数字系统设计基础

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1、第十二章数字系统设计基础一､数字系统的概念按一定方式联系起来的一群事物所构成的总体，称为系统。能够对数字信息进行传递，加工，处理的电子设备，称为数字系统。如果把数字系统比喻成一个人,那么数据处理器就像人的手和脚,能够完成各种操作。但要想完成一个复杂的工作必须由大脑协调控制；控制器在数字系统中就起到了大脑的作用。数字系统数据处理器控制器⇒人的手和脚⇒人的大脑数据处理器：由寄存器，存储器和执行算术运算，逻辑运算等逻辑部件组成。主要任务：传送数据，并对数据进行运算和判断。控制器：时序逻辑电路。作用：保证数据处理器有条不紊地按正确的时序进行数据处

2、理和加工。因此，大体上可以说，有没有控制器是区别功能部件和系统设备的标志。凡是包含控制器又能按程序进行操作的系统，不论其规模大小，均称为数字系统。没有控制器，且又不能按程序进行操作的电路，不管其规模大小（如：大容量存储器），均不能称为系统，只能算一个部件。控制器接受外部控制信号和数据处理的状态信号综合成各种控制信号，通知数据处理器下一步应执行什么操作，并输出状态信号以及数据处理器所执行操作的情况。二、数字系统的设计任务三、数字系统的设计方法1、设计步骤第一步骤：用一定格式的数学语言（工具）来描述待设计的数字系统。在这一步骤中，常用的描述工

3、具有四种。1.用规范化和形式化的方式作出正确的系统逻辑功能描述；2.设计具体的电路来实现所描述的系统逻辑功能。（1）逻辑流程图（2）ASM图（算法状态机）用一些典型的几何图形、（等)指向线和简练文字说明，来描述数字系统的基本工作过程。它与软件设计中的流程图十分相似。它是一种硬件流程图语言，用状态块、判断块、条件输出块､图形符号和文字符号等来描述数字系统控制器，在不同时间内完成一系列的操作。（3）MDS图（备有记忆文件的状态图）它与我们熟悉的状态图十分相似，是一种简练并扩展功能的状态图，以状态图的形式来描述数字系统控制器的控制过程。（4）R

4、TL（寄存器传送语言）寄存器传送语言是一种硬件程序语言，它是设计数字系统和使设计过程走向自动化的工具。第二步骤：根据采用电路结构器件类型，进行适当的逻辑变换，得到符合某个标准的硬件实施方案。（1）试凑法对于给定的设计任务，在明确设计要求之后，从器件产品手册中查找一些SSI、MSI、LSI器件（芯片），由于这些器件的逻辑功能和要解决的问题，不可能完全相同，设计者则充分发挥其创造性，想办法，找窍门，用附加电路修修补补完善其功能，拼拼凑凑组合成系统。这种由局部到整体的设计方法，通常被称为：自下而上的设计方法（Bottom-up）。显然，这种设计

5、方法没有一定的规律可循，设计质量和水平，取决于设计者的丰富经验和技能。(2)自上而下的设计方法(TOP-DOWN)自上而下的设计方法是由整体向局部深入的设计方法。基本思想：1)是把规模较大的数字系统，从逻辑上划分为数据处理器和控制器两大部分。2)采用逻辑流程图、ASM图（或MDS图）来描述控制器的控制过程，并根据控制器和数据处理器的逻辑功能，选择相适应的SSI、MSI和LSI器件实现。总结：自上而下的设计方法，可以按照一些设计步骤，一步一步地去实现设计方案，其设计思想清晰，有一定规律可遵循。有时,上述控制器和数据处理器又可以分别看成一个数

6、字系统,逻辑划分工作也可以在它们内部重复地进行。按此设计思想，一个大的数字系统可以逐次进行逻辑划分，由多人按照协议进行设计，最后把它们连接起来，便可得到所要求的数字系统。Top-Down的基本设计步骤：1）明确设计系统的逻辑功能。2）确定系统方案（注：这一步是最难、最有创造性的一步，也是设计的关键阶段）。3）逻辑划分把系统划分为数据处理器和控制器两部分，并具体地规定它的逻辑要求。4）设计数据处理器设计原则：数据处理器的组成应该是简单、易控制的。5）设计控制器控制器的设计是数字系统设计中的核心问题。一般由硬件控制或软件控制（微处理器实现）。

7、基本任务：是由ASM图导出相应的硬件实施图。2、利用微机实现数字系统设计目前，由于电子技术的迅速发展，微机已深入到各行各业各个领域内，应用十分广泛。所以对于规模较大的数字系统，采用微机设计是非常方便的，并且工作可靠､价格便宜。12.1.1数字系统的基本模型(1)输入接口：完成A/D转换、同步化处理等;(2)输出接口：完成D/A转换输出各类信号;(3)数据处理器（受控电路）：信息的传送、处理。(4)控制器（控制电路）:完成对数据处理器的控制。图11.1.2数据处理器模型组合逻辑网络QmQ1m1……输入信号输出信号…S控制网络…m1

8、CXZ一､数据处理器的构成组合网络寄存器组控制网络数据处理器1.组合网络功能：在控制信号的作用下，组合逻辑网络根据内部寄存器的现态（Qn）和输入信息（X），综合生成寄存器的次态、输出信息（Z）