数字系统设计-1.ppt

1 2.3 数字系统设计方法论 2.3.1 自上而下的设计方法 自顶向下是指将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统规模较大，则还需将子系统进一步分解为更小的子系统和模块，层层分解，直至整个系统中各子系统关系合理，并便于逻辑电路级的设计和实现为止。 自上而下的设计方法是一种自顶向下，由抽象定义到具体实现，由高层次到低层次逐步转换，逐步求精的设计方法 系统级描述 算法级描述 功能级描述 逻辑级描述 系统级描述 行为级描述 寄存器传输级描述 门级描述 逐层分解功能 分层次进行设计 优点： 模块化设计 从上到下逐步由粗略到详细，符合常规的逻辑思维习惯。 高层设计同器件无关，设计易于在各种集成电路工艺或可 编程器件之间移植。 适合多个设汁者同时进行设计。用系统工程方法对设计任务进行合理分配，对设计进行管理。 易实现最优化设计 注意事项： 上级到下级转换的准确性 功能防真 时序防真 2.3.2 自下而上的设计方法 从现成的数字期间或子系统出发，根据用户的需求，对现有的 器件或子系统进行修改、扩大及相互连接，构成新的系统。 例、用半加器构成全加器 HA A B C S HA A B C S HA A B C S ≥1 Ci S A B C i-1 要求：必须有一定的经验 优点：1、设计时间短，设计成本低。 2、可以充分利用已有的设计成果。 缺点：很难保证系统结构的最优化。 自上而下/自下而上两种设计方法的选择和组合没有严格的规则可以遵循。视需要而定 2.3.3 自关键部件开始设计 找出待设计系统中，决定整个系统性能和结构的关键或核心部件。 例、设计一个复数乘法运算电路。 × × × × + + MR MI 这种设计方法实际上是前面 两种方法的结合和变形。 2.3.4 系统信息流驱动设计 数据处理单元 控制单元 待处理数据输入 处理后数据输出 控制序列信号 反馈应答信号 外输入控制信号 控制信号输出 CLK 控 制 流 数 据 流 以待处理的数据为中心 以系统控制过程为中心 系统数据流驱动设计 系统控制流驱动设计 1、系统数据流驱动设计 依据系统的技术要求，分析待处理数据所需进行的变换或 运算以数据的流程推动系统设计的进行。 例、设计一如图数据采集系统，图中M1-M8为8路模拟输入。 N1、N2两路8位数字量，OUT为系统串行输出（Ai、N1、N2 8*3串行组成），每0.1秒输出一条记录。 数据采集系统 M1 M8 N1 N2 OUT 1：Mi→Ai A/D转换 2：同时转换/逐个转换 3：如何有序输出 8位3选1 MUX 8位 并行/串行转换 8选1 模拟 开关 A/D 8位 M U X P/S 控制单元 Mi Mi Ai N1 N2 OUT 地址 地址 控制 控制 数字采集系统逻辑框图 2、系统控制流驱动设计 从用户要求出发，由应该实施的控制过程入手，确定系 统的控制流程，然后依据控制的要求及信号的格式，逐步导 出系统电路的实施方案。 例、设计一发电机自动发电控制系统。 控制过程：市电停电后自动启动，启动两分钟后检测发电 机的转速是否正常，不正常告警，正常则进入正常发电阶段。 此时，不断检测转速和电压，以此调整油量；如果转速/电压 超出一定的范围，告警并1分钟停机。 开始 停电 发启动信号 2 min？ 测量转速 告警 合格 调整油量 转速电压合格？ 告警 3min？ 停机 2 min？ Y N Y N Y N N Y Y N Y N IN1 OUT1 A/D IN2 OUT2 OUT3 D/A OUT4 2.4 数字系统算法的设计及算法的结构 2.4.1算法设计 1、算法推导考虑的主要因素 逻辑指标 非逻辑指标 最重要的指标，表达系统必须完成的逻辑功能 逻辑功能以外的 其他非逻辑约束 条件 工作速度 可靠性 系统资源大小 系统成本 例、4位乘法器的另一算法（累加法） RA=A RB=B RM=0 RA/RB=0 RM=RM+RA RB=RB-1 RB=0 开始 结束 递减计数器 比较器 累加器 寄存器 COUNT RM Adder 8 COMP 0 CP B A 8 8 4 8 * 第二章 数字系统设计方法 2.1 数字系统的基本概念 2.1.1 数字系统的基本结构 2.1.2 数字系统的基本模型 2.2 数字系统设计的一般步骤 2.2.1 数字系统设计的基本步骤 2.2.2 多级系统及其结构 2.3 数字系统设计方法论