数字逻辑教学课件 数字电路.ppt

第六章 数字系统,6.1 数字系统的基本概念,1.数字系统,定义：具有存储、传输、处理信息能力的逻辑系统集合。由“数据通路+控制逻辑”构成，其工作具有周期性。,2）数字系统的基本构成,由五大部件组成。,输入设备,控制器,输出设备,CPU,存储器,运算器,逻辑系统,五大部件通过总线和接口连接。,数字系统,控制部件,执行部件,算术逻辑单元 ALU,寄存器,存储器,运算器,累加寄存器,通用寄存器,状态寄存器,数据通路结构,1）运算器,对信息进行加工处理（算术、逻辑、传输）。全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的。,2.基本子系统,运算,暂存操作数和运算结果。,存放算术逻辑单元在工作中产生的状态信息。,暂存操作数或数据地址。减少访问内存，提高速度。,算术逻辑运算部件ALU（Arithmetical Logic Unit）,2）控制器,数字系统与逻辑功能部件的区别：有无控制器。,发出控制命令，指挥、控制各部件协调工作的中心部件。,实现方法：全硬件控制器、微程序控制器。,6.2 数据通路,由控制器完成在各寄存器之间建立数据通路。,数据通路：数据信号、控制信号。,在各部件之间传送信息的公共通路，称为数据通路。,由总线连接的运算单元（组合电路）和存储单元构成。,用来分时地发送与接收各部件信息的公共传送线路。特点：多源、分时,1.总线,总线的逻辑结构,选择器方式：,三态门方式：,2.数据通路实例,寄存器控制信号：接受方：打入脉冲；发送方：三态门。,从寄存器到寄存器的操作,RA RB RB,RDB,RC,双总线通路,RDB,RC,单总线通路,从寄存器到存储器的操作,RB RAM,RDB,RAM,RAM,从存储器到寄存器的操作,RAM RB,6.3 数字系统的设计方法,一.设计步骤,自顶向下方法（from top to down）：,步骤：,1.划分子系统、模块,数据处理器、控制器；,基本方法：是将规模较大的系统从逻辑上划分为控制电路受控电路。,2.数据通路（不唯一）,4.设计控制器 硬布线控制器、微程序控制器。,5.设计数据处理器,ASM图（Arithmetic State Machine Flowchart）；MDS图（Mnemonic Documented State）。,3.用数学语言(工具)，描述控制器的控制过程,特点：描述控制器的控制状态及其转换关系；可精确地表示状态转换的时间关系。,ASM图：用状态框、判断框、条件输出框和文字来描述数字系统控制器，在不同时间内完成的操作。,二.算法状态机,1.ASM 流程图,框内：控制命令,1)状态框,代表系统一个状态的矩形框。,在规定数量脉冲作用下实现状态转换。,LDA,2)条件判断框,对控制器输入信号的判断。,框内：检测条件,在给定的状态下，判断条件满足时才发生的输出。,入口：判断框的输出出口：指向状态框,3)条件输出框,框内：控制命令,和状态框相连的判断框、条件输出框都属于该状态框，它们的操作是在同一状态周期下完成的。,A状态周期,状态周期：每一个状态所经历的时间。,状态单元,2.MDS图和ASM图的转换：,1,1,例：将四位二进制数X，Y分别存入寄存器A和B中，然后比较两数大小，使大数存入寄存器A，设计控制器的ASM图。,逻辑划分,控制器、执行部件（寄存器、比较器）：,2个四位寄存器：A（X），B(Y）；四位比较器：C1（AB）；一个控制器。,数据通路,逻辑流程图：系统的工作过程,S0：打入命令 LB（脉冲），X B；S1：打入命令 LA（脉冲），（B）（A)；S2：打入命令 LB（脉冲），Y B；S3：比较命令 CAP（电位），（A）（B）比较器输出1；,控制器的ASM图,6.4 小型控制器的设计,由硬件实现控制器：,计数器型：,MUX型：,定序型（一对一）：,状态寄存器少，译码电路相同（较复杂）,状态寄存器多，译码电路简单,小型控制器,无需化简,1.计数型控制器,适应于状态数较多，N 个触发器可构成 2n 个控制状态。设计方法同时序电路。,1)给ASM图的状态框编码：2)由ASM 图得控制信号表达式（译码）：3)控制器的状态转移表：4)触发器驱动方程：5)电路实现：,1)给ASM图的状态框编码(Q2Q1)：,2)由ASM 图得控制信号表达式：,3)控制器的状态转移表：,0 0 1 0 X 0 0 1 1 X,0 0 1 0 X 0 0 1 1 X 1 0 0 0 1 1 0 0,0 0 1 0 X 0 0 1 1 X 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0,4)触发器驱动方程：,控制命令译码器,状态寄存器,次态输入逻辑,一拍完成,5)电路实现：,