第十二章數字系統設計基礎演示文稿

第十二章數字系統設計基礎演示文稿現在是1頁\一共有45頁\編輯于星期四優(yōu)選第十二章數字系統設計基礎現在是2頁\一共有45頁\編輯于星期四2.構成要素

方框：定義一個子系統，實現某種數據處理或傳送等功能。在方框內描述其功能（文字表達式等）

；帶箭頭的直線：各子系統之間的信息通道。箭頭表示信息傳輸方向。標注：表示主要信息通道的名稱、功能或信息類型。系統說明書：給每個子系統盡可能詳細的說明?，F在是3頁\一共有45頁\編輯于星期四系統輸出輸入……（a）一般方框圖控制器C數據采集輸入數據處理C輸出數據顯示數據打?。╞）系統分解圖舉例：例：12.3.1給出了一個智能儀表方框圖的設計和細化過程。現在是4頁\一共有45頁\編輯于星期四數據處理（C）進一步細化方案控制器C數據采集輸入C輸出數據顯示數據打印現在是5頁\一共有45頁\編輯于星期四（d）數據處理模塊的細化輸入/輸出接口CM寄存器A寄存器ALUCCC圖12.3.1一個智能儀表的方框圖現在是6頁\一共有45頁\編輯于星期四二、算法流程圖1.作用描述算法。2.基本符號入口點；出口點；傳輸框；判斷框A←A+BPBA（d）判斷框（a）入口點（b）出口點（c）傳輸框圖12.3.2流程圖符號注意：按照事件的先后次序排列的，與電路的時序無對應關系?，F在是7頁\一共有45頁\編輯于星期四例12.3.2函數求值,計算Z=4×X1+2×X2+X3的值。任務：輸入數據X串行輸入序列X1，X2，X3，計算完成后，提供輸出Z。解：根據題意，可以采用多種方法實現。第一種方法：設置3個寄存器分別存儲X1，X2，X3，然后對X1乘4，X2乘2,其中乘2操作用寄存器左移實現，最后執(zhí)行3個數的求和運算?，F在是8頁\一共有45頁\編輯于星期四A←X1B←X2C←X3A←SL(A)B←SL(B)A←SL(A)A←A+B+C

由以上分析可以看出，這種方法的電路結構復雜，需要3個寄存器，但算法簡單?，F在是9頁\一共有45頁\編輯于星期四第二種方法：設置兩個寄存器A和B，寄存器A存儲X1，并執(zhí)行乘4操作，寄存器B存儲X2，并執(zhí)行乘2操作，然后執(zhí)行A←A+B，，最后再將A與X3相加，輸出Z。A←X1B←X2A←SL(A)B←SL(B)A←SL(A)A←A+BA←A+X3

由以上分析可以看出，寄存器結構簡化了，然而算法變復雜了?，F在是10頁\一共有45頁\編輯于星期四第三種方法:系統中只有一個寄存器A存放計算結果,算法變的更復雜,其系統結構圖和流程圖如圖12.3.3和圖12.3.4所示:A0AA+XASL(A)AA+XASL(A)AA+XA=X1A=2X1A=2X1+X2A=4X1+2X2Z=4X1+2X2+X3算法流程圖現在是11頁\一共有45頁\編輯于星期四圖11.3.3系統結構圖例11.3.2絕對值計算，計算圖12.3.6算法流程圖A←0,C←0X<0A←A-X1X<0A←A-XA←A+XX<0A←A-XC←1A←A+XC←11010A←A+X0Z控制器CA組合電路XTSC現在是12頁\一共有45頁\編輯于星期四舉例：累加器是適合于進行多次運算的電路，其結構圖如下圖所示。若圖中的組合電路由加法器構成，則該累加器用來實現多個數的相加求和。現在是13頁\一共有45頁\編輯于星期四在累加器工作之前，將累加寄存器置0（即：A=0）。送入第一個數據B1之后，第一個求和命令（時鐘）把A加B之和送到累加寄存器，由于在此之前，A=0，所以第一次求和結果是將B1送入累加寄存器。再送入第二個數據B2，第二個求和命令把原先存于累加寄存器的數據B1同第二個數據B2相加的和送入累加寄存器。再送入第三個數據B3，第三個求和命令把原先求和命令又以新形成的和取代以前的和存于累加寄存器??????，這個累加過程一直繼續(xù)到加完第四個相加的數。請列出它的算法流程圖?，F在是14頁\一共有45頁\編輯于星期四現在是15頁\一共有45頁\編輯于星期四三、算法狀態(tài)機圖（ASM圖）

1.作用嚴格按系統時序來描述系統的工作過程。

2.ASM圖符號

(1)狀態(tài)框

(2)條件框(3)判斷框現在是16頁\一共有45頁\編輯于星期四寄存器操作或輸出符號二進制代碼（a）狀態(tài)框（b）實例R←0START011T3圖12.3.7狀態(tài)框狀態(tài)框中的操作通常用RTL語言表示，若用助記符代替，則該助記符是控制器發(fā)出的控制命令。（1）狀態(tài)框T3:R←0;用助記符表示為:CLRR控制命令?，F在是17頁\一共有45頁\編輯于星期四條件分支分支01分支分支01

條件圖12.3.8判斷框判斷框表示判斷變量對控制器的影響，因此判斷框中的條件通常為處理器的狀態(tài)信號或外部輸入控制信號。（2）判斷框現在是18頁\一共有45頁\編輯于星期四X1X20×11

T1T2T3T410（a）真值表圖解分支表示01T1X1T2T3T4X201（b）變量優(yōu)先級分支表示圖12.3.9判斷框3個分支表示現在是19頁\一共有45頁\編輯于星期四圖12.3.11條件框舉例A0T1T201001001ER←0圖12.3.10條件框寄存器操作或輸出條件框為ASM圖所特有的，條件框內的操作和輸出是在給定條件下，判斷條件被滿足時才發(fā)生的，所以條件框的輸入必定與判斷框的分支相連。（2）條件輸出框

現在是20頁\一共有45頁\編輯于星期四3.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系統的狀態(tài)；A0T1T201001001ER←03、一個ASM塊內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XCLRAECLRR現在是21頁\一共有45頁\編輯于星期四A0T1T301001001AA+1ER←0T2CP1CP2CP3發(fā)CLRA發(fā)CLRA發(fā)CLRRA0A0AA+1E=1E=0發(fā)INCA發(fā)INCAR0Z控制器RA組合電路XCLRAECLRRINCA現在是22頁\一共有45頁\編輯于星期四(3)ASM圖與控制器狀態(tài)轉移圖的關系；狀態(tài)轉移圖只能表述控制器狀態(tài)轉移情況，但無法表示處理器完成何種操作以及輸出變量為何值。圖12.3.12ASM塊A←A+1T1T201001001ER←0FT4100T30110100110001101000/1001/101×/11EF/INCACLR圖12.3.13等效狀態(tài)轉移圖現在是23頁\一共有45頁\編輯于星期四例1：一個數字系統的數據處理器有2個觸發(fā)器E和F及1個二進制計數器A，計數器的各個位分別用A4、A3、A2、A1標記，A4為最高位，A1為最低位。啟動信號S使計數器A和觸發(fā)器F清“0”，從下一個時鐘脈沖開始，計數器增1，一直到系統停止工作為止。系統的操作序列由A3和A4之值決定，即：①A3=0，觸發(fā)器E清“0”，并繼續(xù)計數。②A3=1，觸發(fā)器E置“1”，并檢驗A4，若A4=0,繼續(xù)計數；若A4=1，觸發(fā)器F置“1”，E置“1”,系統停止計數?，F在是24頁\一共有45頁\編輯于星期四圖12.3.114例12.3.3ASM圖A←A+10T0初態(tài)SA31T1A40A←0，F←0E←1E←0E←1，F←1011現在是25頁\一共有45頁\編輯于星期四A4A3A2A1EF條件狀態(tài)0000000T1100010000T100100000T1現在是26頁\一共有45頁\編輯于星期四現在是27頁\一共有45頁\編輯于星期四例1:對于下圖ASM圖，從S=1開始，試填寫計數器A的狀態(tài)轉移表?，F在是28頁\一共有45頁\編輯于星期四4.ASM圖的建立從算法流程圖ASM圖

原則1：在算法的起始點安排一個狀態(tài)；

S01算法流程圖T0S01ASM圖S01A0算法流程圖現在是29頁\一共有45頁\編輯于星期四原則2：必須用狀態(tài)來分開不能同時實現的寄存器傳輸操作；

AA+1ASR(A)ASM圖算法流程圖AA+1ASR(A)現在是30頁\一共有45頁\編輯于星期四原則3：如果判斷框中的轉移條件受前一個寄存器操作的影響，應在它們之間安排一個狀態(tài)。T0A=n01AA+1T0A=n01AA+1ASM圖算法流程圖現在是31頁\一共有45頁\編輯于星期四圖11.3.13算法流程圖A←A+10T0SA31T1A40011A←0，F←0T2E←1E←1，F←1E←0T0SA←A+1T11A400E←1E←00A←0，F←01圖11.3.14ASM圖A3T2E←1，F←11現在是32頁\一共有45頁\編輯于星期四現在是33頁\一共有45頁\編輯于星期四例2:對于下圖ASM圖，試從T0狀態(tài)且S=1開始，填寫該圖的操作序列表。0010T10110T20110T11010T21000T11100T21111T0現在是34頁\一共有45頁\編輯于星期四1）圖12.3.14和圖12.3.18的ASM圖的差異分析:現在是35頁\一共有45頁\編輯于星期四將圖12.3.14ASM圖與圖12.3.18ASM圖相比不同點在于圖12.3.14在A←A+1的后面插入了一個方框，這說明了判斷是在A+1的次態(tài)。而圖12.3.18的判斷是在A+1的現態(tài)。這兩張ASM圖之間的差異可以從它們各自的ASM圖表操作序列可見。2）比較兩個ASM表現在是36頁\一共有45頁\編輯于星期四現在是37頁\一共有45頁\編輯于星期四5、ASM圖推導處理器明細表和控制器狀態(tài)轉移圖RESET1WAITRESET0ADATA,BUSY0ASR(A)BUSY1YA,BUSY0BEGINEND0110控制信號：C1控制信號：C2控制信號：C3控制信號：C5控制信號：C4狀態(tài)信號：S1狀態(tài)信號：S2現在是38頁\一共有45頁\編輯于星期四

RESET表示系統復位信號。BEGIN為外部送入系統的啟動信號。END為系統結束命令。BUSY表示系統是否忙。現在是39頁\一共有45頁\編輯于星期四操作表狀態(tài)變量表控制信號操作狀態(tài)變量定義C1RESET1

WAITS1S2BEGINENDC2R