第8章数字系统设计基础ppt课件.ppt

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1、第8章数字系统设计基础§8.1数字系统概述8.1.1数字系统结构数字系统：规模较大的时序电路8.1.2数字系统的定时(1)同步数字系统:系统只有一个时钟CLK(2)输入信号转换成与时钟脉冲同步的信号(3)时钟脉冲应同时到达所有存储元件的动态输入端如图，可用一个门对CLK进行控制8.1.3数字系统设计的一般过程(一)系统设计1、设计问题：系统的任务、工作和要求。2、初始结构：系统的基本组成，单元和变量等。3、算法：系统的运行过程、流程图等。(二)逻辑设计1、处理器设计：2、控制器设计：(1)处理器结构；(2)处理器操作说明。(1)控制器的

2、任务；(2)控制器的结构。(三)电路设计具体电路的实现§8.2ASM图表算法状态机(ASM)：数字系统控制过程的算法流程图，描述系统操作和时间序列（①操作，②控制，③时间序列）。8.2.1ASM图表符号1.状态框：一个矩形框，在框内表示数据处理的操作。进入一个状态，必须由CLK触发左上角的“符号”为状态变量，右上角为状态的代码。用菱形或多菱角形表示，框内的判断量来自外部输入或内部状态，用于决定流程的转变方向。状态框与判断框组合p1=T1X1p2=T1X1X2p3=T1X1X22.判断框控制函数3、操作框圆角形框，仅表示一种处理器操作（条

3、件框）操作框的入口只能是判断框的某个分支8.2.2ASM图表含义ASM块：在同一个状态下所有的判断和操作构成的部分。1.ASM块【例8.2】2.ASM块之间的时间关系前后相邻的ASM块为“现态”和“次态”的关系，以CP触发沿为分界线。3.ASM块的建立1、在起点处安排一个初始状态。2、用状态将不能同时进行的操作隔开。3、根据寄存器操作的影响决定状态的设置。§8.3数字系统的设计8.3.1设计步骤处理器设计控制器设计初始结构操作表操作函数ASM图控制信号输出信号激励函数输出函数控制器逻辑图处理器逻辑图8.3.2数字系统设计举例——数字乘法

4、器的设计算法：设乘数和被乘数的位数≤r(1)两个r位的数相乘，积的位数最大为2r位。(2)积=r个“部分积”之和。(3)当乘数的第i位为0时，第i位的部分积为0。当乘数的第i位为0时，第i位的部分积为被乘数左移i–1位。【例1】【例1】的计算过程M=1010；Q=11012.初始结构M：被乘数寄存器Q：乘数寄存器A：累加器C：进位寄存器CNT：计数器CAQ串联得到2r+1位的右移位寄存器算法：被乘数不动，部分积之和向右移动。2.M，Q，A：寄存器位数：4功能：4.CNT：计数器功能：清0，计数型号74194型号741633.C：D触发器

5、1.加法器：742833.ASM图控制信号S1：启动信号S2：寄存器Q的Q0位S3：计数器的溢出信号4.控制器CLR、ADD和SHIFT作为对处理器发出的命令5.处理器的实现的实现（以4×4为例）操作表寄存器M控制用手动开关，寄存器Q的M1控制用手动开关操作函数从处理器操作表得：寄存器A：M1=ADD+CLR；M0=ADD+CLR+SHIFT与门G2：B1=CLR与门G1：B0=ADD寄存器Q：M0=SHIFT计数器CNT：CR=CLR；SH=SHIFT处理器6.控制器的实现用每态一个触发器的方法(以44乘法器为例)控制器有3个状态，

6、故取3个D触发器，3个激励变量为D0D1D2；由ASM图得：激励函数输出函数CLR=T0S1ADD=T1S2SHIFT=T2控制器逻辑图当Vcc为0时，T0=1；T1=0；T2=0。当Vcc为1时，启动工作。CLR=T0S1ADD=T1S2SHIFT=T2激励函数输出函数§8.4数字系统设计举例——简单计算机CPU逻辑设计8.4.1简单计算机构成1.功能：(1)加法运算，(2)数据存取，(3)手动输入程序2.存储器：存储容量268RAM；地址6位；数据线8位3.CPU：4条指令：存数、加法、取数、条件转移。4、计算机逻辑图说明：(1)

7、当k=1时，运行程序；(2)当k=0时，手动输入程序和数据到RAM中。(3)当reset端输入一个负脉冲时，程序开始运行。8.4.2CPU设计1、基本设想：(1).IR为指令寄存器(2).如果所执行的指令操作不是“条件转移”，则进入PCPC+1操作；如果是“条件转移”，则判断C=0或C=1后再进入下一步。(3).这是当前计算机的基本运行方式，称为冯诺依曼计算机。(4).其中“指令操作”部分可看成是一个完整的数字系统。2、CPU的内部构成(处理器)其中MUX1是一个数据选择器，C是加法进位寄存器，程序计数器PC具有计数、清零和并入的功

8、能。3、处理器操作表4、ASM图5、控制器时序逻辑图用每态一个触发器的方法设计控制器，则由ASM图得激励函数：6、控制器输出函数（组合电路）输出函数7、控制器的结构其中MUX2是另一个数据选择器，用于实现输