算法流程图及ASM图.doc

. -算法流程图及ASM图    引例  设计一个逻辑电路，其输入信号X=xn-1xn-2x0，Z为输出信号，表示X中包含的1的个数。电路可用如下的流程图描述：  图5-2-1    含1统计电路    5.2.1 算法流程图      算法流程图由工作块、判别块、条件块、开场完毕块以及指向线组成。图5-2-2    算法流程图的工作块图5-2-3    算法流程图的判别块图5-2-4    算法流程图的条件块         图5-2-5    算法流程图的开场块和完毕块     如对引例的含1统计电路增加一个序列开场标志信号START和一个统计完毕标志信号DONE，那么其框图为如下：          图5-2-6    含1统计电路的算法流程图    5.2.2 算法设计    例5-2-1      设计如下左图所示的乘法电路。图中，输入信号A=A4A3A2A1是被乘数，B=B4B3B2B1 是乘数，且均为4位二进制数，P=A*B是输出信号，为8位二进制数。START为启动信号，END为完毕标志。其算法逻辑图见下右图。              图5-2-7    乘法器的算法流程图    例5-2-2   设计一个电路，用于计算平面上两点之间的距离。该电路输入信号为两个8位二进制数X和Y，分别代表两点横坐标的差值和纵坐标的差值，电路输出为Z，表示两点之间的距离。计算误差要求小于10%。                   图5-2-8    例5-2-2的算法流程图    5.2.3 电路划分与逻辑框图    例5-2-3    根据含1统计电路的算法流程图，画出电路的逻辑框图。如下。图5-2-9    含1统计电路的逻辑框图    例5-2-4     画出4位二进制乘法器的逻辑框图。如下。           图5-2-10    乘法器的逻辑框图    例5-2-5    根据距离运算电路的算法流程图，画出该电路的逻辑框图。图5-2-11    距离运算电路的逻辑框图    5.2.4 数据处理单元的设计                                例5-2-6    设计含1统计电路的数据处理单元。如图。图5-2-12    含1统计电路的数据处理单元    例5-2-7    设计4位乘法器的数据处理单元。如图。       图5-2-13    4位乘法器的数据处理单元    5.2.5 ASM图    5.2.5.1 ASM图的根本符号和组成图5-2-14    ASM图的状态图图5-2-15    ASM图的判别块图5-2-16    ASM图的条件输出块   5.2.5.2 导出ASM图的法   ASM图和算法流程图间的相互关系和转换规那么十清楚确，两者之间工作块状态块、判别块、条件输出块根本对应。    例5-2-8  将含1统计电路的算法流程图转换成为ASM图。如下列图。图5-2-18    含1统计电路控制器ASM图    例5-2-9     将4位乘法器的算法流程图转换为ASM图。如下列图。  图5-2-19    乘法器控制单元ASM图    5.2.6 控制单元的设计    5.2.6.1 以触发器为核心的控制器设计    例5-2-10    导出上图所示的乘法控制单元的逻辑电路。    1.对ASM图进展状态分配：S000，S101，S211，S310图5-2-20    乘法器控制单元设计过程之一    2.填写鼓励函数卡诺图图5-2-20    乘法器控制单元设计过程之一    3.导出输出程                    END = Q1Q0                       CR =  Q1Q0                                                       CA =  Q1Q0                    CB1 =  Q1Q0                    CB0 = Q1Q0 +  Q1Q0                     CC =  Q1Q0                    CM1 =  Q1Q0Bi                    CM0 =  Q1Q0Bi + Q1Q0      4.画逻辑图：图5-2-21    乘法器控制单元逻辑电路之一    5.2.6.2 以集成计数器为核心的控制器设计    例5-2-11   用集成计数器74163，辅以适当的组合器件，设计乘法器控制单元电路。    1.状态分配：S000，S101，S211，S310图5-2-22    乘法控制器单元设计过程之二    2.列操作表图5-2-22    乘法控制器单元设计过程之二    3.填写鼓励函数卡诺图图5-2-22    乘法控制器单元设计过程之二    4.导出输出程                    END = Q1Q0                       CR =  Q1Q0                                                       CA = CB1 = Q1Q0                     CB0 = Q1Q0 +  Q1Q0 = Q0                     CC =  Q1Q0                    CM1 =  Q1Q0Bi                    CM0 =  Q1Q0Bi + Q1Q0     5.画逻辑图：图5-2-23    乘法器控制单元逻辑电路之二    5.2.6.3 以集成移位器为核心的控制器设计    例5-2-12   用集成移位器74194，辅以适当的组合器件，设计乘法器控制单元的电路。    进展状态分配：S000，S101，S211，S310，得操作表及各鼓励输入端的函数卡诺图，如图5-2-24。图5-2-24    乘法器控制单元逻辑电路之三    各输出信号的函数表达式为：                    END = QAQB                       CR =  QAQB                                                       CA = CB1 = QAQB                     CB0 = QAQB +  QAQB                      CC =  QAQB                    CM1 =  QAQBBi                    CM0 =  QAQBBi + QAQB     鼓励函数M1、M0用双4选1MUX实现，各输出信号仍用译码器辅以少量门电路加以实现，其逻辑电路如图5-2-25所示。图5-2-25    乘法器控制单元逻辑电路之三    5.2.6.4 以集成多D触发器为核心的控制器设计    例5-2-13   用四D触发器74175，辅以适当的组合器件，设计乘法器控制单元电路。    用多D触发器设计时序电路时，状态分配采用“一对一的法。所以进展状态分配如下：S00000，S11100，S21010，S31001。由ASM图列出次态表，如表5-2-3所示。表5-2-3    次态表    由ASM图可直接写出各输出程                END = Q0                 CR = Q1                 CA = CB1 = Q1                 CC = Q2                CB0 = Q1 + Q3                CM1 = Q2Bi                CM0 = Q2Bi + Q3    控制单元的逻辑框图如图5-2-26所示。图5-2-26    乘法器控制单元逻辑电路之四    5.2.7设计举例    图5-2-27给出了FIFO先进先出，又称为队列的顺序存储器的示意图和待设计FIFO的框图。图5-2-27    FIFO存储器示意图    图5-2-28给出了队列在RAM中可能的几种分布位置。图中阴影代表队列已占据的存储空间，空白表示未被占据的存储空间。图5-2-28    队列在RAM中的几种位置分布    图5-2-29(a)给出了读操作的示意图。读操作时，WA不变，RA加1。显然，假设RA加1后与WA相等，那么表示队列已空。图5-2-29(b)、(c)给出了写操作的示意图。写操作时，RA不变，WA加1。假设WA加1后与RA相等，那么表示队列已满。图5-2-29    FIFO的读/写操作    在分析FIFO逻辑功能及读写操作特点的根底上，现进展电路设计。    1、算法设计与逻辑框图    该FIFO的算法流程图如图5-2-30所示。图5-2-30    FIFO的算法流程图    实现上述算法逻辑框图如图5-2-31所示。图5-2-31    FIFO的逻辑框图    2、数据处理单元的设计    图5-2-32为数据处理单元的逻辑图。图5-2-32    FIFO的数据处理单元    3、导出ASM图    根据算法流程图和数据处理单元的逻辑图，可导出控制器的ASM图，如图5-2-33所示。图5-2-33    FIFO控制器的ASM图    4、控制器的设计    对ASM图进展如下状态分配：        S000，S101，S210，S311    如图5-2-34(a)所示。选择D触发器作为控制器的状态存放器。由ASM图可直接导出鼓励函数卡诺图，如图5-2-34(b)所示。图5-2-34    状态分配及卡诺图    可画出控制器的逻辑电路，如图5-2-35所示。图5-2-35    FIFO控制器的逻辑图. . word.zl-