 1 1 1 1 ↑ 計數(shù) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 113 M1 M0 P T CR LD Q1 Q0 B3～ B0 S3～ S0 A3～ A0 4 M1 M0 4 開關 D M1 M0 圖 乘法器數(shù)據(jù)處理器電路 4 SHIFT SHIFT amp。 0 216。 Q2 Q1 (a) Q2次態(tài)圖 0 1 0 S1 0 1 S3 216。 amp。 1 216。 C1 1J 1K C1 1J 1K RD RD S CLR CK 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 131 F 0 0 1 1 F 1 1 1 1 T3 E+C E74139 CLK CLR Q1 Q2 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 133 根據(jù) ASM圖 ，產(chǎn)生 S信號的條件為： amp。 系統(tǒng)時鐘； c:in std_logic。 c:in std_logic。 ponent count4 模 4計數(shù)器模塊 port(ck:in std_logic。 e:out std_logic)。 use 。 計數(shù)器啟動信號 st0,st1,st2,st3:out std_logic)。event and ck=39。 when t1 = if f=39。 and c=39。 then state = t0。 or( e=39。 then state = t1。 then state = t0。 fg,fy,fr:out std_logic。 end traffic_top_rtl。 s:in std_logic。 st0,st1,st2,st3:out std_logic)。 end trafficcontrol_top。 頂層模塊描述 ， 其中包括 3個低層模塊 。74153 1D C1 R 1 A0 A1 Y0 T0 1 Y1 T1 1 Y2 T2 1 Y3 T3 Y 1D C1 R 1 0 1 F D0 D1 D2 D3 A1 A0 Y 189。 E F 圖 定時器電路圖（組合輸出） 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 130 圖 定時器電路圖（時序輸出） 5V CLR 74161 A B C D CR T P LD Q2 S Q3 Q1 Q0 CK(秒脈沖） QCC amp。 0 216。 amp。 216。 216。 保持 1 1 216。 （ 3） 第 i位的部分積相對于第 i1位的部分積求和時左移一位 。 寄存 一個時鐘周期 延遲 同步 時鐘 異步 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 85 一種同步化電路 amp。 每個子系統(tǒng)、部件或子部件應設計成在功能上相對獨立的模塊，而且對某個模塊內(nèi)部進行修改時不應影響其他的模塊。 216。 216。 216。 amp。74153 1D C1 R Y 1D C1 R D0 D1 D2 D3 A1 A0 Y 189。 216。試按上述條件畫出一個部分 ASM圖。 選元器件 求表達式 電路設計 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 46 (4)用 PLA的方法（用 LSI) ASM圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 選元器件 求表達式 邏輯設計 電路設計 PLA編程表 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 47 PLD在數(shù)字系統(tǒng)設計中的應用 (1)減小系統(tǒng)的硬件規(guī)模； (2)提高系統(tǒng)的可靠性； (3)提高系統(tǒng)的工作速度； 一、使用 PLD器件的優(yōu)點 (6)降低設計成本； (7)增加系統(tǒng)的保密性能。 描述算法。）； (4)用 PLD實現(xiàn)； (1)用通用集成電路和印刷電路板實現(xiàn)； 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 24 系統(tǒng)任務分析 確定算法 系統(tǒng)（模塊）劃分 確定數(shù)據(jù)處理器明細表、控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 推導 ASM圖 選擇合理器件和連接關系以實現(xiàn)系統(tǒng)邏輯要求 用實際器件實現(xiàn)系統(tǒng)設計 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 25 寄存器傳輸語言 (RTL) 所存信息的處理和存貯。 ※ 劃分系統(tǒng)的控制單元和受控單元，確定初始結(jié)構(gòu)框圖。 (2)輸出接口：輸出整個系統(tǒng)的各類信號 。 缺點 ：設計人員的思想受控于現(xiàn)成可用的元件，不容易實現(xiàn)系統(tǒng)化的、清晰易懂的以及可靠性高、可維護性好的設計。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 13 三、數(shù)字系統(tǒng)的設計方法 （ Bottomup） 元件級 → 部件級 → 子系統(tǒng)級 → 系統(tǒng) 級 優(yōu)點 ：可以繼承使用經(jīng)過驗證的、成熟的部件與子系統(tǒng)，從而可以設計重用，減少設計的重復勞動，提高設計生產(chǎn)率。如： MPEG、 DSP、 DRAM、PCI、 USB… 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 16 概述 一 、 數(shù)字系統(tǒng)的基本模型 (1)輸入接口：完成信號轉(zhuǎn)換、同步化處理等 。 （ 3）同步化電路 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 21 三、數(shù)字系統(tǒng)的設計步驟 ※ 確定輸出和輸入之間的關系，找到實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的 設計原理和方法 ，有時還要考慮設計者的習慣和要遵循的規(guī)則、技術規(guī)范。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 23 (2)用掩模 ASIC實現(xiàn)（即在硅片上制作專用集成電路）； (3)用 MCM實現(xiàn)（ Multichip Module ：多芯片模塊，即用多片未封裝的硅電路片，在陶瓷片經(jīng)二次集成后的模塊。 圖 一個智能儀表的方框圖 Pentium PC 結(jié)構(gòu)框圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 32 二、算法流程圖 注意：與電路的時序無對應關系。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 41 一、系統(tǒng)設計 （ 2） 手算過程 (一次相加 ) （ 1）算法規(guī)律 （ 4） 部分積左移 算法流程圖與系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)圖 （ 5） 部分和右移 算法流程圖與系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)圖 （ 3） 電路實現(xiàn)過程 (多次相加 ) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 42 二、邏輯設計和電路設計 ASM圖 操作明細表 選元器件 求表達式 邏輯設計 電路設計 ASM圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 43 (1)傳統(tǒng)設計方法（用 SSI) ASM圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 選元器件 求表達式 邏輯設計 電路設計 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 44 (2)用數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、譯碼器的方法（用 MSI) ASM圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 選元器件 求表達式 邏輯設計 電路設計 ① 框圖 ② 具體電路 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 45 (3)用每態(tài)一個觸發(fā)器的方法（用 SSI) 不需要進行狀態(tài)分配，不用列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。 ASM圖 1 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 57 Z ← 0， CNT ← 0 X CNT ← CNT+1 T1 T0 0 1 T2 X 0 1 1 0 Z←1 CNT=2 CNT ← CNT+1 X 0 1 1 0 Z←1 CNT=2 ASM圖 2 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 58 例 2 在 T1狀態(tài)下，如果控制輸入 Y和 Z分別等于 1和 0，系統(tǒng)實現(xiàn)條件操作 —— 寄存器增 1，并切換到狀況 T2。 將二進制代碼 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： 1 0 1 0 1 0 216。 ≥1 x y D0 D1 D2 D3 A1 A0 Y 189。 amp。 0 216。 1 1 0 1 0 0 1 216。 216。 x2 x3 Z 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 71 進行分解時，須遵循下列原則，才能得到一個系統(tǒng)化的、清晰易懂的、可靠性高、可維護性好的設計： （ 1）正確性和完備性原則 檢查指標所要求的各項功能是否都實現(xiàn)了，且留有必要的余地，最后還要對設計進行適當?shù)膬?yōu)化。 參考教材 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設計基礎 79 輸出接口 數(shù)據(jù) 處理器 輸入接口 輸入接口 控制器 輸出接口 外部輸入控制信號 時鐘 輸入信號 狀態(tài)信號 控制信號 數(shù)字邏輯子系統(tǒng) 輸出信號 外部輸出控制信號