数字系统设计基本方法用

数字系统的描述方法之一： 算法流程图
1. 算法流程的符号与规则
算法流程图是由工作块、判别快、条件块、 开始块和结束块以及指向线组成。
工作块
矩形，块内用简要的文字 说明要进行的一个或若干个操作， 及应输出的信号。
Cnt 0
Q3 Q2 Q1 Q0
Q3 Q 2 Q1 Q0
CP
D3 D2 D1 D0
判别块：
www.xilinx.com
FPGA的发明者，最大的PLD供应 商之一
www.latticesemi.com
ISP技术的发明者
www.actel.com
提供军品及宇航级产品
数字系统的基本模型
数字系统的动态模型： 采用传统的数字电路的描述方法所建立的系统模型
称为数字系统的动态模型，有状态转换表、状态转换 图、各种方程组、时序图、真值表、卡诺图等等。 数字系统的算法模型：
………
设计方法的局限
卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。
采用“搭积木”的方法的方法进行设计。必 须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中 挑选最合适的器件，缺乏灵活性。
设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。
采用中小规模器件的局限
电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大， 可靠性低－－提高芯片的集成度
自顶而下的设计（Top-Down）：先 对所要设计的系统进行功能描述，然后 逐步分块细化，直至结构化最底层的具 体实现。
其他方法：
Top-Down的优越性
提高设计生产的效率： 自顶向下的设计方法允许设计者从一个高
抽象层次上对系统的功能进行定制，而不需要 考虑门级的具体实现方法，这充分体现了工艺 无关性的基本设计思想。设计者只需要写出设 计中所需部件的硬件描述语言代码或者是其它 类型的模型，设计工具就会根据编写的高层描 述生成门级的实现，这就大大减少了设计者以 往必须花费在设计细节上的时间。
错误的早期发觉：可以带来好处 减少产品开发周期； 降低开发成本； 增加设计一次成功通过的可能性。
小结：
数字系统设计的基本步骤： 系统功能的确定； 系统的描述； 算法的设计； 结构选择； 电路的实现。 首先进行系统分析，给出Specification，划分模
块，明确模块接口，确定模块内部功能，此时应该编 写详细的设计说明文档，之后才是编程，调试。
保密性好
PLD的发展趋势
向高集成度、高速度方向进一步发展
最高集成度已达到400万门
向低电压和低功耗方向发展， 5V3.3V2.5V1.8V更低
内嵌多种功能模块
RAM，ROM，FIFO，DSP，CPU
向数、模混合可编程方向发展
大的PLD生产厂家
www.altera.com
最大的PLD供应商之一
增加了设计的重用性：
在大多数的自顶向下设计过程中，对设计 的描述都保持在一个通用的工艺水平上，它不 是为某一厂家的工艺库而特意定制的，也就是 说，设计是与工艺无关的，所以在实现设计时 不必使用某一特定厂家的工艺，这样就极大的 提高了设计的可重用性，如果需要改变设计所 使用的工艺，只需要将设计在相应的工艺库上 映射即可。
数字系统的基本概念
数字系统可以是一个独立的实用装置， 也可以是一个具有特定性能的逻辑部件。
数字系统总是由许多能进行各种逻辑操 作的功能部件组成的，总存在一个控制 部件来统一指挥，使各功能部件按一定 的程序有规则的各司其职，从而实现整 个系统的功能。
脉冲与数字电路课程的回顾
布尔函数－－数字系统数学基础（卡诺 图）
符号为菱形，块内 给出判别变量和判别条 件。判别条件满足与否， 决定系统下一步将进行 不同的后续操作。
任何一个系统都可以用算法模型进行描 述。
算法模型的特征：
含有若干子运算。
这些子运算实现对数据或信息的传输、存 储或加工处理；
具有相应的控制序列。
控制子运算按一定规律有序地进行。
用算法流程图来描述上述运算过程。
数字系统设计方法
由底向上的设计（Bottom-up）：从 结构层开始，采用结构化单元和由少数 行为级模块构成的层次式模型，逐级向 上搭建出符合要求的系统。
设计比较困难－－能方便地发现设计错误 电路修改很麻烦－－提供方便的修改手段
PLD器件的出现改变了这一切
PLD出现的背景
电路集成度不断提高
SSIMSILSIVLSI
计算机技术的发展使EDA技术得到广泛应用 设计方法的发展
自下而上自上而下
用户需要设计自己需要的专用电路
专用集成电路（ASIC－Application Specific Integrated Circuits）开发周期长，投入大，风险大
把系统要实现的功能，看成是应当完成的一种运算。 若该运算太复杂，则可以把它分解成一系列的子运算； 若子运算还是比较复杂，则可以继续分解；直到分解 为一系列的简单运算。然后，按一定规律，顺序地或 并行地进行这些简单的基本运算，从而，实现原来复 杂的系统功能。
算法就是对这种有规律、有序分解的一 种描述。
数字电路设计的基本方法
组合电路设计 问题逻辑关系真值表化简逻辑图 时序电路设计 列出原始状态转移图和表状态优化状态分
配触发器选型求解方程式逻辑图
使用中、小规模器件设计电路（74、54 系列）
编码器（74LS148） 译码器（74LS154） 比较器（74LS85） 计数器（74LS193） 移位寄存器（74LS194）
可编程器件PLD：开发周期短，投入小，风险小
PLD器件的优点
集成度高，可以替代多至几千块通用IC芯片
极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性
具有完善先进的开发工具
提供语言、图形等设计方法，十分灵活 通过仿真工具来验证设计的正确性
可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升 级
灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短 系统开发时间
数字系统设计基本方法
简介：
传统数字电路设计方法不适合设计大规模
的电子系统。
新器件的发展使现代电子系统的设计思想
发生了深刻的变化，即从功能电路设计转向系
统设计；从传统的通用集成电路的应用转向可
编程逻辑器件的应用；从硬件设计转向硬件、
软件高度渗透的设计，大大拓宽了数字技术的
知识面来自百度文库数字系统的设计能力。