数字电路 第12章(4学时).ppt

第十一章 数字系统设计基础 第12章数字系统设计基础 概述 传统的真值表、卡诺图、状态转移图等方法设计电路需要凭设计者的经验，而且不适合大规模的数字系统设计。 需要一种数字系统的设计方法，突破传统方法的局限性。 本章将详细介绍数字系统的描述工具：方框图，算法流程图、处理器明细表、ASM图。 基本模型的功能 输入输出接口：完成A/D，D/A转换,同步化处理。 数据处理器（受控电路）：信息的传送处理。 控制器（控制电路）：完成对数据处理器的控制。 说明 控制器根据数据处理器的输出状态来产生控制信号。 数据处理器受控制信号产生状态信号。 在一个计算步骤，控制器发出控制信号给数据处理器，数据处理器完成控制信号所规定的操作。 控制器是区别数字系统和简单的功能部件的标志。 数据处理器的描述方法 规定数据处理任务的表格称为明细表， 说明： 两个子表：操作表和状态变量表。 操作表：列出在控制信号下，数据处理器应实现的操作。 状态变量表：定义数据处理器输出的状态变量和信号。 控制器 实现一个计算任务，必存在一个算法，控制器就是用来规定算法的步骤。 控制器决定算法步骤，必须有记忆能力，所以它是一个时序电路，应包含存储器 小结 一条RTL 语句：描述数字系统所处的一个状态。 其操作：说明数据处理器要实现的操作。 控制函数：说明控制器发出的命令。 一个RTL语句可以定义一个数字系统。 表12.3.20 处理器明细表 图12.3.20 控制器的状态转移图 第三节 数字系统设计的其它描述工具 一、方框图 1.作用 描述数字系统的总体结构。 2.构成要素 方框：定义一个子系统，实现某种数据处理或传送等功能。在方框内描述其功能（文字表达式等） ； 带箭头的直线：各子系统之间的信息通道。箭头表示信息传输方向。 标注：表示主要信息通道的名称、功能或信息类型。 系统说明书：给每个子系统尽可能详细的说明。 系统 输 出 输 入 … … （a）一般方框图 控制器 C 数据采集 输入 数据处理 C 输出 数据显示 数据打印 （b）系统分解图 （C）进一步细化方案 控制器 C 数据采集 输入 数据处理 C 输出 数据显示 数据打印 （d）数据处理模块的细化 输入/输出接口 C M寄存器 A寄存器 ALU C C C 图11.3.1 一个智能仪表的方框图 二、算法流程图 1.作用 注意：按照事件的先后次序排列的，与电路的时序无对应关系。 2.基本符号 描述算法。 入口点；出口点；传输框；判断框 A←A+B P B A （d）判断框 （a）入口点 （b）出口点 （c）传输框 图12.3.2 流程图符号 例12.3.2：函数求值，计算 Z=4?X1+2?X2+X3的值。 任务：输入数据X串行输入序列X1，X2，X3，计算完成后，提供输出Z。 A 组合电路 控制器 系统结构图 A?0 A?A+X A?SL(A) A?A+X A?SL(A) A?A+X A=X1 A=2?X1 A=2?X1+X2 A=4?X1+2?X2 Z=4?X1+2?X2+X3 算法流程图 图 11.3.3 系统结构图 控制器 C C A 组合电路 X T S 例 11.3.2 绝对值计算，计算 图12.3.6 算法流程图 A←0,C ←0 X0 A←A-X A←A+X X0 A←A-X A←A+X X0 A←A-X C ←1 A←A+X C ←1 1 0 1 0 1 0 三、算法状态机图（ASM图） 1.作用 按系统时序来描述系统的工作过程。 2.ASM图符号 (1)状态框 (2)判断框 (3)条件框 寄存器操作或输出 符号 二进制代码 （a）状态框 （b）实例 条件 分支 分支 0 1 分支 分支 0 1 条件 R ← 0 START 011 T3 图12.3.7 状态框 图12.3.8 判断框 X1 X2 0× 11 T1 T2 T3 T4 10 （a）真值表图解分支表示 0 1 T1 X1 T2 T3 T4 X2 0 1 （b）变量优先级分支表示 图12.3.9 判断框3个分支表示 图 12.3.11 条件框举例 A?0 T1 T2 010 0 1 001 E R←0 图 12.3.10 条件框 寄存器操作 或输出 条件框为ASM图所特有的 ，条件框内的操作和输出是在给定条件下，判断条件被满足时才发生的，所以条件框的输入必定与判断框的分支相连。 3.ASM块 (1)必定