工學(xué)asic原理及應(yīng)用

[工學(xué)]asic原理及應(yīng)用第一頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。第1頁(yè)，共61頁(yè)。第二章ASIC算法模型設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的描述方法數(shù)字系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)算法流程圖算法結(jié)構(gòu)第二頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20232桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第2頁(yè)，共61頁(yè)。2.1數(shù)字系統(tǒng)模型為便于分析和設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)，有必要選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯?duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述。數(shù)字系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型和算法模型是兩種基本的有效模型。一、動(dòng)態(tài)模型指在數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)中，采用傳統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，狀態(tài)方程，輸出方程，時(shí)序圖，真值表，卡諾圖等描述工具的數(shù)字系統(tǒng)稱為動(dòng)態(tài)模型。數(shù)電學(xué)過(guò)的描述方法第三頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20233桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第3頁(yè)，共61頁(yè)。例：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，當(dāng)連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上“1”時(shí)，電路輸出為“1”，其它情況下輸出為“0”。例如：輸入X1110輸出Z0110狀態(tài)表第四頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20234桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第4頁(yè)，共61頁(yè)。二、算法模型對(duì)于較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)模型難以適用，數(shù)字技術(shù)人員現(xiàn)今普遍采用算法模型來(lái)描述和設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。算法模型思想：將系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能看作是應(yīng)完成的某種運(yùn)算。若運(yùn)算太復(fù)雜，可把它分解成一系列子運(yùn)算(子功能)，若子運(yùn)算還較復(fù)雜，可以繼續(xù)分解，直到分解為一系列簡(jiǎn)單運(yùn)算。然后按一定的規(guī)律，順序地或并行地進(jìn)行這些簡(jiǎn)單的基本運(yùn)算，從而，實(shí)現(xiàn)原來(lái)復(fù)雜系統(tǒng)的功能。第五頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20235桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第5頁(yè)，共61頁(yè)。數(shù)字系統(tǒng)的算法模型通常具有兩大特征：(1)含有若干子運(yùn)算：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等。(2)具有相應(yīng)的控制序列，控制子運(yùn)算按一定的規(guī)律有序地執(zhí)行。

算法就是有基本運(yùn)算及規(guī)定的運(yùn)算順序所構(gòu)成的完整的解題步驟，就是解決問(wèn)題的方法。事實(shí)證明，任何一個(gè)系統(tǒng)都可以用算法模型來(lái)進(jìn)行描述。

第六頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20236桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第6頁(yè)，共61頁(yè)。例：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，當(dāng)連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上“1”時(shí)，電路輸出為“1”，其它情況下輸出為“0”。例如：輸入X1110輸出Z00110求其算法模型?解：實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能應(yīng)由三個(gè)存貯單元R1、R2和R3，分別存放輸入信號(hào)x(t-1)、x(t)、x(t+1)的數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)以下檢測(cè)規(guī)則決定輸出Z

(1)當(dāng)x(t-1)＝x(t)＝x(t+1)=1，輸出Z=1即Z=R1&R2&R3。(2)其它情況Z＝0。每經(jīng)過(guò)一次檢測(cè)，則將后進(jìn)入的數(shù)據(jù)取代先進(jìn)入的數(shù)據(jù)，又送進(jìn)一個(gè)新的數(shù)據(jù)，此過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行。

以上就是串行數(shù)據(jù)檢測(cè)算法，如何描述該算法模型？第七頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20237桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第7頁(yè)，共61頁(yè)。圖2.1.3序列檢測(cè)系統(tǒng)算法流程圖開(kāi)始t=0Z=0t=t+1Z=1Z=0R1=R2=R3=1?

NOYESR1X(t)R2R1R3R2

以圖形像地給出了需要進(jìn)行的操作以及進(jìn)行這些操作的條件和順序。與軟件設(shè)計(jì)中的流程圖十分相同，稱為算法流程圖。算法流程圖描述算法后，可借助編程語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可用如C語(yǔ)言、Matlab語(yǔ)言，建模仿真，以驗(yàn)證算法。第八頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20238桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第8頁(yè)，共61頁(yè)。moduleser_detector(z,x,clk);inputx,clk;outputz;regr1,r2,r3;initialbeginr1=0;r2=0;r3=0;endalways@(posedgeclk)beginr3<=r2;r2<=r1;r1<=x;endassignz=r1&r2&r3;endmodule第九頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.20239桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第9頁(yè)，共61頁(yè)。Modelsim仿真結(jié)果

synplify綜合結(jié)果

第十頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202310桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第10頁(yè)，共61頁(yè)。三、算法流程圖

算法模型可以描述任何系統(tǒng)，其二大特征子運(yùn)算或子操作及操作順序，正確描述算法模型的工具應(yīng)具備：應(yīng)有一組符號(hào)和規(guī)則，描述系統(tǒng)的各種運(yùn)算或操作及順序；本層次的描述應(yīng)為變換成下一層次的描述提供足夠的信息。描述方法應(yīng)簡(jiǎn)明易學(xué)。目前廣泛使用的工具：算法流程圖第十一頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202311桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第11頁(yè)，共61頁(yè)。1.工作塊：

工作塊是一個(gè)矩形塊，塊內(nèi)用簡(jiǎn)要的文字公式來(lái)說(shuō)明應(yīng)進(jìn)行的一個(gè)或若干個(gè)操作及應(yīng)輸出的信號(hào)。CNT0計(jì)數(shù)器清零Rb=exp(B)RmMTERM=1三個(gè)運(yùn)算操作特點(diǎn)：①工作塊描述的操作與具體硬件之間并無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可以用不同的硬件實(shí)現(xiàn)。

②工作塊描述的操作不一定在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。第十二頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202312桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第12頁(yè)，共61頁(yè)。2.判斷塊

CNT=8?CNT0A1.A0CNTCNT+1FD0FD1FD001001NOYES圖2.2.1判斷塊

判斷塊的符號(hào)是菱形，塊內(nèi)給出判斷變量及條件，條件滿足與否決定不同的操作，稱為分支。

判斷塊有多個(gè)變量，可能構(gòu)成多個(gè)分支。

第十三頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202313桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第13頁(yè)，共61頁(yè)。3.條件塊

BDB右移R0CNT=4?NOYES塊1塊2塊3圖2.2.2條件塊條件塊總源于判斷塊的一個(gè)分支。僅當(dāng)該分支條件滿足時(shí)，條件塊中標(biāo)明的操作才執(zhí)行，且立即執(zhí)行。條件塊規(guī)定的操作與特定條件有關(guān)，故稱為條件操作。工作塊規(guī)定的操作無(wú)前提條件，故稱為無(wú)條件操作。這是兩者的不同之處。第十四頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202314桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第14頁(yè)，共61頁(yè)。4.開(kāi)始與結(jié)束圖2.2.3開(kāi)始?jí)K與結(jié)束塊開(kāi)始結(jié)束

開(kāi)始?jí)K與結(jié)束塊的符號(hào)是橢圓塊，用于標(biāo)注算法流程圖的首、尾。當(dāng)流程圖的首、尾比較明確時(shí)，也可省略開(kāi)始?jí)K和結(jié)束塊。第十五頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202315桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第15頁(yè)，共61頁(yè)。三種基本結(jié)構(gòu)ABab順序結(jié)構(gòu)ABabpYN當(dāng)p為“真”當(dāng)p為“假”選擇結(jié)構(gòu)第十六頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202316桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第16頁(yè)，共61頁(yè)。循環(huán)結(jié)構(gòu)Aabp1YWhile型循環(huán)N當(dāng)p1為“真”當(dāng)p1為“假”Aabp2NUntil型循環(huán)Y當(dāng)p2為“真”當(dāng)p2為“假”第十七頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202317桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第17頁(yè)，共61頁(yè)。數(shù)字系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)過(guò)程的兩個(gè)關(guān)鍵是子運(yùn)算和控制順序：（1）子運(yùn)算列出問(wèn)題中所有的變量與常量列出變量間所有可能的關(guān)系、運(yùn)算評(píng)估運(yùn)算的可實(shí)現(xiàn)性（2）控制順序仔細(xì)分析問(wèn)題，列出解決問(wèn)題的子運(yùn)算的可能順序，并優(yōu)化四、數(shù)字系統(tǒng)的算法流程圖

第十八頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202318桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第18頁(yè)，共61頁(yè)。實(shí)例1：設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)報(bào)紙銷(xiāo)售機(jī)設(shè)計(jì)—個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字電路用于電子的報(bào)紙售賣(mài)機(jī)的投幣器。假設(shè)報(bào)紙價(jià)格為1.5元。投幣器只能接受5角和1元的硬幣。必須提供適當(dāng)數(shù)目的零錢(qián)，投幣器不找錢(qián)。合法的硬幣組合包括1個(gè)5角的硬幣和1個(gè)1元的硬幣，3個(gè)5角的硬幣,1個(gè)1元硬幣和1個(gè)5角的硬幣，2個(gè)1元的硬幣是合法的，但是投幣器不找錢(qián)。當(dāng)投幣滿足時(shí)，送出一份報(bào)紙假定投入硬幣由傳感器獲得2位數(shù)字信號(hào)AB表示：00－無(wú)投幣01－5角10－1元第十九頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202319桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第19頁(yè)，共61頁(yè)。ABCoin=coinCoin=coin+10Coin=coin+5Coin>=15?Paper=1開(kāi)始Coin<=0Paper<=0rstwaitcoinNN000110變量:ABcoinpaper投入硬幣coin=coin+AB(0,5,10)coin>=15時(shí)paper=1比較完成后，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行coin清零YY第二十頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202320桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第20頁(yè)，共61頁(yè)。實(shí)例2：

雷達(dá)接收回波信號(hào)中找出目標(biāo)反射信號(hào)，即一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，從m個(gè)輸入n位二進(jìn)制數(shù)x中找出最大值和最小值的系統(tǒng)。運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)在r_max及r_min輸入的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在r需要兩個(gè)比較器進(jìn)行大小比較，comp1,com2比較完成后，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)需要一個(gè)計(jì)數(shù)器i，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)第二十一頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202321桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第21頁(yè)，共61頁(yè)。開(kāi)始i=i+1i=0r_max=0r_min=0r>r_max?YESr_max=rr<r_min?r_min=r結(jié)束YESNOi>m?NOr=x(i)YESNO第二十二頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202322桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第22頁(yè)，共61頁(yè)。modulemax_min_finder(r_max,r_min,x,clk);input[7:0]x;inputclk;output[7:0]r_max,r_min;reg[7:0]r_max,r_min;reg[7:0]r;reg[9:0]i;initialbeginr_max=x;r_min=x;i=0;endalways@(posedgeclk)begini<=i+1;if(i<=1000)beginr<=x;if(r>r_max)r_max<=r;if(r<r_min)r_min<=r;endendendmodule第二十三頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202323桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第23頁(yè)，共61頁(yè)。Modelsim仿真結(jié)果

第二十四頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202324桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第24頁(yè)，共61頁(yè)。2.2算法模型設(shè)計(jì)

數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，就是確定系統(tǒng)功能。設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)地研究和分析用戶提出的要求，并與用戶一起，制定出一張精確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。該任務(wù)書(shū)詳細(xì)規(guī)定了系統(tǒng)的邏輯功能和技術(shù)指標(biāo)，它是設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)、研制、測(cè)試及用戶進(jìn)行驗(yàn)收的依據(jù)。在系統(tǒng)的邏輯功能確定之后，設(shè)計(jì)人員面臨的任務(wù)就是考慮如何實(shí)現(xiàn)這些功能?即求出實(shí)現(xiàn)功能的方法：算法本節(jié)學(xué)習(xí)如何根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，推導(dǎo)出系統(tǒng)算法模型，即求出算法流程圖。第二十五頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202325桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第25頁(yè)，共61頁(yè)。一、算法模型設(shè)計(jì)方法建立算法模型是數(shù)字系統(tǒng)十分關(guān)鍵的一步，同時(shí)也是十分困難的一步。建立算法模型的過(guò)程，是把錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化、抽象為合理的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。要通過(guò)調(diào)查、收集數(shù)據(jù)資料，觀察和研究實(shí)際對(duì)象的固有特征和內(nèi)在規(guī)律，抓住問(wèn)題的主要矛盾，建立起反映實(shí)際問(wèn)題的數(shù)量關(guān)系，然后利用數(shù)學(xué)的理論和方法去分析和解決問(wèn)題。這就需要深厚扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，敏銳的洞察力和想象力，對(duì)實(shí)際問(wèn)題的濃厚興趣和廣博的知識(shí)面。除找出所有的子運(yùn)算外，按控制順序的獲取算法模型的設(shè)計(jì)方法有以下幾種：第二十六頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202326桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第26頁(yè)，共61頁(yè)。1.跟蹤法對(duì)于以控制為主的系統(tǒng)，可按照確定的系統(tǒng)功能，由控制要求逐步細(xì)化，逐步具體化，從而導(dǎo)出的系統(tǒng)算法稱為跟蹤法。

第二十七頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202327桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第27頁(yè)，共61頁(yè)。例1：設(shè)計(jì)一4X4掃描鍵盤(pán)系統(tǒng)，能夠響應(yīng)按鍵，輸出相應(yīng)的鍵值。圖2.3.1鍵盤(pán)掃描框圖第二十八頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202328桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第28頁(yè)，共61頁(yè)。掃描鍵盤(pán)原理如何判斷按鍵按下？判斷鍵位？在列向量依次加掃描信號(hào)，由行向量的值判斷那個(gè)按鍵按下。鍵盤(pán)一般會(huì)有5~10ms抖動(dòng)，應(yīng)去抖動(dòng)。1111000第二十九頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202329桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第29頁(yè)，共61頁(yè)。掃描鍵盤(pán)原理1111000變量:輸入row輸出colcodekey-flagcode=F[row,col]key-flag=G[row,col]第三十頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202330桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第30頁(yè)，共61頁(yè)。開(kāi)始等按鍵按鍵防抖有鍵按下？No鍵盤(pán)掃描Yes找閉合鍵？置有效位閉合鍵釋放？YESNONoYes計(jì)算鍵值需要考慮以下問(wèn)題：（1）如何防按鍵抖動(dòng)？

硬件防按鍵抖動(dòng),延遲防抖（2）如何進(jìn)行鍵盤(pán)掃描？依次置col=0001、0010、0100、1000，查看row的值（3）如何計(jì)算鍵值？rowcol按鍵000100010000100101000101002000110003…….…..第三十一頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202331桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第31頁(yè)，共61頁(yè)。開(kāi)始Wait_keyCol=15delay10ms?Row=0?YESCol=1NORow=0?YESNORow=0?Col=2Row=0?YESNOCol=4Row=0?Col=8Row=0?YESYESYESC_reg=colR_reg=rowCode=()Row=0?Col=15YESNONONONO第三十二頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202332桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第32頁(yè)，共61頁(yè)。例2：設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制系統(tǒng)。

東西道為主道，南北道為副道。如果東西道(EW)及南北道(NS)均有車(chē)，則東西道每次通行60秒(綠燈)，南北道每次通行40秒(綠燈)。如果僅有一個(gè)通道有車(chē)，則禁止無(wú)車(chē)通道(紅燈)；如果兩通道均無(wú)車(chē)，則禁止南北道。通道轉(zhuǎn)換時(shí)，綠燈通道均需停車(chē)3秒(黃燈)?？刂菩盘?hào)：輸出燈光信號(hào)

NSRedNSGeenNSYellowEWRedEWGeenEWYellow第三十三頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202333桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第33頁(yè)，共61頁(yè)。開(kāi)始東西道通行南北道禁止南北有車(chē)且東西無(wú)車(chē)或南北東西均有車(chē)且達(dá)到60秒東西停車(chē)南北停車(chē)3秒東西道禁止南北道通行南北無(wú)車(chē)且東西有車(chē)或南北東西均有車(chē)且達(dá)到40秒南北停車(chē)東西停車(chē)3秒0011分析：由題目得十字路口交通燈控制器大致流程圖細(xì)化問(wèn)題：

(1)如何判斷有無(wú)車(chē)？

傳感器：NSCAR

EWCAR(2)如何定時(shí)？如何啟動(dòng)定時(shí)？

定時(shí)器：TM60ENTM60

TM40ENTM40

TM3ENTM3

第三十四頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202334桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第34頁(yè)，共61頁(yè)。STARTEWPASS,NSSTOPNSCAR=1?EWCAR=1?60秒?3秒?00001111EWSTOP,NSPASSNSCAR=1?EWCAR=1?40秒?3秒?000EWHOLD,NSHOLD01111EWHOLD,NSHOLD十字路口交通燈算法流程圖：第三十五頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202335桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第35頁(yè)，共61頁(yè)。2.解析法

當(dāng)遇到難以分解的計(jì)算過(guò)程時(shí)，采用數(shù)學(xué)分析對(duì)其進(jìn)行數(shù)值近似，轉(zhuǎn)換成多項(xiàng)式或某種迭代過(guò)程，然后畫(huà)出其算法流程圖的方法稱之為解析法第三十六頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202336桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第36頁(yè)，共61頁(yè)。例：設(shè)計(jì)的算法流程圖最簡(jiǎn)單的除法實(shí)現(xiàn)，采循環(huán)減除數(shù)，減到不能再減為止，循環(huán)次數(shù)太多，采用移位減法計(jì)算除法，可以大大減少循環(huán)次數(shù)，即a與除數(shù)b的左移位作比較：例1200÷3302061211222224323

48424965251926263847277688281536929移位次數(shù)12001200-768=432商qab432-384=4848-48=0商q=28+27+24=400余數(shù)m=48-48=0第三十七頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202337桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第37頁(yè)，共61頁(yè)。k=0c=b開(kāi)始a-c>=0?YNq=q+2k-1a<bNk=k+1c=c*2a-c/2>b?a=a-c/2YNm=a-c/2m=bY結(jié)束q=0第三十八頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202338桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第38頁(yè)，共61頁(yè)。例：設(shè)計(jì)的算法流程圖分析：?jiǎn)栴}的核心是求x的平方根，一種常用的方法是牛頓逐次逼近法。方法的核心是給出一個(gè)的估算值y0，用子運(yùn)算y1=(y0+x/y0)/2，求得y1，同理求得y2,y3…逐次遞進(jìn)第三十九頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202339桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第39頁(yè)，共61頁(yè)。設(shè)x=3，令y0=1，其計(jì)算過(guò)程為：

序號(hào)yW=x/yV=y+WU=V/2

01342121.53.51.7521.751.7143.4641.732131.73211.732003.46411.73205

通過(guò)解析，將平方根的運(yùn)算轉(zhuǎn)化成W=x/y，Ｖ=y+W，U=V/2三種基本運(yùn)算，由此可設(shè)計(jì)出算法的流程圖：第四十頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202340桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第40頁(yè)，共61頁(yè)。開(kāi)始w=x/yREADx,y=y0u=(y+w)/2u-y<=允許的誤差結(jié)束Noy=u開(kāi)始w=x/yREADx,y=y0u=(y+w)/2u-y<=允許的誤差結(jié)束Yes算法的流程圖第四十一頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202341桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第41頁(yè)，共61頁(yè)。3.綜合法

在實(shí)際應(yīng)用中，大部分?jǐn)?shù)字系統(tǒng)的算法比較復(fù)雜，總是要綜合、全面地考慮，逐步分解邏輯關(guān)系，最后獲得完整的算法流程圖。所以，把跟蹤法、歸納法、劃分法、解析法等幾種設(shè)計(jì)算法組合起來(lái)應(yīng)用的方法稱為綜合法注：因?yàn)橄到y(tǒng)的邏輯功能種類繁多,采用的方法和手段也多種多樣，至今尚沒(méi)有找到可以設(shè)計(jì)出各種算法的通用的規(guī)則、方法、步驟。第四十二頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202342桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第42頁(yè)，共61頁(yè)。例：試設(shè)計(jì)一個(gè)人體電子秤控制裝置的算法流程。該人體電子秤控制裝置應(yīng)能有序、正確地管理以下功能的實(shí)現(xiàn)：

(1)進(jìn)行人體體重的測(cè)量，并能以3位十進(jìn)制數(shù)字顯示體重的千克數(shù)；

(2)進(jìn)行人體身高的測(cè)量，井能以3位十進(jìn)制數(shù)字顯示高度的厘米數(shù)，體重和身高顯示器公用；

(3)由體重和身高的實(shí)測(cè)信息，并根據(jù)被測(cè)對(duì)象的具體狀況(男性或女性，成人或兒童等)，自動(dòng)計(jì)算并顯示被測(cè)對(duì)象屬于偏瘦、適中、偏胖3種類型的哪一種。(4)為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，允許不考慮消除電子秤自重的功能(常稱去皮重功能)。

第四十三頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202343桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第43頁(yè)，共61頁(yè)。荷重傳感器位移傳感器放大器放大器A/D身高體重處理芯片數(shù)碼管顯示打印結(jié)果體重身高圖2.3.2電子秤整體框圖第四十四頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202344桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第44頁(yè)，共61頁(yè)。分析：身高體重需要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)放大整理、AD變換后的數(shù)據(jù)方可進(jìn)行處理，是一數(shù)、模混合電路模型。VL表示身高信號(hào)，放大后經(jīng)8位AD變換后00H＝0cm，F(xiàn)FH＝225cmVw表示體重信號(hào)，放大后經(jīng)8位AD變換后00H＝0kg，F(xiàn)FH＝225kg身高、體重的測(cè)量過(guò)程是：①電子秤未進(jìn)行測(cè)量時(shí)，控制裝置處于等待狀態(tài)；只有當(dāng)按動(dòng)start按鈕、接收start＝1信號(hào)時(shí)，開(kāi)始一次人體身高和體重的測(cè)量。②接收到start＝1信號(hào)，首先測(cè)量身高，表示身高的模擬信息VL經(jīng)八位A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并經(jīng)寄存、碼制轉(zhuǎn)換，由8段顯示器顯示出3位十進(jìn)制數(shù)表示的身高數(shù)據(jù)，此時(shí)單位顯示cm。第四十五頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202345桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第45頁(yè)，共61頁(yè)。按動(dòng)weight按鈕，產(chǎn)生weight=1信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行體重測(cè)量。表示體重的模擬信息Vw經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換為另一組數(shù)字量，經(jīng)存儲(chǔ)、碼制變換和處理，顯示3位十進(jìn)制數(shù)表示的體重?cái)?shù)據(jù)，此時(shí)單位顯示kg。對(duì)于上述測(cè)得的身高、體重兩組數(shù)字量，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和判別。由計(jì)算結(jié)果判別出被測(cè)對(duì)象胖、瘦程度，并正確顯示偏胖、適中或偏瘦3種情況之一。判斷規(guī)則如下：L實(shí)測(cè)身高、W實(shí)測(cè)體重，K1、K2為常數(shù)，對(duì)于男性成人K1＝105cm，女性成人k1=100，k2＝3~8cm。則有：

a.L-k1=W標(biāo)準(zhǔn)體型b.L-K1-K2<=W<=L-K1+k2體型適中c.W<=L-k1-k2偏瘦d.W>L-K1+k2偏胖由以上分析可得其算法流程圖如下：第四十六頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202346桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第46頁(yè)，共61頁(yè)。開(kāi)始VL→A/D(L-K1)與w比較偏瘦waitstart?YESNO結(jié)束否?YESNO存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換顯示L延時(shí)Weight？Vw→A/DYES結(jié)束否?存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換顯示W(wǎng)L-（k1＋k2）與w比較L-k1＜w？L-（k1－k2）與w比較L-（k1＋k2）＜w？L-（k1－k2）＜w？適中偏胖YESYESYESYESNONONONONO第四十七頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202347桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第47頁(yè)，共61頁(yè)。2.4算法結(jié)構(gòu)

算法是由許多子運(yùn)算組成的，在各子運(yùn)算之間存在一個(gè)執(zhí)行方法和次序問(wèn)題，這就是算法結(jié)構(gòu)。三種主要算法結(jié)構(gòu)：

順序結(jié)構(gòu)

并行結(jié)構(gòu)

流水線結(jié)構(gòu)第四十八頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202348桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第48頁(yè)，共61頁(yè)。順序算法結(jié)構(gòu)是指在執(zhí)行算法的整個(gè)過(guò)程中，同一時(shí)間只進(jìn)行一種或一組相關(guān)的子運(yùn)算。圖2.4.1是順序算法結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)的兩種情況：在每個(gè)時(shí)間段中，僅有一個(gè)子運(yùn)算操作，各子運(yùn)算之間逐個(gè)按規(guī)定的次序進(jìn)行

OP1OP2OP3OP4OP50t1t2t3t4t5一、順序算法結(jié)構(gòu)圖2.4.1順序算法結(jié)構(gòu)第四十九頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202349桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第49頁(yè)，共61頁(yè)。OP1OP2OP3OP4OP5OP6OP7OP80t1t2t3t4t5在順序算法結(jié)構(gòu)中，若輸入要處理的數(shù)據(jù)是單個(gè)元素Di，完成該數(shù)據(jù)的算法流程需經(jīng)L個(gè)時(shí)間段，而每段的平均時(shí)間為⊿t，則完成該數(shù)據(jù)運(yùn)算的時(shí)間為

t=L*⊿t若含有n個(gè)元素的數(shù)據(jù)流輸入時(shí)，總的運(yùn)算時(shí)間為

Ts=n?t=n?L?⊿t在同一時(shí)間里，有時(shí)僅有一個(gè)子操作，但有時(shí)有一組子運(yùn)算操作特點(diǎn)：速度慢；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；硬件成本低第五十頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202350桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第50頁(yè)，共61頁(yè)。二、并行算法結(jié)構(gòu)并行算法是指在同一時(shí)間段中，有多條路徑在同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，在這些同時(shí)執(zhí)行的子運(yùn)算操作之間是相互獨(dú)立的。OP1OP2OP3OP4OP5OP6OP7OP8OP9OP10OP110t1t2t3t4第五十一頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202351桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第51頁(yè)，共61頁(yè)。注意點(diǎn)：OP1到OP2、OP3、OP4的轉(zhuǎn)移決不是順序算法中的條件轉(zhuǎn)移，因?yàn)闂l件轉(zhuǎn)移有判斷條件決定，總是有一條后操作路徑。OP2、OP3、OP4也不是順序算法中同時(shí)執(zhí)行的一組操作，因它們之間互不關(guān)聯(lián)。

OP5、OP6、OP10、OP11為順序運(yùn)算路徑中的一組相互有關(guān)的操作。OP1OP2OP3OP4OP5OP6OP7OP8OP9OP10OP110t1t2t3t4第五十二頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202352桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第52頁(yè)，共61頁(yè)。并行算法完成運(yùn)算的時(shí)間：

在并行算法結(jié)構(gòu)中，若待處理數(shù)據(jù)是單元素Di，它完成運(yùn)算的時(shí)間為

t=L′?⊿t

其中L′是并行算法流程經(jīng)過(guò)的運(yùn)算段數(shù)

若含有n個(gè)元素的數(shù)據(jù)流輸入時(shí)，并行結(jié)構(gòu)算法總的運(yùn)算時(shí)間為

Tp=n?t=n?L′?⊿t特點(diǎn)：運(yùn)算速度快；硬件成本高第五十三頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202353桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第53頁(yè)，共61頁(yè)。三、流水線操作算法結(jié)構(gòu)

流水線處理是高速設(shè)計(jì)中的一個(gè)常用設(shè)計(jì)手段。如果某個(gè)設(shè)計(jì)的處理流程分為若干步驟，而且整個(gè)數(shù)據(jù)處理是“單流向”的，即沒(méi)有反饋或者迭代運(yùn)算，前一個(gè)步驟的輸出是下一個(gè)步驟的輸入，則可以考慮采用流水線設(shè)計(jì)方法來(lái)提高系統(tǒng)的工作頻率。

步驟1步驟2步驟n…第五十四頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202354桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院第54頁(yè)，共61頁(yè)。例如要對(duì)1000個(gè)數(shù)據(jù)x(n)進(jìn)行處理，處理輸出結(jié)果y(n)，每個(gè)數(shù)據(jù)需要4個(gè)處理步驟X(n)步驟1步驟2步驟3步驟4y(n)若每個(gè)步驟處理時(shí)間均需1個(gè)時(shí)鐘周期T，則順序結(jié)構(gòu)需1000×4×T，可采用如下流水結(jié)構(gòu)：X(1)步驟1步驟2步驟3步驟4X(2)步驟1步驟2步驟3步驟4X(3)步驟1步驟2步驟3步驟4X(4)步驟1步驟2步驟3步驟4X(5)步驟1步驟2步驟3步驟41clock2clock3clock4clock5clockX(1)X(2)X(3)X(4)X(1)X(2)X(3)X(1)X(2)y(1)y(2)第五十五頁(yè)，編輯于星期六：八點(diǎn)二十九分。11.05.202355桂林電子科技大學(xué)信息