[工学]电子系统设计 第四章.pptVIP

四川大学 第四章数字系统算法描述 4.1 数字系统模型 数字系统的动态模型是指在数字逻辑设计中，采用传统的状态转换图，状态转换表，状态方程，输出方程，时序图，真值表，卡洛图等描述工具建立的数字系统称为动态模型。 4.1 数字系统模型 某数字系统DS 4.1 数字系统模型 状态方程组 Z输出序列 X(t),S(t),Z(t)关系 4.1 数字系统模型 Z(t)表达式 状态转换图和转换表 4.1 数字系统模型 数字系统的算法模型的基本基本思想是将系统实现的功能看做应完成的一种运算。 若运算太复杂，把它分解成一系列子运算 继续分解，直到分解为一系列简单运算 按一定规律，顺序或并行进行这些简单运算，从而实现原来复杂的系统。 算法模型通常有以下两大特征 含有若干个子运算，子运算实现对要处理数据或信息的传输存贮和处理 具有相应的控制序列，控制子运算按一定的规律有序进行。 4.1 数字系统模型 例 1 设一序列检测系统的状态转换图和状态转换表如下图所示，使给出它的算法模型。 4.1 数字系统模型 解： 实现该系统功能应由两个存贮单元R1和R2，分别存放输入信号x(t+1)和x(t)的数据，系统应有一个比较器COM，用于对x(t+1)和x(t)的数据进行比较。按比较结果的不同，使Z输出不同的值.（图2） (1) 当x(t+1)等于x(t)，输出Z=0。 (2)当x(t+1)不等于x(t)，输出Z=1。 4.1 数字系统模型 4.2 数字系统设计步骤 系统逻辑功能的确定 系统的描述 算法设计 电路结构选择 电路的实现 4.2 数字系统设计步骤 系统逻辑功能的确定 是设计的首要任务，具体为 待设计的系统有哪些输入、输出信息，它们的特征、格式及传送方式； 所有控制信号的作用、格式及控制信号之间、控制信号与输入、输出数据之间的关系； 数据处理或控制过程的技术指标。 4.2 数字系统设计步骤 系统的描述 指用某种形式（文字、图形、符号、表达式及类似于程序设计的形式语言）来正确描述用户要求及系统应具有的逻辑功能。 4.2 数字系统设计步骤 算法设计 是指寻求一个可以实现系统功能的方法 算法设计本质上是把系统要实现的复杂运算分解成一组有序的子运算 采用算法流程图描述算法 采用硬件描述语言描述算法 应按需求来寻求合适的算法 实现该功能的算法不是唯一的 4.2 数字系统设计步骤 电路结构选择 是指寻求一个可以实现上述算法的电路结构 算法设计与电路结构选择密切相关 不同的算法可以实现同一系统功能，电路结构将不同 同一算法在不同情况下可以对应不同电路结构 4.2 数字系统设计步骤 电路的实现 根据设计、生产条件选择适当器件来实现电路 具体步骤 选择适当的集成电路芯片实现各子系统，并连接成数据处理单元 根据数据处理单元中各集成电路及其实现的运算，提出控制信号的变化规律，从而规定控制单元的逻辑功能，进而设计控制电路 4.2 数字系统设计步骤 例 试设计如下图所示的乘法电路C 4.2 数字系统设计步骤 逻辑功能 M=A×B A=a3a2a1a0 B=b3b2b1b0 M为一个8位二进制数 4.2 数字系统设计步骤 算法流程图 A ×2i用左移来实现 4.2 数字系统设计步骤 乘法器逻辑框图 4.2 数字系统设计步骤 4.2 数字系统设计步骤 乘法器数据处理单元逻辑电路图 4.3 数字系统设计方法 自上而下设计方法 自下而上设计方法 自关键部件开始设计 4.3 数字系统设计方法 自上而下设计方法 自上而下设计是一种由抽象的定义到具体的实现 自上而下设计描述过程 系统级 算法描述 功能级 逻辑框图 器件级 详细逻辑电路 系统级到功能级需要逻辑验证 发现错误并重新设计加以纠正 4.3 数字系统设计方法 自下而上设计方法 自下而上设计是从现成的数字器件或子系统开始 设计基本过程 根据用户要求，对现有器件或较小系统或相似系统加以修改、扩大和相互连接，直到构成能满足用户要求的新系统为至。 自下而上设计遵循原则 设计—验证—修改设计—再验证 优缺点 设计成本低 未必是最佳设计 4.3 数字系统设计方法 自下而上设计方法 例 试设计一个带符号位的乘法器 乘数 A=aSa7a6a5a4a3a2a1a0 被乘数B=bSb7b6b5b4b3b2b1b0 乘积 M=mSm15m14…m1m0 利用已有的乘法器 符号位设计 mS=aS⊕bS 增加一只异或门即可实现 4.3 数字系统设计方法 自关键部件开始设计 本方法是自上而下和自下而上两种方法的结合和变形 自上而下地考虑系统可能采用的方案和总体结构 在关键器件设计完成后，配以适当的辅助电路及控