第1章数字系统设计 §11-1数字系统设计概述 ●§11-2ASM图、MS图以及ASM图 至MS图的转换 ●§11-3数字密码引爆器系统设计 811-4数字系统设计实例 小结
第11章 数字系统设计 §11-1 数字系统设计概述 §11-2 ASM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
第一节数字系统设计概述 数字系统基本组成 数据输入 系统核心(最小) 电脑 存储器 控制器控制信号受控 输入 输出 电路K应答信号电路 接口 数据输出 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
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: 试凑法:不合适 凭借设计者的经验 寻找更合适 可以 的设计方法
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 可以 的设计方法
三、现代数字系统设计方法 从上至下( from top to down):优点 、、I 适合大规模数字系统系统 C 上层被块力设计,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 分解 好的性能和正确的结果。 E口中间层次模块 分解 的 下层模块
三、现代数字系统设计方法 从上至下（from top to down)： 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) 概念设 近期EDA工具 系统骏证 系统设计和描述 系统划分 统级开始,对 老描述,从上至 功能验证 子系统功能描述 没计音各个层次完成 综合 逻辑验证 逻辑描述 近几年来,划分、综合、验 证等都由EDA完成。EDA软 IC&ASIC件还在优化、发展,使从上至 芯片mD4下的设计方法得到广泛的应用
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 下的设计方法得到广泛的应用
第二节ASM图、MDS图以及ASM图至 MDS图的转换 、ASM图 1.ASM图符号 ASM( Algorithmic state machine)算法流程图 (1)状态框 ASM图表面上和软件流程图相似怕ASM图有时间序列, 10 名称 即辆隔规定的数量脉冲转到下一状态。 001 AC←0 (Q) Sr=1 010 每隔规定的数量脉冲转 到下一状态 (R)
第二节 ASM图、MDS图以及ASM图至 MDS图的转换 一、ASM图 ASM(Algorithmic State Machine)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 101 IN ← X AC ← 0 Sr = 1 000 （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) ()条件输出框 业校出汁存在分枝时,(P) ZI 关。表示舞 (Q) (R) 上述三种符号构成了ASM 图所需要的基本符号
（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。 X 1 0 (A) (B) (C) X 1 0 (3)条件输出框 (P) (Q) (R) X 1 0 Z1 Z2 上述三种符号构成了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 ZI (1)ASM图有三个状态, Q)11 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。 10 (R) (3)下面分析状态转换表
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) X 1 0 Z1 Z2 00 10 11 （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 Q2Q1XQ2mQ1叫|Z1Z2由此可得PLA硬件逻辑图 i 0 11 XXx 0 0 00 输出方程: z1=(P)=Q291 Q2 Q2 Z2=(P)X=291X Z122 CP 驱动方程:O2+1=D2=Q291 O2 +=D=02,X
现态 次态 输出 Q2 Q1 X Q2 n+1 Q1 n+1 Z1 Z2 0 1 x 0 0 1 0 0 0 1 0 x 1 1 x 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 输出方程： Z P X Q Q X Z P Q Q 2 2 1 1 2 1 ( ) ( ) = = = = 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 驱动方程： Q D Q Q X Q D Q Q n n 1 2 1 1 2 2 2 1 1 2 = = = = + + 由此可得PLA硬件逻辑图
二、MDS图 只要时钟CP的有效沿到来,表示状态S在条件E下转换到状态Si E可以是积项,布尔表达式等。 E Z 表示进入状态S时,输出Z变成有效 S1)↓ 表示进入状态S时,输出Z变成无效 表示进入状态S时,输出Z有效;退出时,输出Z无效 如果条件E满足,进入状态S时,输出Z有效; Z↑=SiE 退出时,输出Z无效
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。 1. MDS图符号 Si 表示状态图 Si Sj 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Sj E可以是积项, 布尔表达式等。 Si Sj E Si Z↑ 表示进入状态Si时，输出Z变成有效 Si Z↓ 表示进入状态Si时，输出Z变成无效 Si Z↑↓ 表示进入状态Si时，输出Z有效；退出时，输出Z无效 Si Z↑↓=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