数字系统设计课件.ppt

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1、数字系统设计第1页，此课件共40页哦什么是数字系统什么是数字系统 数字系统是指对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统 包括控制器和数据子系统就是数字系统 第2页，此课件共40页哦传统数字系统设计法 o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。o小规模数字系统：采用试凑法，凭借设计着的经验就可以实现。o规模较大数字系统：也可采用试凑法，如不合适，可寻找更合适的设计方法。第3页，此课件共40页哦自顶向下设计法 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。第4页，此课件共40

2、页哦自顶向下设计法优点 o大大缩短了设计周期由于功能描述可完全独立于芯片结构在设计的最初阶段,设计师可不受芯片结构的约束,集中精力进行产品设计,进而避免了传统设计方法所带来的重新再设计风险,大大缩短了设计周期。o设计的再利用得到保证目前的电子产品正向模块化发展,所谓模块化就是对以往设计成果进行修改,组合和再利用,产生全新的或派生设计,而自顶向下设计方法的功能描述可与芯片结构无关。因此可以以一种的方式进行存档,以便将来的重新利用。o设计规模大大提高简单的语言描述即可完成复杂的功能,而不需要手工绘图。o芯片选择更加灵活设计师可在较短的时间内采用各种结构芯片来完成同一功能描述,从而在设计规模、速度、

3、芯片价格及系统性能要求等方面进行平衡,选择最佳结果。第5页，此课件共40页哦层次化设计方法分层原则 o将所有的算术运算安排在同一层中，状态机、随机逻辑、数据路径等逻辑类型作为独立的模块设计 o模块的输入尽量不要悬空，输出应尽量寄存。o单个功能块应保持在30006000门之间，HDL语言的行数不超过400行 o尽量采用专用的IP核进行设计 第6页，此课件共40页哦可编程逻辑器件的开发过程 可编程逻辑器件设计电路过程如下图所示 第7页，此课件共40页哦设计实例4位数字频率计 1 基本原理基本原理 频率就是周期性信号在单位时间（1S）内的变化次数。若在一定1S的时间间隔内测得这个周期性信号的重复变化

4、次数为N，则其频率可表示为：f=N第8页，此课件共40页哦 第9页，此课件共40页哦2 顶层原理图 第10页，此课件共40页哦3 底层模块设计 在顶层原理图中共有5个模块：CNT12、CNT10、CODE、LOCK、DECODER（1）十二进制加法计数器CNT12的VHDL语言源程序第11页，此课件共40页哦（2）十进制加法计数器CNT10的VHDL语言源程序 第12页，此课件共40页哦 第13页，此课件共40页哦 第14页，此课件共40页哦（3）控制模块CODE的VHDL语言源程序 第15页，此课件共40页哦 第16页，此课件共40页哦 第17页，此课件共40页哦（4）锁存器LOCK的VHD

5、L语言源程序 第18页，此课件共40页哦 第19页，此课件共40页哦4 底层模块的仿真（1）LOCK模块的仿真结果 第20页，此课件共40页哦（2）CNT12的仿真结果 第21页，此课件共40页哦（3）CNT10模块的仿真结果 第22页，此课件共40页哦（4）CODE模块的仿真结果 第23页，此课件共40页哦5 频率计顶层原理图的输入 第24页，此课件共40页哦6 频率计仿真结果 第25页，此课件共40页哦数字乘法器的设计 设计一44 二进制乘法器设计步骤：1.算法设计 2.电路划分3.数据处理单元的设计 4.控制单元的设计 第26页，此课件共40页哦1.算法设计 设A=1011，B=1101

6、，则乘法运算过程和运算结果为：乘法运算可分解为加法和移位两种操作。部分积P右移1位后与A相加。最终的部分积P即为A与B的乘积。在运算过程中，若某一位 Bi=0，则只移位不累加。第27页，此课件共40页哦乘法器功能框图 第28页，此课件共40页哦乘法器的算法流程 第29页，此课件共40页哦电路划分:数据处理单元+控制单元 第30页，此课件共40页哦数据处理单元的设计 第31页，此课件共40页哦控制单元的设计 乘法控制器的ASM图 第32页，此课件共40页哦控制器输入输出信号表 第33页，此课件共40页哦控制器的VHDL源程序mulcon.vhd 第34页，此课件共40页哦 第35页，此课件共40页哦 第36页，此课件共40页哦 第37页，此课件共40页哦控制器仿真结果 第38页，此课件共40页哦乘法器顶层原理图 第39页，此课件共40页哦乘法器仿真时序图 第40页，此课件共40页哦