【正文】 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。 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。 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。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。 方框 ； 帶箭頭的直線 ； 標(biāo)注 ； 系統(tǒng)說明書 。 導(dǎo)出 算法狀態(tài)機(jī)圖（ ASM圖）， 建立操作明細(xì)表。 （ 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。 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。 二、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù) 功能描述； 。 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。 (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) 。 ※ 建立算法流程圖，表示解決問題的步驟。 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。 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 。 (4)提高系統(tǒng)的靈活性； (5)縮短設(shè)計(jì)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) 48 (3)公路上無車，或有車，且公路通車時(shí)間超過最長時(shí)間，則主干道交通燈由 紅 → 綠 ，公路交通燈由 綠 → 黃 → 紅 ； 例 設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈管理系統(tǒng)。 YZ REG←REG+1 T1 T2 01 11 10 0216。 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 T1 1 0 216。74153 CLK CLR Q1 Q2 x 0 x y ≥1 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) 64 例 4 分別用 每態(tài)一個(gè)觸發(fā)器法 ， 多路選擇器 — 時(shí)序寄存器 — 譯碼器法 設(shè)計(jì)右圖所示 ASM圖的控制器。 amp。 1 0 0 0 1 216。 0 0 0 1 0 1 0 216。 0 0 0 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) 69 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 x1 ⊙ x2 0 1 0 x2 x2+x3x4 x1x2 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) 70 電路圖如下： amp。 （ 2）模塊化、結(jié)構(gòu)化原則 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) 72 （ 3）問題不下放原則 在某一級(jí)的設(shè)計(jì)中如遇到問題時(shí)，必須將其解決了才能進(jìn)行下一級(jí)的設(shè)計(jì)。 PB PB﹡ 1D C1 Q Q CP amp。 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) 102 運(yùn)算過程 算式說明 1 0 1 0 被乘數(shù) 1 1 0 1 乘數(shù) 1 0 1 0 第一部分積 0 0 0 0 第二部分積 1 0 1 0 第三部分積 + 1 0 1 0 第四部分積 1 0 0 0 0 0 1 0 乘積 =部分積之和 表 乘法的手算過程 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) 103 運(yùn)算過程 算式說明 1 0 1 0 被乘數(shù) 1 1 0 1 乘數(shù) 0 0 0 0 0 0 0 0 累加器初始內(nèi)容 + 1 0 1 0 第一部分積 0 0 0 0 1 0 1 0 第一部分和 + 0 0 0 0 第二部分積 0 0 0 0 1 0 1 0 第二部分和 + 1 0 1 0 第三部分積 0 0 1 1 0 0 1 0 第三部分和 + 1 0 1 0 第四部分積 1 0 0 0 0 0 1 0 乘積 =第四部分和 表 累計(jì)部分積的乘法過程 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) 104 START =1 Q=0 Qr=1 A←A+M Q←SR(Q) M←SL(M) Y Y Y (a)算法流程圖 N N N 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) 105 圖 乘法器的算法與結(jié)構(gòu) (b)結(jié)構(gòu) A1 … Ar Ar+1 … A2r 組合邏輯 控制器 累加寄存器 乘數(shù)寄存器 加法命令 被乘數(shù)寄存器 左移命令 右移指令 M1 … Mr Mr+1 … M2r Q1 … Qr 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) 106 (a)結(jié)構(gòu) M 組 合 電 路 CNT 控制器 S C START Z Q1 … Qr A0 … Ar 乘數(shù)寄存器 被乘數(shù)寄存器 累加寄存器 計(jì)數(shù)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) 107 圖 乘法器的算法與結(jié)構(gòu) (b)算法流程圖 START =1 CNT←0,A←0 Qr=1 A←A+M A←SR(A),Q←SR(Ar,Q),CNT←CNT+1 CNT= r Y Y Y N N N 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) 108 圖 乘法器的初始結(jié)構(gòu)圖 (a)控制器 控制器 CLR ADD SHIFT S1（ START） S2（ Qr） S3（ CNT=3） (b)數(shù)據(jù)處理器 并加器 M A Q CNT A0 Qr 0 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) 109 圖 乘法器的 ASM圖 S1 S2 SHIFT 1 0 0 0 T0 T1 T2 1 10 01 1 00 CLR ADD S3 START =1 CNT←0,A←0 Qr=1 A←A+M A←SR(A),Q←SR(Ar,Q),CNT←CNT+1 CNT= r Y Y Y N N N 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) 110 操 作 表 狀態(tài)變量表 控制信號(hào) 操作 狀態(tài)變量 定義 NOP 無操作 S1 START CLR A←0,CNT←0 S2 Qr ADD A←A+M SHIFT A←SR(A)， Q←SR(Ar,Q)， CNT←CNT+1 S3 CNT=3 表 乘法器明細(xì)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) 111 表 74194功能表 置數(shù) 1 1 左移 0 1 右移 1 0 保持 0 0 功能 M0 M1 表 M M0真值表 1 0 SHIFT 1 1 ADD 1 1 CLR M0 M1 控制信號(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) 112 表 74163功能表 CR LD P T CP 功能 0 216。 0 216。 0 1 CLR T1 0 1 216。 1 0 0 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) 115 圖 次態(tài)圖 0 1 0 0 1 1 0 216。 ≥1 amp。 1 0 0 1 0 0 0 0 1 216。 E F ≥1 T1 T3 ≥1 T0 T2 amp。74153 189。 entity trafficcontrol_top is port ( ck:in std_logic。 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) 144 architecture traffic_top_rtl of trafficcontrol_top is ponent trafficcontrol 控制 、 驅(qū)動(dòng)模塊 port(ck:in std_logic。 end ponent。 clr:in std_logic。 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) 145 控制 、 驅(qū)動(dòng)模塊源程序 library ieee。 s:out std_logic。 elsif(ck39。 end if。0