电工电子实验二4(小型数字系统设计)

1、目录上页下页实实 验验 名名 称称目录上页下页目目 录录1234567目录上页下页学习和掌握将实践中的要求抽象为逻辑需求关系的方法学习和掌握将实践中的要求抽象为逻辑需求关系的方法。 掌握依据掌握依据ASMASM图设计小型数字系统的方法图设计小型数字系统的方法 实验目的实验目的掌握将小型数字系统划分为控制器和受控器的方法掌握将小型数字系统划分为控制器和受控器的方法 掌握小型数字系统的调测方法掌握小型数字系统的调测方法 掌握可编程器件及其开发软件的使用方法掌握可编程器件及其开发软件的使用方法 目录上页下页Foundation 3.1 Foundation 3.1 的的目录上页下页实实 验验 仪仪

2、器器实验室所用直流电压源为实验室所用直流电压源为双通道直流稳压电源。双通道直流稳压电源。 电压显示值仅为参考，实电压显示值仅为参考，实际输出以万用表测量为准际输出以万用表测量为准 应避免电压源短路应避免电压源短路! 直 流 稳 压 电 源直 流 稳 压 电 源目录上页下页实实 验验 仪仪 器器 使用时注意共地。使用时注意共地。 产生产生TTLTTL时钟信号要从时钟信号要从TTL/CMOSTTL/CMOS输出端子输出输出端子输出 注意要产生的信号波形注意要产生的信号波形! ! 函数信号发生器函数信号发生器目录上页下页测量时保持示波器两个测量时保持示波器两个通道共地。通道共地。本示波器无法测量本示

3、波器无法测量10mV10mV级的小信号波形。级的小信号波形。 实实 验验 仪仪 器器示波器示波器目录上页下页DGDZ-2型电工电子综合实验箱目录上页下页在CPLD95108使用过程中注意事项： 1 1、芯片型号千万不能错：、芯片型号千万不能错：XC9500XC9500系列系列XC95108PC84.XC95108PC84. 2 2、下载时最好不要连接除电源以外其他导线，包括其他芯片的、下载时最好不要连接除电源以外其他导线，包括其他芯片的电源。否则一旦电路链接有错误，会导致无法下载成功。电源。否则一旦电路链接有错误，会导致无法下载成功。 3 3、关于电源：因为、关于电源：因为CPLDCPLD芯片

4、所需电流较大。所以：芯片所需电流较大。所以：A A：直流稳压：直流稳压电源的限流开关请调整到最大电流。电源的限流开关请调整到最大电流。B B：加到实验箱的电源电压不能：加到实验箱的电源电压不能小于小于12V12V，但是不要超过，但是不要超过15V15V。否则会提示下载不成功，芯片电压不满。否则会提示下载不成功，芯片电压不满足要求。足要求。 4 4、下载芯片时如不能成功，请先选择擦除（、下载芯片时如不能成功，请先选择擦除（EraserEraser），然后再），然后再编程（编程（ProgramProgram）下载。）下载。 5 5、如果操作有错误，也可能导致无法下载成功。遇到此类情况，、如果操作有

5、错误，也可能导致无法下载成功。遇到此类情况，可以用实验箱测试电路直接下载测试。可以用实验箱测试电路直接下载测试。目录上页下页目录上页下页一、小型数字系统学习要点 1 1、透彻理解数字系统的含义、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，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。电子设备，称为数字系统。 系统与部件的区别：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。论其

6、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，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，只能算一个部件系统，只能算一个部件。实验原理实验原理目录上页下页目录上页下页 同步时序电路同步时序电路 由控制电路和受控电路（数据处理器）组成由控制电路和受控电路（数据处理器）组成 控制电路有统一的模型，设计方法规范控制电路有统一的模型，设计方法规范 受控电路（数据处理器）因处理数据形式繁多，没有受控电路（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统一

7、模型，通常采用列明细表的方式来进行设计目录上页下页2、数据处理器的构成：（1）组合网络、寄存器组和控制网络数据处理器模型目录上页下页（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。一起，作为一个操作步骤，再用助记符号表示控制信号。目录上页下页3、控制器的构成 1）模型模型它以状态转移表为设计依据。常用的设计方法有：它以状态转移表为设计依据。常用的设计方法有：用每态一位触发器的

8、方法；用数据选择器、时序寄用每态一位触发器的方法；用数据选择器、时序寄存器、译码器的方法。存器、译码器的方法。目录上页下页（2 2）透彻理解控制电路模型的结构与电路的对应关系）透彻理解控制电路模型的结构与电路的对应关系 状态寄存器状态寄存器同步时序电路同步时序电路 用状态寄存器的状态值记录当前系统运行的进程，由同步时序用状态寄存器的状态值记录当前系统运行的进程，由同步时序电路构成电路构成,设计工作为状态分配设计工作为状态分配 次态激励电路次态激励电路组合电路组合电路 以当前的进程状态和输入信号作为转换为下一个进程的判断条以当前的进程状态和输入信号作为转换为下一个进程的判断条件（次态激励条件），

9、由组合电路构成件（次态激励条件），由组合电路构成 输出电路输出电路组合电路组合电路 以当前的进程状态和某些输入信号为条件，译码后输出控制信以当前的进程状态和某些输入信号为条件，译码后输出控制信号，由组合电路构成号，由组合电路构成目录上页下页4、ASM图的建立原则原则1：在算法的起始点安排一个状态；：在算法的起始点安排一个状态；原则原则2：必须用状态来分开不能同时实现的寄存器传输操：必须用状态来分开不能同时实现的寄存器传输操作；作； 原则原则3：判断如果受寄存器操作的影响，应在它们之间安：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。排一个状态。 从算法流程图从算法流程图 ASM图图目录

10、上页下页5、透彻理解ASM图与电路的对应关系 状态之间的转换在一个周期内完成状态1寄存器ASM状态转换示意图状态1X=1 ?R=1 ?状态2NYYNDS2状态2寄存器&S1XRCPQ2CLKDS1Q1CLK次态激励电路对应电路图目录上页下页 两个状态框之间的判断框反映次态激励条件，激励条件由组合电路组成，当前状态值是次态组合电路必须的一个输入信号状态转移判断电路次态激励电路示意图状态1X=1 ?R=1 ?状态2NYYNDS2状态2寄存器&S1XRCPQCLK目录上页下页 两个判断框之间没有判断框时，则当前的状态值是次态激励的惟一条件状态1寄存器ASM无条件状态转换示意图状态1状

11、态2DS2状态2寄存器S1CPQ2CLKDS1Q1CLK次态激励电路对应电路图目录上页下页 某一状态下输出信号的处理 无条件输出 指一旦进入某状态，输出信号即产生，状态值S可以直接作为输出信号使用 条件输出框 指在某状态下同时满足某一条件后才有输出，输出的必要条件有两个：一个是当前状态值，一个是某一条件目录上页下页状态1XW=1 ?状态2输出：T=1NYNDS2状态2寄存器&S1RCPQCLKH=1R=1?YDS1状态1寄存器&S1RCPQCLKH&XWT（无条件输出 T）输出信号示意图（条件输出 H）目录上页下页二、小型数字系统设计要点1 1、将实践中的需求抽象为逻辑

12、需求关系、将实践中的需求抽象为逻辑需求关系 这是系统设计中最难的一环，目前没有规范的方法，只能靠反复修改来达到要求2 2、将总体的逻辑需求划分为、将总体的逻辑需求划分为控制逻辑控制逻辑和和数据处理逻辑数据处理逻辑两大部分两大部分 两类电路的划分结果不是唯一的，应以控制电路尽量简单为划分前提 划分结果不同逻辑流程图和ASM图不同目录上页下页3 3、根据总的逻辑需求明确控制电路和数据处理电路相互之间的信号、根据总的逻辑需求明确控制电路和数据处理电路相互之间的信号及关系及关系 分析控制器有哪些输入和输出信号 分析数据处理器有哪些输入和输出信号 分析所有信号的因果关系和处理流程 做出逻辑流程图4 4、

13、将逻辑流程图转换为、将逻辑流程图转换为ASMASM图图目录上页下页5 5、根据、根据ASMASM图设计控制器电路图设计控制器电路 选择状态寄存电路形式 建议用一态一D触发器的设计方案 为状态寄存器分配进程状态 根据ASM图中各个状态框之间的判断条件，设计次态激励电路 根据ASM图的输出信号和条件输出信号设计输出电路目录上页下页6 6、设计数据处理器电路、设计数据处理器电路 根据控制器所需的输入信号设计数据处理电路 根据控制器输出信号对数据处理的控制关系设计数据处理器电路目录上页下页目录上页下页方案一：IdleIdle：空闲、等待：空闲、等待Z Z：左转信号灯（可以：左转信号灯（可以用用7419

14、474194等实现等实现100-100-110-111110-111 -000 -000）Y Y：右转信号灯（可以：右转信号灯（可以用用7419474194等实现）等实现）报警：报警信号（可以报警：报警信号（可以用秒信号分频实现用秒信号分频实现1 1秒闪烁）秒闪烁）JGJG：告警信号：告警信号L L：左转信号：左转信号R R：右转信号：右转信号注：系统工作频率较注：系统工作频率较高高1000Hz1000Hz，信号，信号灯闪烁频率较低灯闪烁频率较低1Hz1Hz目录上页下页方案二：方案二：Idle：空闲、等待JG：告警信号L：左转信号R：右转信号Z：左转信号灯Y：右转信号灯目录上页下页ASM图：图：010001011000100101111110目录上页下页汽车尾灯的状态转移表汽车尾灯的状态转移表:目录上页下页目录上页下页目录上页下页目录上页下页目录上页下页目录上页下页电路图省略电路图省略目录上页下页目录上页下页1