文档介绍：第11章数字系统设计
§11-1 数字系统设计概述
§11-2 ASM图、MDS图以及ASM图至MDS图的转换
§11-3数字密码引爆器系统设计
§11-4数字系统设计实例
小结
一、数字系统基本组成
第一节数字系统设计概述
控制器
电路
电脑
受控
电路
计数运算
逻辑运算
应答信号
控制信号
系统核心(最小)
输入
输出
接口
数据输出
存
储
器
数据输入
注:规模庞大并不意味是一个系统,如存储器,只是一个功能部件。也许
由几片MSI构成的电路,包括控制器和受控器就是数字系统。
二、传统数字系统设计方法
试凑法:由真值表、卡诺图、布尔方程、
状态表和状态图描述电路的功能
小规模
规模较大
试凑法:
凭借设计者的经验
试凑法:不合适
寻找更合适
的设计方法
可以
三、现代数字系统设计方法
从上至下(from top to down):
设计者从整个系统逻辑出发,进行最上层的系统设计,
而后按一定的原则将全局系统分成若干子系统,逐级向下
,再将每个子系统分为若干个功能模块、子模块、基本模块。
优点:
适合大规模数字系统系统设计,使得设计步骤之间相互联系越来越紧密、协调,以求数字系统获得良好的性能和正确的结果。
四、现代数字系统设计流程
计算机辅助分析与设计(CAD)
早期电子设计自动化(EDA)
近期EDA工具
从上层系统级开始,对电路功能描述,从上至下地跨越各个层次完成整个设计。
近几年来,划分、综合、验
证等都由EDA完成。EDA软
件还在优化、发展,使从上至
下的设计方法得到广泛的应用。
第二节 ASM图、MDS图以及ASM图至MDS图的转换
一、ASM图
ASM(Algorithmic State Machine)算法流程图
建立ASM图是数字系统的关键步骤
1. ASM图符号
ASM图表面上和软件流程图相似, 但ASM图有时间序列,
即每隔规定的数量脉冲转到下一状态。
(1)状态框
名称
101
IN ← X
AC ← 0
Sr = 1
000
(P)
001
(Q)
010
(R)
每隔规定的数量脉冲转到下一状态
(2)条件分枝框(判断框)
当控制算法存在分枝时,次态不仅决定于现态,还与现态的外输入有关。表示条件分枝的符号用菱型表示。
X
1
0
(A)
(B)
(C)
X
1
0
(3)条件输出框
(P)
(Q)
(R)
X
1
0
Z1
Z2
上述三种符号构成了ASM图所需要的基本符号
2. ASM图的硬件实现
例1:已知ASM图如图所示,用PLA阵列和一定数量的
D触发器实现
(P)
(Q)
(R)
X
1
0
Z1
Z2
00
10
11
(1)ASM图有三个状态,
故有两个状态变量Q2Q1
(2)一个外输入X、两个输出
Z1和Z2,两个D触发器。
(3)下面分析状态转换表
现态
次态
输出
Q2 Q1 X
Q2 n+1 Q1 n+1
Z1 Z2
0 1 x
0 0 1
0 0 0
1 0 x
1 1 x
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
输出方程:
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
驱动方程:
由此可得PLA硬件逻辑图
二、MDS图
MDS图与状态图十分相似,且扩展了状态图的功能,又简练了
状态图。MDS图表现设计过程时,既方便清晰又具有较大的灵活性。
1. MDS图符号
Si
表示状态图
Si
Sj
只要时钟CP的有效沿到来,表示状态Si无条件转换到状态Sj
只要时钟CP的有效沿到来,表示状态Si在条件E下转换到状态Sj
E可以是积项, 布尔表达式等。
Si
Sj
E
Si
Z↑
表示进入状态Si时,输出Z变成有效
Si
Z↓
表示进入状态Si时,输出Z变成无效
Si
Z↑↓
表示进入状态Si时,输出Z有效;退出时,输出Z无效
Si
Z↑↓=Si•E
如果条件E满足,进入状态Si时,输出Z有效;
退出时,输出Z无效