第5章数字系统设计方法

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1、数字系统常用设计方法1主要内容组合电路的设计方法时序电路的设计方法LPM库简介及其应用有限状态机层次化设计方法流水线设计方法常用的控制方法编码风格21、组合电路的设计3组合逻辑电路组合逻辑电路的输出信号只与系统当时的输入信号有关，而与电路原来所处的状态无关。主要有简单门电路、译码电路、加法器、乘法器、数字分配器、数字选择器等。用VHDL语言实现组合电路的方法使用并发语句使用进程语句——可提高程序的可读性，特别适合算法复杂的场合。4基本逻辑门电路与门/或门/与非门/或非门/反相器/异或门…可以通过逻辑运算符/并发代入语句来实现例如：2输入与非门ARCHITECTUR

2、EdepictOFnand2ISBEGINy<=anandb;ENDdepict5编码器编码器的分类普通编码器：在某一时刻，只能对一个输入信号进行编码，并且这种编码器的输入端不允许同一时刻出现两个以上的有效输入信号，否则编码器将会出现混乱优先编码器：指将所有输入信号按照优先级顺序进行排队，当几个输入信号同时出现(有效)时，只对其中优先级最高的一个输入信号进行编码6编码器优先编码器通常采用IF-THEN-ELSE语句实现普通编码器采用CASE-WHEN语句实现采用多级IF-THEN-ENDIF语句实现7译码器变量译码器：把输入的二进制代码的各种组合状态翻译成对应的输

3、出信号。码制变换译码器：将一种代码变换为另一种代码的电路。显示译码器：如将数据显示在七段数码管上时的译码。地址译码器：将译码器输入端的输入地址信号翻译成相应的输出控制信号。8多路选择器二选一选择器：二路输入端口、一路信号选择端口、一路输出端口。四选一选择器：四路输入端口、二路信号选择端口、一路输出端口。八选一选择器：八路输入端口、三路信号选择端口、一路输出端口。十六选一选择器：十六路输入端口、四路信号选择端口、一路输出端口。9三态门三态门除了逻辑0和逻辑1两个状态以外，还具有高阻输出状态(相当于开路)。tri_gate:process(din,en)beginif

4、(en='1')thendout<=din;elsedout<='Z';endif;endprocess;10组合逻辑电路的描述语句并发语句并发带入语句条件信号带入选择信号带入进程语句11Entitytest1IsPort(a,b:inbit;c,d:outbit);endtest1;architecturetest1_bodyoftest1isbeginc<=aandb;d<=aorb;endtest1_body;并发描述语句Entitytest1IsPort(a,b:inbit;c,d:outbit);endtest1;architecturetest1_bo

5、dyoftest1isbegind<=aorb;c<=aandb;endtest1_body;这两条语句并发执行这两条语句并发执行执行顺序无关紧要12并发描述语句的种类简单信号代入语句(SimpleSignalAssigments)条件信号代入(ConditionalSignalAssigments)选择信号代入(SelectedSignalAssigments)13进程描述语句一般形式PRO_Name:PROCESS(__signal_name,__signal_name)BEGIN……ENDPROCESSPRO_Name;进程描述语句必须包含一个显式的敏感信号

6、量表或隐式的敏感信号说明当敏感信号量的值变化时，进程执行进程内部的语句是顺序语句14并发语句vs进程语句并发语句和进程语句都可以实现组合逻辑使用进程语句实现组合逻辑时需要形成良好的编码风格，以免在综合时不必要消耗电路资源进程描述语句还可以实现时序逻辑15组合逻辑电路的描述方式行为描述行为描述主要从模块的功能上描述输入输出的关系。结构描述结构描述包含各个模块之间的连接关系，各个模块使用端口(信号)进行数据通信。结构描述的方式是使用元件例化的方法将各个模块进行连接。16描述组合逻辑电路注意事项避免组合逻辑反馈环路替换延迟链替换异步脉冲产生单元慎用锁存器使用完备的if…

7、else语句检查设计中是否含有组合逻辑反馈环路对每个输入条件，设计输出操作，对case语句设置default操作。特别是在状态机设计中，最好有一个default的状态转移，而且每个状态最好也有一个default的操作使用case语句时，特别是在设计状态机时，尽量附加综合约束属性，综合为完全条件case语句。17常见组合电路的描述P164~P171182、时序电路的设计19时序逻辑电路时序逻辑电路的输出与当时的系统输入和之前的系统输出有关时序逻辑电路中至少包括一个寄存器，且具有反馈通道主要电路有：触发器、状态机、计数器、移位寄存器、控制器时序逻辑电路的描述：采用带有

8、时钟信号的