第11章数字系统设计

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1、第11章数字系统设计§11-1数字系统设计概述§11-2ASM图、MDS图以及ASM图至MDS图的转换§11-3数字密码引爆器系统设计§11-4数字系统设计实例小结一、数字系统基本组成第一节数字系统设计概述控制器电路电脑受控电路计数运算逻辑运算应答信号控制信号系统核心（最小）输入输出接口数据输出存储器数据输入注：规模庞大并不意味是一个系统，如存储器，只是一个功能部件。也许由几片MSI构成的电路，包括控制器和受控器就是数字系统。二、传统数字系统设计方法试凑法：由真值表、卡诺图、布尔方程、状态表和状态图描述电路的功能小规模规模较大试凑法：凭借设计者的经验试凑法：不合适寻找更合适的设计方法可

2、以三、现代数字系统设计方法从上至下（fromtoptodown)：设计者从整个系统逻辑出发，进行最上层的系统设计，而后按一定的原则将全局系统分成若干子系统，逐级向下，再将每个子系统分为若干个功能模块、子模块、基本模块。优点：适合大规模数字系统系统设计，使得设计步骤之间相互联系越来越紧密、协调，以求数字系统获得良好的性能和正确的结果。四、现代数字系统设计流程计算机辅助分析与设计（CAD）早期电子设计自动化（EDA）近期EDA工具从上层系统级开始，对电路功能描述，从上至下地跨越各个层次完成整个设计。近几年来，划分、综合、验证等都由EDA完成。EDA软件还在优化、发展，使从上至下的设计方法得

3、到广泛的应用。第二节ASM图、MDS图以及ASM图至MDS图的转换一、ASM图ASM(AlgorithmicStateMachine)算法流程图建立ASM图是数字系统的关键步骤1.ASM图符号ASM图表面上和软件流程图相似,但ASM图有时间序列,即每隔规定的数量脉冲转到下一状态。（1）状态框名称101IN←XAC←0Sr=1000（P）001（Q）010（R）每隔规定的数量脉冲转到下一状态（2）条件分枝框（判断框）当控制算法存在分枝时，次态不仅决定于现态，还与现态的外输入有关。表示条件分枝的符号用菱型表示。X10(A)(B)(C)X10(3)条件输出框(P)(Q)(R)X10Z1Z2上

4、述三种符号构成了ASM图所需要的基本符号2.ASM图的硬件实现例1：已知ASM图如图所示，用PLA阵列和一定数量的D触发器实现(P)(Q)(R)X10Z1Z2001011（1）ASM图有三个状态，故有两个状态变量Q2Q1（2）一个外输入X、两个输出Z1和Z2，两个D触发器。（3）下面分析状态转换表现态次态输出Q2Q1XQ2n+1Q1n+1Z1Z201x00100010x11x1010001000输出方程：1010001000驱动方程：由此可得PLA硬件逻辑图二、MDS图MDS图与状态图十分相似，且扩展了状态图的功能，又简练了状态图。MDS图表现设计过程时，既方便清晰又具有较大的灵活性。

5、1.MDS图符号Si表示状态图SiSj只要时钟CP的有效沿到来,表示状态Si无条件转换到状态Sj只要时钟CP的有效沿到来,表示状态Si在条件E下转换到状态SjE可以是积项,布尔表达式等。SiSjESiZ↑表示进入状态Si时，输出Z变成有效SiZ↓表示进入状态Si时，输出Z变成无效SiZ↑↓表示进入状态Si时，输出Z有效；退出时，输出Z无效SiZ↑↓=Si•E如果条件E满足，进入状态Si时，输出Z有效；退出时，输出Z无效2.状态图到MDS图这是一个莫尔型电路，三个状态A、B、C和输出Z1Z2依次为01、11、00。这说明：A态到B态时，Z1由0变1，Z1有效；B态到C态时，Z1由1变0，

6、Z1无效。Z1↑↓同理：C态到A态时，Z2由0变1，Z2有效；B态到C态时，Z2由1变0，Z2无效Z2↑Z2↓加了三个输入X1、X2、X3的情况。现在再考虑有条件输出的情况：有三个状态A、B、C，当输入为1时，输出为1，A→B；当输入为0时，输出为0，A→C（输入/输出）到MDS图三、ASM图至MDS图的转换转换原则：1.ASM图的状态框对应MDS图中的Si。(A)A(B)BASM图MDS图2.ASM图的判别框构成MDS图的分支。START？YESNOSTARTSTART计数器复位执行CR↑↓OPR↑↓3.控制器的输出是为实现状态框的操作而发出的信息,对应MDS图中状态圈外侧的输出。再

7、举一例：4.ASM图的条件输出与MDS图条件输出相对应。注：A态返回到A态时，有一条件输出：当X=0，CP=0时，RUN有效。到MDS图第三节数字密码引爆器系统设计下面讨论一个数字密码引爆系统，用它将从上至下的设计概念融会贯通。设计步骤：1.系统级分析,确定初步方案;2.将设计细分,进行模块划分;3.VHDL综合.一、数字密码引爆器顶层设计1.顶层方案设计系统密码采用三个十进制数字,当三个输入正确，就可引爆；当输入不正确或密码位数不对时引爆，产