南郵電工電子-數(shù)字系統(tǒng)實驗課件

數(shù)字系統(tǒng)實驗的講課課件盧慶莉編寫2008年3月EDA室盧慶莉編寫數(shù)字系統(tǒng)實驗的講課課件盧慶莉編寫2008年3月EDA室1主要授課內(nèi)容：二、實驗四十五小型數(shù)字系統(tǒng)一、數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點2008年3月EDA室盧慶莉編寫主要授課內(nèi)容：二、實驗四十五小型數(shù)字系統(tǒng)一、數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)2一、小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點1、透徹理解數(shù)字系統(tǒng)的含義按一定方式聯(lián)系起來的一群事物所構(gòu)成的總體，稱為系統(tǒng)。能夠?qū)?shù)字信息進行傳遞，加工，處理的電子設(shè)備，稱為數(shù)字系統(tǒng)。系統(tǒng)與部件的區(qū)別：

凡是包含控制器又能按程序進行操作的系統(tǒng)，不論其規(guī)模大小，均稱為數(shù)字系統(tǒng)。

沒有控制器，且又不能按程序進行操作的電路，不管其規(guī)模大?。ㄈ纾捍笕萘看鎯ζ鳎?，均不能稱為系統(tǒng)，只能算一個部件。2008年3月EDA室盧慶莉編寫一、小型數(shù)字系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點1、透徹理解數(shù)字系統(tǒng)的含義2008年3數(shù)字系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理器和控制器構(gòu)成：（1）數(shù)據(jù)處理器的主要任務(wù)：

傳送數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行運算和判斷。

（2）

控制器的主要任務(wù)：

保證數(shù)據(jù)處理器有條不紊地按正確的時序進行數(shù)據(jù)處理和加工。

（3）控制器有統(tǒng)一的模型，設(shè)計方法規(guī)范。

（4）數(shù)據(jù)處理器因處理數(shù)據(jù)形式繁多，沒有統(tǒng)一模型，通常采用列明細表的方式來進行設(shè)計。

（5）

同步時序電路2008年3月EDA室盧慶莉編寫數(shù)字系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理器和控制器構(gòu)成：（1）數(shù)據(jù)處理器的主要任務(wù)42、透徹理解數(shù)字系統(tǒng)的一般模型數(shù)字系統(tǒng)的一般模型

1)輸入接口：完成信號轉(zhuǎn)換、同步化處理等;2)輸出接口：輸出整個系統(tǒng)的各類信號;3)數(shù)據(jù)處理器；4)控制器2008年3月EDA室盧慶莉編寫2、透徹理解數(shù)字系統(tǒng)的一般模型數(shù)字系統(tǒng)的一般模型1)輸入5（1）數(shù)據(jù)處理器的構(gòu)成：組合網(wǎng)絡(luò)、寄存器組和控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理器模型2008年3月EDA室盧慶莉編寫（1）數(shù)據(jù)處理器的構(gòu)成：組合網(wǎng)絡(luò)、寄存器組和控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理6

數(shù)據(jù)處理器模型組合邏輯網(wǎng)絡(luò)QmQ1

m

1……輸入信號輸出信號…S控制網(wǎng)絡(luò)…

m

1CXZ2008年3月EDA室盧慶莉編寫數(shù)據(jù)處理器模型組合邏輯網(wǎng)絡(luò)QmQ1m1……輸入信號輸出7（2）明細表（操作表和狀態(tài)變量表）

數(shù)據(jù)處理器的描述采用明細表來描述它的具體操作過程，也就是把一個時鐘期間能同時實現(xiàn)的操作歸并在一起，作為一個操作步驟，再用助記符號表示控制信號。2008年3月EDA室盧慶莉編寫（2）明細表（操作表和狀態(tài)變量表）數(shù)據(jù)處8（3）控制器的作用1)實現(xiàn)一個計算任務(wù)，必存在一個算法，控制器就是用來規(guī)定算法的步驟。2)控制器決定算法步驟，必須有記憶能力，所以它是一個時序電路，應(yīng)包含存儲器。2008年3月EDA室盧慶莉編寫（3）控制器的作用1)實現(xiàn)一個計算任務(wù)，必存在一個算法，控制9組合邏輯網(wǎng)絡(luò)外部輸入控制信號外部輸出控制信號S(Q)狀態(tài)寄存器C現(xiàn)態(tài)激勵信號控制器模型C=F（S，Q）

Qn+1=G（S，Qn）（4）控制器的模型2008年3月EDA室盧慶莉編寫組合邏輯網(wǎng)絡(luò)外部輸入控制信號外部輸出控制信號S(Q)狀態(tài)寄存10（5）控制器的描述方法：

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移表（6）控制器的實現(xiàn)方法：1）用每態(tài)一位觸發(fā)器的方法；2）用數(shù)據(jù)選擇器、時序寄存器、譯碼器的方法。2008年3月EDA室盧慶莉編寫（5）控制器的描述方法：113、數(shù)字系統(tǒng)的描述工具1）方框圖；2）算法流程圖；3）算法狀態(tài)機（ASM）圖；2008年3月EDA室盧慶莉編寫3、數(shù)字系統(tǒng)的描述工具1）方框圖；2008年3月EDA室124、算法流程圖與ASM圖的區(qū)別算法流程圖：一般用來表示算法，它只是按照算法的先后順序排列計算步驟，與電路的時序無對應(yīng)關(guān)系，不能作為設(shè)計的依據(jù)。ASM圖：則與時序有關(guān)，是設(shè)計控制器和處理器的依據(jù)。2008年3月EDA室盧慶莉編寫4、算法流程圖與ASM圖的區(qū)別算法流程圖：一般用來表示算法，135、ASM圖符號

狀態(tài)框、判斷框、條件框2008年3月EDA室盧慶莉編寫5、ASM圖符號狀態(tài)框、判斷框、條件框2008年3月142008年3月EDA室盧慶莉編寫2008年3月EDA室盧慶莉編寫152008年3月EDA室盧慶莉編寫2008年3月EDA室盧慶莉編寫166、ASM塊(2)一個ASM塊由一個狀態(tài)框和若干與之相連的判斷框和條件框組成；(1)一個ASM塊表示一個時鐘周期內(nèi)系統(tǒng)的狀態(tài)；A0T1T201001001ER←0(3)一個ASM塊內(nèi)所有操作在同一有效時鐘沿完成。A←0和R←0在同一個時鐘沿完成。且在T2狀態(tài)的有效時鐘沿完成。若E=1，則發(fā)出CLRA，CLRR的命令。若E=0，只發(fā)出CLRA的命令。CP1CP2A0R0A0Z控制器RA組合電路XCLRAECLRR2008年3月EDA室盧慶莉編寫6、ASM塊(2)一個ASM塊由一個狀態(tài)框和若干與之相連的判177、ASM圖的建立原則1：在算法的起始點安排一個狀態(tài)；原則2：必須用狀態(tài)來分開不能同時實現(xiàn)的寄存器傳輸操作；原則3：判斷如果受寄存器操作的影響，應(yīng)在它們之間安排一個狀態(tài)。

從算法流程圖→ASM圖2008年3月EDA室盧慶莉編寫7、ASM圖的建立原則1：在算法的起始點安排一個狀態(tài)；從算法18解釋：（1）原則22008年3月EDA室盧慶莉編寫解釋：（1）原則22008年3月EDA室盧慶莉編寫19圖12.3.15算法流程圖和ASM圖的對應(yīng)關(guān)系(a)算法流程圖(b)ASM圖2008年3月EDA室盧慶莉編寫圖12.3.15算法流程圖和ASM圖的對應(yīng)關(guān)系(a)算20（2）原則3

由算法流程圖轉(zhuǎn)換為ASM圖時，判斷A+1之后的值，需要插入一個方框。圖12.3.16算法流程圖和ASM圖的對應(yīng)關(guān)系2008年3月EDA室盧慶莉編寫（2）原則3由算法流程圖轉(zhuǎn)換為ASM圖時，判斷A+21二、實驗四十五小型數(shù)字系統(tǒng)

實驗四十五任務(wù)更改說明P219T1左右燈改為各一個，不循環(huán)。（為必做）左右燈各為三個時，按100，110，111，000，···循環(huán)（為選做）。題目：某型號汽車尾燈控制電路2008年3月EDA室盧慶莉編寫二、實驗四十五小型數(shù)字系統(tǒng)實驗四十五任務(wù)22設(shè)計要求：（必做）（1）空閑情況下尾燈均滅。（2）按左轉(zhuǎn)鍵時，L=1，Z左車燈亮。L=0后,左尾燈全部熄滅。（3）按右轉(zhuǎn)鍵時，R=1，Y右車燈亮。R=0后,右尾燈全部熄滅。（4）按警告鍵后，JG=1，左車燈和右車燈全部均變?yōu)樘鵁?，即：閃爍。JG=0停止閃爍。同時警告信號優(yōu)先權(quán)最高。說明：汽車的手動鍵有三檔即：左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和空閑。其中，空閑鍵為空檔，用機械手段實現(xiàn)，所以設(shè)計電路時不必考慮空閑鍵的存在。題目：某型號汽車尾燈控制電路2008年3月EDA室盧慶莉編寫設(shè)計要求：（必做）題目：某型號汽車尾燈控制電路2008年23設(shè)計要求：（1）空閑情況下尾燈均滅。（2）按左轉(zhuǎn)鍵時，L=1，Z1Z2Z3左車燈按照Z1Z2Z3=100，110，111，000···方式循環(huán)，ZZ=0后,左尾燈全部熄滅。（3）按右轉(zhuǎn)鍵時，R=1，Y1Y2Y3右車燈按照Y1Y2Y3=100，110，111，000···方式循環(huán)，ZZ=0后,左尾燈全部熄滅。

（4）按警告鍵后，JG=1，左車燈和右車燈全部均變?yōu)樘鵁?，即：閃爍。JG=0停止閃爍。同時警告信號優(yōu)先權(quán)最高。選做：2008年3月EDA室盧慶莉編寫設(shè)計要求：選做：2008年3月EDA室盧慶莉編寫24拿到課題之后，設(shè)計之前你應(yīng)該做些什么？1、認真閱讀設(shè)計要求。2、利用網(wǎng)絡(luò)查找汽車尾燈的資料。通過網(wǎng)絡(luò)了解汽車尾燈的工作原理以及它的用途。以便建立正確的設(shè)計方案。3、也可以通過對開過車的人，最好是和專職的老司機進行交談，通過交談來了解汽車尾燈的常識。著重強調(diào)：對世間的任何一件事物，你要記住千萬不要想當(dāng)然，而是要用科學(xué)的態(tài)度去觀察和分析事物，這樣才能得出正確的答案。2008年3月EDA室盧慶莉編寫拿到課題之后，設(shè)計之前你應(yīng)該做些什么？1、認真閱讀設(shè)計要求25汽車尾燈設(shè)計之前要建立這樣兩個概念：第一：汽車的燈光系統(tǒng)和汽車的系統(tǒng)沒有關(guān)系，有沒有燈光系統(tǒng)不影響汽車行駛。第二：了解汽車尾燈的用途。只有清楚地了解了這兩點，才能正確地設(shè)計出汽車尾燈控制系統(tǒng)。2008年3月EDA室盧慶莉編寫汽車尾燈設(shè)計之前要建立這樣兩個概念：2008年3月EDA室26汽車補充知識：1、汽車總系統(tǒng)指左腳所踩踏板,它是把發(fā)動機輸出的扭距與驅(qū)動輪分離和結(jié)合指右手搬動的檔位,它可改變齒輪的傳動比,以調(diào)整車速2008年3月EDA室盧慶莉編寫汽車補充知識：1、汽車總系統(tǒng)指左腳所踩踏板,它是把發(fā)動機輸出272、汽車的電路系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子控制已經(jīng)滲透到汽車的每一個系統(tǒng)中，并且起到越來越重要的作用。而燈光系統(tǒng)又是整個汽車電路系統(tǒng)中一個極為小的系統(tǒng)。2008年3月EDA室盧慶莉編寫2、汽車的電路系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子283、燈光系統(tǒng)的用途（1）對內(nèi)的用途：照明（2）對外的用途：1）說明駕駛員的行駛狀態(tài)；2）表示汽車在夜間和霧天的定位；3）夜間道路的照明。2008年3月EDA室盧慶莉編寫3、燈光系統(tǒng)的用途（1）對內(nèi)的用途：照明（2）對外的用途：2294、燈光系統(tǒng)介紹（1）車內(nèi)照明燈介紹①儀表燈；②閱讀燈；③后備箱燈；④其它燈（例如：門內(nèi)燈）2008年3月EDA室盧慶莉編寫4、燈光系統(tǒng)介紹（1）車內(nèi)照明燈介紹①儀表燈；200830（2）車外組合燈介紹①示寬燈（小燈）；②遠光燈和近光燈（大燈）；③霧燈；④方向燈；

⑤剎車燈；⑥倒車燈；⑦警告燈(或稱雙跳燈)；2008年3月EDA室盧慶莉編寫（2）車外組合燈介紹①示寬燈（小燈）；2008年3月EDA315、汽車尾燈的位置2008年3月EDA室盧慶莉編寫5、汽車尾燈的位置2008年3月EDA室盧慶莉編寫326、汽車尾燈的操動桿原理2008年3月EDA室盧慶莉編寫6、汽車尾燈的操動桿原理2008年3月EDA室盧慶莉332008年3月EDA室盧慶莉編寫2008年3月EDA室盧慶莉編寫342008年3月EDA室盧慶莉編寫2008年3月EDA室盧慶莉編寫35流程圖：設(shè)計方案有二種：第一種方案：設(shè)計要求：（必做）（1）空閑情況下尾燈均滅。（2）按左轉(zhuǎn)鍵時，L=1，Z左車燈閃亮。L=0后,左尾燈全部熄滅。（3）按右轉(zhuǎn)鍵時，R=1，Y右車燈閃亮。R=0后,右尾燈全部熄滅。（4）按警告鍵后，JG=1，左車燈和右車燈全部均變?yōu)樘鵁?，即：閃爍。JG=0停止閃爍。同時警告信號優(yōu)先權(quán)最高。2008年3月EDA室盧慶莉編寫流程圖：設(shè)計方案有二種：設(shè)計要求：（必做）2008年3月36第二種方案：2008年3月EDA室盧慶莉編寫第二種方案：2008年3月EDA室盧慶莉編寫37兩方案的比較：P37312.8題2008年3月EDA室盧慶莉編寫兩方案的比較：P37312.8題2008年3月EDA室38系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：說明：汽車的手動鍵有三檔即：左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和空閑。其中，空閑鍵為空檔，用機械手段實現(xiàn)，所以設(shè)計電路時不必考慮空閑鍵的存在。2008年3月EDA室盧慶莉編寫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：說明：汽車的手動鍵有三檔即：左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和空閑。其39ASM圖：2008年3月EDA室盧慶莉編寫ASM圖：2008年3月EDA室盧慶莉編寫40ASM圖：2008年3月EDA室盧慶莉編寫ASM圖：2008年3月EDA室盧慶莉編寫41求解激勵方程：（采用每態(tài)一位）2008年3月EDA室盧慶莉編寫求解激勵方程：（采用每態(tài)一位）2008年3月EDA室盧42輸出方程:2008年3月EDA室盧慶莉編寫輸出方程:2008年3月EDA室盧慶莉編寫432008年3月EDA室盧慶莉編寫2008年3月EDA室盧慶莉編寫442008年3月EDA室盧慶莉編寫2008年3月EDA室盧慶莉編寫45用VHDL實現(xiàn)汽車尾燈控制器libraryIEEE;--(counter5)useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitykzqisPort(clk,clr:instd_logic;L,R,JG:instd_logic;Z,Y:outstd_logic);endkzq;architectureaofkzqis

typestatetypeis(S0,S1,S2,S3);signalpresent_state,next_state:statetype;signalx:std_logic_vector(1downto0);begin x<=L&R;2008年3月EDA室盧慶莉編寫用VHDL實現(xiàn)汽車尾燈控制器libraryIEEE;--(46state_comb:process(present_state,JG,L,R)begincasepresent_stateiswhenS0=>Z<=‘0’;Y<=‘0’;ifJG=‘1’thennext_state<=S3;elsifJG=‘0’thenifx=“00”thennext_state<=S0;elsifx=“01”thennext_state<=S2;elsifx=“10”thennext_state<=S1;elsenext_state<=S3;endif;endif;2008年3月EDA室盧慶莉編寫state_comb:2008年3月EDA室盧慶莉47whenS1=>Z<=‘1’;Y<=‘0’;next_state<=S0;WhenS2=>Z<=‘0’;Y<=‘1’;next_state<=S0;WhenS3=>Z<=‘1’;Y<=‘1’;next_state<=S0;endcase;Endprocessstate_comb;

2008年3月EDA室盧慶莉編寫whenS1=>2008年3月EDA室48state_clk:process(clk,clr)beginifclr=‘1’thenpresent_state<=S0;elsif(clk’eventANDclk=‘1’)thenpresent_state<=next_state;endif;endprocessstate_clk;Enda;2008年3月E