数字系统设计上 ppt课件

《综合电子系统设计》课程系列讲座
数字电路设计（上）
2009年4月
主要内容
《综合电子系统设计》系列讲座
数字系统设计部分讲座概述 常用数字系统单元设计范例
常用组合逻辑单元 常用时序逻辑单元 常用综合逻辑设计示范
数字系统设计技巧举例（上）
Quartus II使用流程 宏函数使用 三态门使用
基于HDL和PLD器件的逻辑设计
名词解释
HDL：Hardware Description Language PLD：Programmable Logic Device
技术优势
兼容原逻辑电路设计方法 增加电路行为描述设计方法 器件数量减少、设计效率提升、系统可
靠性提升
《综合电子系统设计》系列讲座
《综合电子系统设计》系列讲座
Moore型FSM
A为初始状态；w为输入；z为输出
module input output reg reg[2:1]
simple (clk, rst, w, z); clk, rst, w; z; z; state, next_state;
parameter[2:1] A=2'b00,B=2'b01, C=2'b10;
数字电路课程内容回顾（续）
组合逻辑设计流程 时序逻辑设计流程
逻辑问题分析
真值表
最 小
逻辑函数表达式
标 准
化
化
设
设
计
选定器件类型
计
路
路
线
线
卡诺图化简
函数式变换
逻辑电路图
逻辑电路图
பைடு நூலகம்
逻辑功能 状态图 状态转换真值表 逻辑方程组 逻辑电路图
《综合电子系统设计》系列讲座
传统数字系统设计案例
设计题：设计一个电路，其输入范围为 二进制数字0~15，当此数为素数时电 路输出为1。
state, next_state;
parameter A=1'b0, B=1'b1;
//Define the sequential block always @(posedge clk or negedge rst) begin
if (!rst) state<=A; else state<=next_state; end
else begin z=0; next_state=A; end endcase end
always @(w, state)
begin
case(state)
// Define state circle
A: if(w)
next_state=B;
else
next_state=A;
B: if(w)
next_state=C;
else
next_state=A;
C: if(w)
next_state=C;
最小化设计方法 标准化设计方法（8选1数据选择器）
《综合电子系统设计》系列讲座
数字电路课程内容回顾（续）
典型组合逻辑单元案例
编码/译码器 数据选择器 查找表/ROM
典型时序逻辑单元案例
计数器 移位寄存器
数字系统设计要点
编码/状态的优化选择 中小规模的逻辑电路单元拆分
《综合电子系统设计》系列讲座
组合逻辑电路单元设计范例
编码器/译码器 多路数据选择器
《综合电子系统设计》系列讲座
编码器/译码器设计案例
8-3编码器 （Verilog HDL设计）
3-8译码器 （电路图设计）
41MUX设计案例
《综合电子系统设计》系列讲座
41MUX （电路图设计）
41MUX （VHDL设计）
《综合电子系统设计》系列讲座
else
next_state=A;
default:
next_state=A;
endcase
z=(state==C); //Define output
end
// Define the sequential block
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if (!rst) state<=A;
课后习题
《综合电子系统设计》系列讲座
数字系统设计部分讲座说明
主要讲座内容
常用数字系统设计范例 常用数字系统设计技巧 数字系统设计注意事项
讲座与数字电路课程教学的差异
课时安排 内容覆盖面 能力侧重点
《综合电子系统设计》系列讲座
数字系统设计部分讲座说明（续）
课后习题要求
两次课后都有习题布置 作业电子档递交： 文件命名要求：姓名+学号+作业名
时序逻辑电路单元设计范例
计数器 移位寄存器 有限状态机
计数器设计案例
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可正向、倒向计数器
异步清零 同步置数
计数器设计案例
《综合电子系统设计》系列讲座
具体时序仿真结果
《综合电子系统设计》系列讲座
时钟三分频设计案例
《综合电子系统设计》系列讲座
时钟三分频设计案例
其它
PLD设计开发平台使用自学为主 HDL语言（不限种类）自学为主
《综合电子系统设计》系列讲座
数字电路课程内容回顾
数制和码制 组合逻辑电路
组合逻辑电路的分析 组合逻辑电路的设计
时序逻辑电路
时序逻辑电路的分析 时序逻辑电路的设计
培训关注点 培训关注点
《综合电子系统设计》系列讲座
具体时序仿真结果
《综合电子系统设计》系列讲座
有限状态机（FSM）设计基础
FSM分米勒型(Mealy)和摩尔型(Moore) 两种，前者的输出取决于机器状态和输 入，后者的输出与输入无关。
FSM的设计方法有两类：一种是将状 态的转移和状态的操作写在同一个模块 中，另一个是将状态转移单独写成一个 模块。后者利于综合器优化代码、布局 布线。
else state<=next_state;
end
endmodule
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Moore型FSM波形图
Mealy型FSM
《综合电子系统设计》系列讲座
module mealy (clk, rst, w, z);
input
clk, rst, w;
output z;
reg
z;
reg
//Define the next state and output combination circuits
always @(w,state) begin
case(state) A: if(w) begin z=0; next_state=B; end
else begin z=0; next_state=A; end B: if(w) begin z=1; next_state=B; end