南邮电工电子 数字系统实验ppt课件.ppt

2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,数字系统实验的讲课课件,卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,主要授课内容：,二 、实验四十五 小型数字系统,一、数字系统学习要点,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,一、小型数字系统学习要点,1、透彻理解数字系统的含义 按一定方式联系起来的一群事物所构成的总体，称为系统。能够对数字信息进行传递，加工，处理的电子设备，称为数字系统。系统与部件的区别： 凡是包含控制器又能按程序进行操作的系统，不论其规模大小，均称为数字系统。 没有控制器，且又不能按程序进行操作的电路，不管其规模大小（如：大容量存储器），均不能称为系统，只能算一个部件。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,数字系统由数据处理器和控制器构成：,（1）数据处理器的主要任务： 传送数据，并对数据进行运算和判断。（2） 控制器的主要任务： 保证数据处理器有条不紊地按正确的时序进行数据处理和加工。（3）控制器有统一的模型，设计方法规范。（4）数据处理器因处理数据形式繁多，没有统一模型，通常采用列明细表的方式来进行设计。（5） 同步时序电路,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2、透彻理解数字系统的一般模型,数字系统的一般模型,1) 输入接口：完成信号转换、同步化处理等; 2) 输出接口：输出整个系统的各类信号; 3) 数据处理器； 4) 控制器,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,（1）数据处理器的构成：,组合网络、寄存器组和控制网络,数据处理器模型,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,（2）明细表（操作表和状态变量表）,数据处理器的描述采用明细表来描述它的具体操作过程，也就是把一个时钟期间能同时实现的操作归并在一起，作为一个操作步骤，再用助记符号表示控制信号。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,（3）控制器的作用,1)实现一个计算任务，必存在一个算法，控制器就是用来规定算法的步骤。,2)控制器决定算法步骤，必须有记忆能力，所以它是一个时序电路，应包含存储器。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,组合逻辑网络,外部输入控制信号,外部输出控制信号,S,(Q)状态寄存器,C,现态,激励信号,控制器模型,C=F（S，Q）,Qn+1=G（S，Qn）,（4）控制器的模型,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,（5）控制器的描述方法： 状态转移图或状态转移表,（6）控制器的实现方法： 1）用每态一位触发器的方法； 2）用数据选择器、时序寄存器、译码器的方法。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,3、数字系统的描述工具,1）方框图；2）算法流程图 ； 3）算法状态机（ASM）图；,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,4、算法流程图与ASM图的区别,算法流程图：一般用来表示算法，它只是按照算法的先后顺序排列计算步骤，与电路的时序无对应关系，不能作为设计的依据。ASM图：则与时序有关，是设计控制器和处理器的依据。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,5、 ASM图符号,状态框、判断框 、条件框,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,6、ASM块,(2)一个ASM块由一个状态框和若干与之相连的判断框和条件框组成；,(1)一个ASM块表示一个时钟周期内系统的状态；,(3)一个ASM块内所有操作在同一有效时钟沿完成。,A0和 R0在同一个时钟沿完成。 且在T2状态的有效时钟沿完成。,若E=1，则发出CLRA，CLRR的命令。若E=0，只发出CLRA的命令。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,7、ASM图的建立,原则1：在算法的起始点安排一个状态；原则2：必须用状态来分开不能同时实现的寄存器传输操作； 原则3：判断如果受寄存器操作的影响，应在它们之间安排一个状态。,从算法流程图 ASM图,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,解释：（1）原则2,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,（2）原则3,由算法流程图转换为ASM图时，判断 A+1之后的值，需要插入一个方框。,图12.3.16 算法流程图和ASM图的对应关系,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,二、实验四十五 小型数字系统,实验四十五 任务更改说明P219 T1左右灯改为各一个，不循环。（为必做）左右灯各为三个时，按100，110，111，000，循环（为选做）。,题目：某型号汽车尾灯控制电路,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,设计要求 ： （必做）（1）空闲情况下尾灯均灭。（2）按左转键时，L=1，Z左车灯亮。 L=0后,左尾灯全部熄灭。（3）按右转键时，R=1，Y右车灯亮。 R=0后,右尾灯全部熄灭。（4）按警告键后，JG=1，左车灯和右车灯全部均变为跳灯，即：闪烁。JG=0停止闪烁。同时警告信号优先权最高。说明：汽车的手动键有三档即：左转、右转和空闲。其中，空闲键为空档，用机械手段实现，所以设计电路时不必考虑空闲键的存在。,题目：某型号汽车尾灯控制电路,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,设计要求：（1）空闲情况下尾灯均灭。（2）按左转键时，L=1，Z1Z2Z3左车灯按照Z1Z2Z3=100，110，111，000方式循环， ZZ=0后,左尾灯全部熄灭。（3）按右转键时，R=1，Y1Y2Y3右车灯按照Y1Y2Y3=100，110，111，000方式循环， ZZ=0后,左尾灯全部熄灭。 （4）按警告键后，JG=1，左车灯和右车灯全部均变为跳灯，即：闪烁。JG=0停止闪烁。同时警告信号优先权最高。,选做：,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,拿到课题之后，设计之前你应该做些什么？,1、认真阅读设计要求 。,2、利用网络查找汽车尾灯的资料。 通过网络了解汽车尾灯的工作原理以及它的用途。以便建立正确的设计方案。,3、也可以通过对开过车的人，最好是和专职的老司机进行交谈，通过交谈来了解汽车尾灯的常识。,着重强调：对世间的任何一件事物，你要记住千万不要想当然，而是要用科学的态度去观察和分析事物，这样才能得出正确的答案。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,汽车尾灯设计之前要建立这样两个概念：第一：汽车的灯光系统和汽车的系统没有关系，有没有灯光系统不影响汽车行驶。第二：了解汽车尾灯的用途。 只有清楚地了解了这两点，才能正确地设计出汽车尾灯控制系统。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,汽车补充知识：,1、汽车总系统,指左脚所踩踏板,它是把发动机输出的扭距与驱动轮分离和结合,指右手搬动的档位,它可改变齿轮的传动比,以调整车速,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2、汽车的电路系统,随着科学技术的不断发展，电子控制已经渗透到汽车的每一个系统中，并且起到越来越重要的作用。而灯光系统又是整个汽车电路系统中一个极为小的系统。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,3、灯光系统的用途,（1）对内的用途：照明,（2）对外的用途： 1）说明驾驶员的行驶状态； 2）表示汽车在夜间和雾天的定位； 3）夜间道路的照明。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,4、灯光系统介绍,（1）车内照明灯介绍, 仪表灯 ； 阅读灯； 后备箱灯；其它灯（例如：门内灯）,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,（2）车外组合灯介绍, 示宽灯（小灯）； 远光灯和近光灯（大灯）； 雾灯； 方向灯； 刹车灯； 倒车灯； 警告灯(或称双跳灯)；,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,5、汽车尾灯的位置,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,6、汽车尾灯的操动杆原理,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,流程图：,设计方案有二种：第一种方案：,设计要求 ： （必做）（1）空闲情况下尾灯均灭。（2）按左转键时，L=1，Z左车灯闪亮。 L=0后,左尾灯全部熄灭。（3）按右转键时，R=1，Y右车灯闪亮。 R=0后,右尾灯全部熄灭。（4）按警告键后，JG=1，左车灯和右车灯全部均变为跳灯，即：闪烁。JG=0停止闪烁。同时警告信号优先权最高。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,第二种方案：,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,两方案的比较：P373 12.8题,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,系统结构图：,说明：汽车的手动键有三档即：左转、右转和空闲。其中，空闲键为空档，用机械手段实现，所以设计电路时不必考虑空闲键的存在。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,ASM图：,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,ASM图：,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,求解激励方程： （采用每态一位）,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,输出方程:,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,用VHDL实现汽车尾灯控制器,library IEEE;-(counter5)use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity kzq is Port ( clk ,clr: in std_logic; L ,R, JG : in std_logic; Z,Y : out std_logic );end kzq;architecture a of kzq is type statetype is ( S0 , S1 , S2 , S3); signal present_state ,next_state :statetype; signal x:std_logic_vector(1 downto 0);beginx= L ,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,state_comb : process ( present_state ,JG,L,R ) begin case present_state is when S0 = Z =0; Y =0; if JG =1then next_state = S3 ; elsif JG =0then if x=“00” then next_state = S0 ; elsif x=“01”then next_state = S2 ; elsif x=“10”then next_state = S1 ; else next_state = S3 ; end if ; end if;,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,when S1 = Z Z Z=1; Y=1; next_state = S0 ; end case;End process state_comb ;,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,state_clk : process (clk,clr) begin if clr=1 then present_state=S0; elsif ( clkevent AND clk =1) then present_state = next_state ; end if ; end process state_clk ;End a ;,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,选做方案：,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,ASM图：,010,001,011,000,100,101,111,110,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,汽车尾灯的状态转移表:,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,电路图省略,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,思考题:,1.数字系统的ASM图表示于如下图所示。试用每态一个触发器的方法实现系统控制器的激励方程。,2008年3月,EDA室 卢庆莉 编写,2.数字系统的ASM图表示于如下图所示。试用每态一个触发器的方法实现系统控制器的激励方程和控制命令。,CLR= T0S；,ADD=T1 ；,SET E = T2A3 ；,SET F = T2A3A4。,