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第九章 数字系统设计 一、数字系统基本组成 二、传统数字系统设计方法 三、现代数字系统设计方法 将ASM图改成MDS图 得到6个激励方程和有关输出方程如下： * §9-1 数字系统设计概述 §9-2 ASM图、MDS图以及ASM图至MDS图的转换 §9-3数字密码引爆器系统设计 §9-4数字系统设计实例 小结 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。 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 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 2. 状态图到MDS图 这是一个莫尔型电路，三个状态A、B、C和 输出Z1Z2依次为01、11、00。这说明： A态到B态时，Z1由0变1，Z1有效； B态到C态时，Z1由1变0，Z1无效。 Z1↑↓ 同理： C态到A态时，Z2由0变1，Z2有效； B态到C态时，Z2由1变0，Z2无效 Z2↑ Z2↓ 加了三个输入X1、X2、X3的 情况。 现在再考虑有条件输出的情况：