南邮电工电子-数字系统实验

2008年3月EDA室卢庆莉编写数字系统实验的讲课课件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)C,Q,X(FQnn1),,(CQXGZ),(QXRS数据处理器模型组合逻辑网络QmQ1m1……输入信号输出信号…S控制网络…m1CXZ2008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；A0T1T201001001ER←0(3)一个ASM块内所有操作在同一有效时钟沿完成。A←0和R←0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。CP1CP2A0R0A0Z控制器RA组合电路XCLRAECLRR2008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22008年3月EDA室卢庆莉编写图12.3.15算法流程图和ASM图的对应关系(a)算法流程图(b)ASM图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P219T1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①仪表灯；②阅读灯；③后备箱灯；④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①示宽灯（小灯）；②远光灯和近光灯（大灯）；③雾灯；④方向灯；⑤刹车灯；⑥倒车灯；⑦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：P37312.8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libraryIEEE;--(counter5)useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitykzqisPort(clk,clr:instd_logic;L,R,JG:instd_logic;Z,Y:outstd_logic);endkzq;architectureaofkzqistypestatetypeis(S0,S1,S2,S3);signalpresent_state,next_state:statetype;signalx:std_logic_vector(1downto0);beginx=L&R;2008年3月EDA室卢庆莉编写state_comb:process(present_state,JG,L,R)begincasepresent_stateiswhenS0=Z=‘0’;Y=‘0’;ifJG=‘1’thennext_state=S3;elsifJG=‘0’thenifx=“00”thennext_state=S0;elsifx=“01”thennext_state=S2;elsifx=“10”thennext_state=S1;elsenext_state=S3;endif;endif;2008年3月EDA室卢庆莉编写whenS1=Z=‘1’;Y=‘0’;next_state=S0;WhenS2=Z=‘0’;Y=‘1’;next_state=S0;WhenS3=Z=‘1’;Y=‘1’;next_state=S0;endcase;Endprocessstate_comb;2008年3月EDA室卢庆莉编写state_clk:process(clk,clr)beginifclr=‘1’thenpresent_state=S0;elsif(clk’eventANDclk=‘1’)thenpresent_state=next_state;endif;endprocessstate_clk;Enda;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：0100010110001001011111102008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=T0·S；ADD=T1；SETE=T2A3；SETF=T2A3A4。