第二篇数字电子技术基础第一章数字电路和系统

集成电子技术基础教程BTRPLD器件基础及开发系统介绍一．可编程逻辑器件基础二．ABEL语言介绍三．ispEXPERTSystem介绍集成电子技术基础教程BTR一．可编程逻辑器件基础集成逻辑器件的分类数字器件各种含CPU的微处理器单片机系列（例，MCS51/96系列）高级微处理器（例，INTEL80286，TI8000等）数字信号处理器（例，TMS320系列）标准逻辑器件各种门电路（例，与非门、或非门等）常用中规模集成电路（例，计数器）存储器（例，RAM、ROM、EPROM等专用数字集成电路ASIC全定制产品半定制产品可编程逻辑器件（PLD）集成电子技术基础教程BTR集成逻辑器件的特点含CPU的微处理器在时钟脉冲作用下不断执行用户的软件程序，用户编程并不对其硬件结构产生影响，它的工作速度一般较低；标准逻辑器件使用方便、价格便宜，但其规模一般较小，一个数字系统往往要用几十片甚至上百片标准逻辑器件来完成；半定制、全定制ASIC产品开发需要半导体厂家参与，周期长、费用高，其开发不可能普及；PLD器件（1）逻辑功能可编程。（2）器件规模很大。（3）工作速度很高。（4）使用相对复杂。集成电子技术基础教程BTRPLD的基本结构输入电路产生输入变量的原变量和反变量与阵列产生输入变量的与项（乘积项）或阵列对乘积项有选择地进行或运算输出电路产生输出信号，提供反馈信号集成电子技术基础教程BTRPLD的工作原理在数字电路的设计中，输出总可以用“与或”形式的逻辑函数来表示，从而用若干与门和或门就可以实现这个逻辑函数。而PLD器件内部电路的核心就是与阵列和或阵列，因此可以用来实现任意函数。例如，对逻辑函数，用PLD表示法连接后的完整逻辑图如图所示。BABABAZ),(1AZ&1B&≥1集成电子技术基础教程BTR传统设计方法：设计要求→真值表→函数表达式→化简或变换→电路图现代设计方法：设计要求→用HDL语言描述功能→编译、化简和仿真→逻辑综合→下载到可编程器件常见HDL语言：ABEL－HDL语言、VHDL语言、Verilog语言HDL语言描述方法：逻辑方程、高级语言、真值表、状态图描述等用PLD设计数字逻辑电路的方法集成电子技术基础教程BTR例：如一个四位二进制数A4A3A2A1，试设计一个判断电路，当四位二进制数大于等于2，小于等于10时，输出为“1”，其它为逻辑“0”。1232343424AAAAAAAAAAZ1.真值表（略）2.逻辑式（略）3.化简，得：4.电路图（略）逻辑功能的硬件语言描述解：（一）用传统设计方法：集成电子技术基础教程BTR（二）用ABEL—HDL语言描述如下：MODULEdecode“定义设计模块名为decodeA4，A3，A2，A1PIN；“定义输入信号ZPIN；“定义输出信号A=[A4..A1]；“定义集合EQUATIONS“表示以下用逻辑方程描述功能WHEN((A=2)&(A=10))THENZ=1；“逻辑功能描述ELSEZ=0；TEST-VECTORS（A–Z)“以下是测试矢量部分0–0；1–0；2–1；3–1；4–1；5–1；6–1；7–1；8–1；9–1；10–1；11–0；12–0；13–0；14–0；15–0；END“模块结束集成电子技术基础教程BTR经ABEL语言编译器编译后的简化式子如下：);2&4!#3&4!#2&!3&!4#1&!2&3(!AAAAAAAAAAZABEL语言描述的仿真波形如下：集成电子技术基础教程BTR二．ABEL语言介绍ABEL的语法规定合法字符集a~z(26个小写英文字母)A~Z(26个大写英文字母)0~9(10个数字字符)space(空格符)tab(制表符)～！＠＃＄％＾＆＊（）-_=＋＼｜［］｛｝;‘:“,＜＞.｀／?共计９６个ASCII码字符集成电子技术基础教程BTR标识符标识符必须以字母或下划线开始；标识符最长不能超过31个字符；除第一个字符外，标识符可以包含大写字母，小写字母，数字及下划线，但不允许出现空格；标识符与大小写字母有关；关键字不能用作标识符。标识符是由标识器件、器件引脚、节点、集合、输入／输出信号等的合法字符串组成。集成电子技术基础教程BTR关键字注意与标识别符不同，关键字不区分大小写！关键字又称保留标识符，它代表某种处理功能。CASEDEVICEELSEENABLEENDENDCASEENDWITHEQUATIONSFLAGFUSESGOTOIFINISTYPELIBRARYMACROMODULENODEPINSTATESTATE_DIAGRAMTEST_VECTORSTHENTITLETRUTH_TABLEWITH集成电子技术基础教程BTR字符串例TITLE’1bitfulladder’；字符串是包含在单引号内的合法字符序列，通常用于标题语句、标记语句以及管脚和节点说明语句。注释段注释是对源文件的进一步解释，注释段以双引号开始，以另一个双引号或换行符结束。MODULEBasic_logic“givesthemoduleaname”例集成电子技术基础教程BTR数的表示可用二进制、八进制、十进制和十六进制来表示。进制数基数表记符例如十进制数二进制2^B^B101010八进制8^O^O1210十进制10^D(缺省)^D1515十六进制16^H^HF15集成电子技术基础教程BTR常量常量用来表示值不变的量。常量可以分为：一般常量和特殊常量。注意特殊常量值用大小写均可，但前后两个“.”不能省略！特殊常量说明.C.上升沿时钟输入.F.浮点输入或输出.K.下降沿时钟输入.P.寄存器预加载.X.任意态（无关项）.Z.高阻输入或输出集成电子技术基础教程BTR运算运算符示例含义优先级！！A对A逐位取反1＆A＆BA和B逐位相与2＃A＃BA和B逐位相或3＄A＄BA和B逐位异或3逻辑运算！＄A！＄BA和B逐位同或3＝A＝B不带时钟的赋值(组合输出)赋值运算：＝A：＝B带时钟的赋值(寄存输出)运算及运算符集成电子技术基础教程BTR运算运算符示例含义优先级--AA取负(以补码表示)１-A-BA减B３+A+BA加B３*A*BA乘B２/A/BA除以B(无符号整除)２算术运算%A%B求模(求A／B的余数)２＝＝A＝＝B如果A与B相等取值为真４!＝A!＝B如果A与B不等取值为真４＜A＜B如果A小于B取值为真４＜＝A＜＝B如果A小于等于B取值为真４＞A＞B如果A大于B取值为真４关系运算＞＝A＞＝B如果A大于等于B取值为真４集成电子技术基础教程BTR表达式及等式表达式是标识符和运算符的组合，表达式中各种运算具有不同的优先级．集合集合用来表示成组或成批处理的信号或常量，集合中的每一个独立分量称为该集合的元素。引入集合的目的是为了简化书写，并使可读性更好。集合有两种定义方法：枚举法：Din=[D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0];界限符法：Din=[D7..D0]；注意枚举法与界限符法可以联合使用。只有类型相同、长度相同的集合才可一起参与运算。集成电子技术基础教程BTRABEL源文件的基本结构ABEL源文件是由一个或多个相互独立的模块组成，每个模块包括一个或多个完整的逻辑描述。简单的源文件可以只包含一个模块，而复杂的源文件可能包括多个模块。MODULE〈模块名〉[〈接口说明语句〉][〈标题语句〉]〈说明语句〉{〈布尔方程段〉、〈真值表段〉、〈状态图段〉、〈熔丝状态段〉、〈异或因子段〉}[〈测试矢量段〉]END[〈模块名〉]模块基本结构如下：集成电子技术基础教程BTR模块说明语句格式：MODULE模块名……END[模块名]行末没有分号。若将该模块作为一个自定义元件（宏块），则模块名应与自定义元件名相同。注意例：MODULE1_bit_adder……END集成电子技术基础教程BTR标题语句‘字符串’通常为该模块的内容提示。标题语句不影响任何逻辑描述及运算结果，可以省略。格式：TITLE‘字符串’;例：TITLE‘4bitbinarycounter’;注意器件说明语句格式：器件标识符DEVICE‘字符串’;例：U1DEVICE‘P16V8C’;器件说明语句用来把模块中所用器件的标识符与实际PLD器件相联系。在ispEXPERT软件中，该语句可忽略。注意集成电子技术基础教程BTR管脚及节点说明语句管脚标识符要与管脚号一一对应，但在ispEXPERT中管脚号可以省略。缺省情况下，管脚属性为组合型‘COM’。一个信号可以包含多个属性。格式：标识符PIN(或NODE)#ISTYPE‘属性’;例：Apin;B,Cpinistype‘REG’;Z1,Z2nodeistype‘COM’;注意集成电子技术基础教程BTR常量说明语句例：C,X=.C.,.X.;ON,OFF=0,1;格式：标识符＝常量表达式;逻辑方程描述格式：EQUATIONS逻辑方程式;例：equationsS=!A&B#A&!B;C1=A&B;Q.clk=CP;Q:=Q+1;组合型输出赋值为“=”，寄存器型输出赋值为“：=”。在逻辑方程描述中可以使用WHEN-THEN-ELSE语句。注意集成电子技术基础教程BTRWHEN-THEN-ELSE语句例：when(A==B)thenZ=0;elseZ=1;若有多个逻辑方程，可以放在大括号中。WHEN-THEN-ELSE语句可以嵌套使用。注意格式：WHEN条件THEN逻辑方程1;ELSE逻辑方程2;集成电子技术基础教程BTR真值表描述格式：TRUTH_TABLE(输入标识符集-输出标识符集)输入值-输出值;TRUTH_TABLE(输入标识符集:输出标识符集)输入值:输出值;例：truth_table([A,B]-S)[0,0]-0;[0,1]-1;[1,0]-1;[1,1]-0;集成电子技术基础教程BTR状态图描述格式：STATE_DIAGRAM状态寄存器标识符{状态表达式：方程式；}状态图是一种直观描述时序逻辑的方法，状态图描述方式是由状态图标题语句，状态描述语句和状态转移语句三部分组成。具体见时序电路集成电子技术基础教程BTR测试矢量测试矢量与真值表描述在形式上相似。格式：TEST_VECTORS(输入标识符集-输出标识符集)输入值-输出值;例：TEST_VECTORS([A,B]-S)[0,0]-0;[0,1]-1;[1,0]-1;[1,1]-0;注意集成电子技术基础教程BTR指示字格式：@directive[options]；指示字的作用就是指导编译软件对源文件作相应的处理。灵活地应用指示字可以简化源文件的编写和调试。引导指示字的关键词为“@”。ABEL语言中的指示字为：@ALTERNATE@CARRY@CONST@DCSET@DCSTATE@EXPR@EXIT@IF@IFB@IFDEF@IFIDEN@IFNB@IFNDEF@IFNIDEN@INCLUDE@IRP@IRPC@MESSAGE@ONSET@PAGE@RADIX@REPEAT@SETSIZE@STANDARD集成电子技术基础教程BTR常用指示字：例：STATE_DIAGRAM“状态图描述@CONSTn=0；@REPEAT10{STATEn：IF(n9)(n+1)ELSE0；@CONSTn=n+1；}例：test_vectors([AA,BB,C0]-S)“四位全加器测试矢量@constm=0;“定义常数变量m@repeat16{@constn=0;“定义常数变量n@repeat16{[m,n,0]-(m+n);[m,n,1]-(m+n+1);@constn=n+1;}@constm=m+1;}格式：@CONSTid=expr；用于对新的常量进行定义；格式：@REPEATnumber_expr{block}；将某些语句重复执行若干次。集成电子技术基础教程BTR三．ispEXPERTS