数字系统设计与PLD应用-全套PPT课件.pptx

数字系统设计与PLD应用 ;第1章 数字系统设计方法;1.1 绪论;3. 模拟信号的数字化处理;二. 数字系统的基本模型;例1-2：某系统S有两个串行输入端X1和X0，它们的取值为00（表示0）、01（表示1）和10（表示2）。还有一个输出端Z。仅当输入序列X1X0有偶数个2和奇数个1时，Z才为1。;2. 算法模型;三. 数字系统的基本结构;1.2 数字系统设计的一般步骤;四位二进制乘法器的算法流程图;二. 设计步骤 功能确定 功能分解与有序组合(算法设计) 电路结构选择 电路实现(数据处理单元 + 控制单元);例1-5: 四位高速乘法器的设计; 例1-4与例1-5电路结构的区别: 前者为顺序结构，而后者为并行结构。;1.3 数字系统设计方法论 自上而下的设计方法(正向设计) 一般用于全新设计。;二. 自下而上的设计(反向设计) 对已有系统或相似系统进行修改、扩充等。;三. 自关键部件开始设计 如:复数的乘法运算 M = A×B = (ar+jai)×(br+jbi) = (ar br- aibi) +j(arbi+aibr);四. 系统信息流驱动设计 数据流驱动设计 以数据变换为线索. 例1-6: 某数据采集系统的设计;;2. 控制流驱动设计 以控制过程为线索. 例1-7: 某备用发电机的控制电路设计.;1.4 算法流程图 一. 符号与规则;2. 判别块 用菱形框表示.;3. 条件块 用带横杠的矩形框表示。总是跟在判别块之后。 其中的操作不占用独立的时段，而是附属于判别块之前的工作块。;二. 设计举例 例1-8: 八位带符号数的补码变换器 A = aS a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 B = bS b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0;;;;;;;;;;第2章 数字系统的算法设计与硬件实现;2.1 算法设计 概述 考虑的主要因素 逻辑功能 非逻辑指标(速度、功耗、成本等〕;2. 硬件实现对算法设计的影响 中小规模通用器件: 要求电路尽可能简单; PLD: 硬件资源丰富,不一定按最小化设计, 可以提高设计效率和电路性能为目标. ASIC: 需兼顾最简与设计效率(重用)两个方面.;2. 归纳法 将抽象要求具体化(从具体数据入手), 得出一般规律, 再进行算法设计 例2-3: 正数顺序(由小至大)排队电路的设计;i = n;3. 划分法 将复合运算划分成简单运算, 从而得到算法。 例2-4:设计运算电路 z = (a-b)(c+d);4. 解析法 利用“数值分析”方法, 将复杂???数学运算分解成一系列简单运算的迭代, 从而得到算法。 例2-5: 设计运算电路 y = x;5. 综合法 ?? 综合法就是把上述几种推导算法的方法组合起来应用。 例2-6: 试设计一个倒数变换器，求数A的倒数1/A的近似值Z。A的数值为 1/2≤A 1,要求变换结果满足 |Z-1/A| ≤ 10-4; 根据解析式，进而采用划分法，把较复杂的算法分解为相乘、相减、比较等简单的子运算，从而得出相应的算法。;例2-7:四位二进制乘法器的算法设计。;例2-7:四位二进制乘法器的算法设计。;2.2 算法结构;二.并行算法结构 ?? 其特点是：执行算法的同一时间有多于一条路径在进行运算，而这些同时执行的运算与操作之间几乎没有依赖关系。;三.流水线算法结构 ?? 流水线算法结构仅适用于连续输入的数据流。其特点是：把整个运算过程分解成若干段，系统在同一时间可对先后输入的数据流元素进行不同段的运算。; 在流水线算法结构中，如果待处理数据的连续输入的数据流含有n个元素，每个数据元素完成算法流程需经历L段，而每段平均时间为Δ，则所需的运算时间为 T = L*Δ+(n-1)*Δ;流水线设计的基本方法;2.3 硬件实现概述 （1）用市售标准的SSI、MSI和LSI构成,这是最经典的方法。（2）将整个系统配置在一片或数片PLD芯片内, 特点是价廉、运行速度高、体积小、易于修改设计等。（3）研制相应的ASIC，构成单片系统, 在大批量产品中,应用愈来愈多。 （4）以微控制器(嵌入式CPU、DSP、单片机等〕为核心、辅以必要的辅助器件，在软件控制下实现系统功能。特点是价格便宜，实现方便，适用于处理速度要求不高的场合，也得到广泛应用。;2.4 数据处理单元设计 器件选择;（2）物理因素 a. 器件的温度范围 b. 工作电源的电压范围 （3）经济因素(成本) 包括设计成本、制造成本、维护成本和运行成本等。;二. 设计步骤 1、组成数据处理单元逻辑框图 ?? 根据系统算法和结构选择方案，用抽象的逻辑模块组成数据