VHDL语言 第一章 数字系统硬件设计概述.ppt

《VHDL语言 第一章 数字系统硬件设计概述.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章数字系统硬件设计概述自计算机诞生以来，数字系统设计历来存在两个分枝，即系统硬件设计和系统软件设计。同样，设计人员也因工作性质不同，被分成两群：硬件设计人员和软件设计人员。他们各自从事各自的工作，很少涉足对方的领域。特别是软件设计人员更是如此。但是，随着计算机技术的发展和硬件描述语言HDL的出现，这种界线已经被打破。数字系统的硬件构成及其行为完全可以用HDL语言来描述和仿真。这样，软件设计人员也同样可以借助HDL语言，设计出符合要求的硬件系统。不仅如此，利用HDL语言来设计系统硬件与利用传统方法设计系统硬件相比，还带来了许多突出的优点。它是硬件设计领域的一次变革，对系统的硬件

2、设计将产生巨大的影响。在本章将详细介绍这种硬件设计方法的变化。电子系统所谓电子系统，通常是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。电子系统有大有小、大到航天飞机的测控系统、小到出租车计价器，它们都是电子系统。可以概括地讲，凡是可以完成一个特定功能的完整的电子装置都可称为电子系统。电子系统组成从组成来看，一个电子系统一般包括模拟系统——传感、高低频放大、模／数、数／模变换以及执行机构等；数字系统——信息处理、决策、控制。但是，对于软硬结合的电子系统而言，它的信息处理、决策与控制部分大部分可内含有CPU的微处理机(如单片机)的电子系统来实现。所以从组成来讲，一般

3、可以把电子系统看成由两大部分组成：模拟子系统和数字子系统。数字系统是对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统一般由若干数字电路和逻辑功能部件组成，并由一个控制部件统一指挥。逻辑部件担负系统的局部任务，完成子系统的功能。数字系统可以是一个独立的实用装置，如数字表、数字计算机等；也可以是一个具有特定性能的逻辑部件，如计算机中的内存板，数字表中的主控板等。不论它们的复杂程度如何，规模大小怎样，其实质而言仍是数字逻辑问题。实际上是对数字量的存储、传输和处理的过程。数字系统vs模拟系统数字系统与模拟系统相比，具有如下特点。①稳定性。数字系统所加工处理的信息是离散的数字量，对用来构成系统的电子元

4、器件要求不高，即能以较低的硬件实现较高的性能。②精确性。数字系统中可用增加数据位数或长度来达到数据处理和传输的精确度。③可靠性。数字系统中可采用检错、纠错和编码等信息冗余技术，以及多机并行工作等硬件冗余技术来提高系统的可靠性。④模块化。把系统分成不同功能模块，由相应的功能部件来实现，从而使系统的设计、试制、生产、调试和维护都十分方便。基本数字系统结构1.1传统的系统硬件设计方法在计算机辅助电子系统设计出现以前，人们一直采用传统的硬件电路设计方法来设计系统的硬件。这种硬件设计方法主要有以下几个主要特征。采用自下至上（BottomUP）的设计方法采用通用的逻辑元、器件在系统硬件设计的后期

5、进行仿真和调试主要设计文件是电原理图自下至上的硬件电路设计方法的主要步骤1、根据系统对硬件的要求，详细编制技术规格书，并画出系统控制流图；2、根据技术规格书和系统控制流图，对系统的功能进行细化，合理地划分功能模块，并画出系统的功能框图；3、进行各功能模块的细化和电路设计；4、各功能模块电路设计、调试完成后，将各功能模块的硬件电路连接起来再进行系统的调试，最后完成整个系统的硬件设计。从上述设计过程我们可以看到，系统硬件的设计是从选择具体元、器件开始的，并用这些元、器件进行逻辑电路设计，完成系统各独立功能模块设计，然后再将各功能模块连接起来，完成整个系统的硬件设计。上述过程从最底层开始设

6、计，直至到最高层设计完毕，故将这种设计方法称为自下至上的设计方法。用自下至上的设计方法设计一个三人表决器第一步，选择逻辑元、器件。我们选择与非门。第二步，进行电路设计。列真值表画卡诺图化简并写出逻辑函数表达式画逻辑电路图组合逻辑电路设计方法（补充）设计步骤：（1）建立描述逻辑问题的真值表①分析题目所给的条件②找出问题的条件与目的及因果关系③确定输入、输出变量④列出真值表（2）由真值表写出逻辑函数表达式；(如：用最小项积之和的形式）（3）对输出逻辑函数进行化简（4）画出逻辑电路图课本的例子设计一个六进制计数器画出状态转换图系统分析画出状态转换表，发现Q2当前的输出是Q1前一个状态的输出

7、，而Q1当前的输出就是Q0前一个状态的输出。Q2当前的输出是Q1前一个状态的输出，而Q1当前的输出就是Q0前一个状态的输出。这样，Q2和Q1采用D触发器。选定触发器类型Q0的输出关系复杂一些，就必须选用JK触发器，并且利用Q1、Q2的输出作为约束条件，经组合逻辑电路作为Q0的J、K输入。（选择JK触发器的理由：JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。实际应用中，具有很强的通用性）状态方程JK触发器设计1010