数字系统设计及VHDL实践第1章

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1、第一章绪论主讲人：徐向民单位：电子与信息学院数字系统设计及VHDL实践本章目录1.1数字系统概念1.2电子设计发展趋势1.3EDA技术介绍1.4EDA应用与发展趋势1.1数字系统概念1.基本概念数字系统是指对数字信息进行储存、传输、处理的电子系统，它的输入和输出都是数字量。在结构上分为数据处理单元和控制单元。存储部件受控器控制器输入接口输出接口数据处理单元1.1数字系统概念数字系统主要处理离散信号：数字（例如：掌上电脑）文字（例如：文字处理器）图像（例如：数码相机）常用数字系统：手机、数码相机、MP3播放器、工业过程控制器等。一些使用模拟信号的系统：模拟时

2、钟、胶卷相机、计算尺等。数字系统在处理模拟信号之前，要对模拟信号进行量化（数字化）处理。1.1数字系统概念1.1数字系统概念一个数字系统的例子：·通用数字计算机记忆系统中心处理单元指令数据地址时钟存储数字逻辑/暂存-设计目标是实现最优化的表现——“优化运行速度”。1.1数字系统概念·便携式计算机-设计目标是实现最低的价格——“节省成本，降低价格”。-低廉的价格以运行速度为代价。1.1数字系统概念·数字钟表-设计目标是实现耗电最低——一块电池可以使其运行几年。-低能耗以使其运行速度更慢，价格更高。1.1数字系统概念计算机系统专用计算机通用计算机应用程序应用程

3、序算法式编译程序ISA硬件、软件协同设计二进制应用程序数据流控制数字逻辑设计电路设计布局，模板半导体，封套操作系统固件内存CPUIO硬盘分层结构数据通路控制器数字逻辑设计电路设计布局，模板半导体，封套1.1数字系统概念数字系统硬件的构建模块：·数字系统·电路版·芯片·逻辑门电路·晶体管数字系统设计的特点1、设计方法规范如ASM图法、MDS图法2、逻辑设计为主，电参数设计为辅3、传输通道多，状态量少4、受器件影响较大数字系统设计的步骤1、分析确定系统功能在仔细分析设计课题的基础上，明确系统的任务、技术性能、应用环境、特殊的要求等。尽可能对应用现场进行实地考察

4、。经过深入分析比较，选择相对更好的算法来保证实现所要求的功能，并要兼顾工作量和成本。数字系统设计的步骤2、确定系统设计方案确定选用一般数字电路还是用微控制器来实现。对于功能简单的可以采用SSI、MSI、LSI构成，即纯硬件电路。对于功能较复杂的，可以用MCU。数字系统设计的步骤3、系统设计框图往往和方案的选择交叉进行。4、逻辑功能划分数字系统设计的步骤5、信息处理电路的设计6、控制电路的设计灵活选择常用的控制电路。数字系统设计的步骤7、系统电路的综合与优化8、系统性能测试9、撰写技术文件1.1数字系统概念2.设计方法传统的数字系统设计是自底向上的。现代数字

5、系统设计可以直接面向用户要求，根据系统的行为和功能要求，自顶向下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证。系统要求行为设计结构设计版图设计电路设计逻辑设计1.2电子设计发展趋势第一代：60年代末：版图编辑和检查。第二代：80年代初：原理图输入、逻辑模拟向下。第三代：从RTL级输入向下，包括行为仿真、行为综合、逻辑综合等。电子产品发展迅速，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向前进，同时价格也呈下降趋势。以集成电路设计计算机辅助设计系统ICCAD系统为例。ICCAD系统的发展：1.3EDA技术介绍1.基本特征用软件的方式设计硬件用软件方式设计的系统

6、到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成自顶向下的设计方法设计过程中可用有关软件各种仿真系统可现场编程，在线升级整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高从EDA技术的基本特征可看出其较传统技术的优越性。1.3EDA技术介绍2.主要内容大规模可编程逻辑器件现场可编程逻辑器件（FieldProgrammableLogicDevice,FPLD）现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray,FPGA）复杂可编程逻辑器件（ComplexProgrammableLogicDevice,CPLD）其中以FPGA、CPLD应用最为

7、广泛1.3EDA技术介绍FPGA与CPLD比较CPLDFPGA内部结构Product－termLook－upTable程序存储内部EEPROMSRAM，外挂EEPROM资源类型组合电路资源丰富触发器资源丰富集成度低高使用场合完成控制逻辑能完成比较复杂的算法速度慢快其他资源－EAB，锁相环保密性可加密一般不能保密1.3EDA技术介绍大的PLD生产厂商www.altera.com最大的PLD供应商之一www.xilinx.comFPGA的发明者，最大的PLD供应商之一www.latticesemi.comISP技术的发明者www.actel.com提供军品及宇

8、航级产品1.3EDA技术介绍两大生产厂商产品Altera：FPGA