现代电子系统设计第二章

第2章数字系统设计数字系统的根本构造以及普通设计方法；数字系统设计的描画方法；数据子系统及控制子系统的设计与实现；数字系统设计举例。1.数字系统数字电路又名数字系统。定义：用数字信号完成对数字量进展算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处置功能，所以又称数字逻辑电路。数字系统是一个能完成一系列复杂操作的逻辑单元。§2-1概述逻辑表达式、真值表、卡诺图、形状图等MDS图〔1〕系统模型描画法：用逻辑图、形状图、流程图等来描画数字系统的方法。 ——该方法适用于相对简单的系统，这种系统的输入、输出变量以及系统的形状都比较少，所需求的存放器也比较少。〔2〕描画言语法：适用于当系统的输入、输出变量增多、形状很多时，该描画言语表达的算法称为系统的算法模型。2.描画数字系统的方法除“系统功能级〞不同层次上的设计描画和对象行为处置级存放器传输级逻辑级〔门级〕电路器件级〔晶体管级〕性能目的流程图算法存放器传输方程算法逻辑方程时序形状微分方程函数处置器控制器存储器、总线等ALU、数据选择器存放器、存储器等门触发器晶体管连线行为描画构造描画2-1-1数字系统的根本组成受控器控制器数据子系统主要完成数据的采集、存储、运算处置和传输；主要由存储器、运算器、数据选择器等部件组成。 数字子系统的设计根据——系统功能的算法。控制子系统是执行算法的中心，由一些组合逻辑电路和触发器等元件组成，是一个具有记忆才干的时序系统。 控制子系统的设计根据——系统功能及数据子系统的要求。2-1-2设计数字系统的根本步骤〔1〕明确设计要求 消化了解设计义务，将设计要求罗列成条，每一条都应是无二义的。 明确设计系统的逻辑功能及性能目的，应能画出阐明输入输出信号及必要目的的系统简单表示框图。〔2〕确定系统方案〔方框图、流程图或描画言语描画〕 最具发明性的一步，系统要完成的每一个功能能够有不同的实现方案，而方案的优劣直接关系到系统的质量及性价比，因此要反复比较与权衡。〔3〕受控器的设计 适用的受控器电原理图〔4〕控制器的设计〔MDS图〕 系统方案的模型——>MDS图；适用的控制器电原理图〔5〕整个设计过程中尽能够多地利用EDA软件，及时进展逻辑仿真、优化，以保证设计任务优质快速地完成。§2-2明确设计要求例1设计一个十字路口交通灯控制系统 〔1〕车道：只需汽车，车直行时不允许左拐，可以同时进展右拐，左拐时计时 〔2〕车辆控制灯：〔绿灯〕直行、左拐、右拐，红灯 〔3〕通行时间：40秒，倒计时 〔4〕人行：需提出恳求，并且只在车辆直行时才呼应，穿越时间60秒 〔5〕警察权限：可以随时指定系统停在某个形状〔6〕无联网要求系统表示方框图指示灯面板§2-3确定系统方案找出实现上述设计要求的方法，即确定实现系统逻辑功能的算法。要有认识地将系统分为控制和受控两部分或描画言语描画例1假设用单片机等微处置器，我们主要完成软件算法的设计〔描画言语描画〕这里我们用组合逻辑电路〔总体方框图、流程图〕总体方框图流程图由简到详分析系统有几种任务方式绘制简单的流程图？？？？？流程图：方框表示系统的操作菱形表示判别两条横杠的方框表示条件操作绘制中捕捉问题，回到第一步，进一步明确设计要求，细化流程图？根据简单流程图进一步细化系统设计要求在车辆直行形状下的前20秒，呼应同方向的行人穿越恳求。其它情况不呼应行人穿越时，各路右拐制止；车辆行驶时间指示封锁，行人时间指示开启〔60秒〕行人穿越时间终了转到相应的下一个形状警察控制恳求立刻呼应，警察控制时，各路口的时间指示封锁警察控制恳求终了后转到初始形状形状间的转换间歇时间为2秒，此时各路口红灯禁行此图是我们实现设计要求的详细算法，也是我们设计控制子系统的根据。§2-4受控器〔数据子系统〕硬件设计总体方案确定后，经过系统总体方框图和系统详细流程图根本确定了受控器部分的方式，我们下面的任务就是要选择适宜的器件，画出受控器的电原理图，标明所需的控制信号及相应的输出信号。在选择器件上，主要按照要求的系统目的，如：速度要求，这就要进展相应的时序分析设计，针对要求选择适宜的器件。例1十字路口交通灯控制系统受控器主要分三部分： 1.秒脉冲发生器； 2.40秒和60秒定时器及相应的显示器； 3.各路口指示灯及行人穿行指示灯秒脉冲发生器1.用555设计频率为1Hz的多谐振荡器振荡频率：f=1/T=占空系数：当R2>>R1时，占空系数近似为50％。秒脉冲发生器RC回路构成时钟源T≈1.4RC非门74LS04优点：低功耗，04为常用器件，价钱低廉〔用CMOS门路构成的RC时钟源见书图2-103b〕秒脉冲发生器晶振振荡器〔书图2-103a〕用CD4060及32768晶振CD4060：CMOS14级二进制计数-分频-振荡器①由14级二进制计数器和非门组成的振荡器组成，外接振荡电路可以做时钟源。其输出端Q4～Q14构成16～18384分频系数。②：时钟输入端，下降沿计数；CP0：时钟输出端；：反向时钟输出端。③RD清零端为异步清零。秒脉冲发生器用CD4060及32768晶振作为2Hz、4Hz、8Hz等时钟脉冲源时，典型接线方法如以下图，从计数器输出端可以得到多种32.678kHz的分频脉冲。40秒和60秒定时器及相应的显示器：74LS190

TTL电路

BCD同步加/减计数器CD4511是一个用于驱动共阴极LED〔数码管〕显示器的BCD码—七段码译码器对外送给控制器的条件信号有：T=40；T=60；车辆前20秒计时T20对内所需的控制信号有：40秒计时控制信号CP1和置数信号；60秒计时控制信号CP2和置数信号；40秒定时显示的消隐信号；60秒定时显示的消隐信号；人行时，车辆通行时间的切换显示信号G；各路口的指示灯的控制信号。§2-5控制器设计

2.5.1MDS图控制器硬件实现常用的工具——MDS图MDS图的定义MDS图是用助记符表示的形状图，类似于我们学过的形状图，不同的是它还要用符号和表达式来表示形状的转换条件和输出。MDS图的表示规那么用带符号的圆圈表示形状；用带箭头的定向线表示形状的转移；形状转移的条件写在定向线旁；输出写在形状的圆圈外，用向上箭头表示有效，向下箭头表示无效，同时标有向上和向下箭头表示进入形状时有效，出了形状就无效；条件输出表示为形状与条件的乘积，写在形状圈外；表示变量X是异步的2.5.1.2MDS图与流程图数字系统的详细流程图阐明了系统的操作内容与顺序，可以从数字系统的详细流程图看到系统的数据子系统的运算操作过程。把它转换成MDS图，又得到了系统的控制子系统的形状转换过程，从而可利用它来设计系统的控制器。由详细流程图导出MDS图的原那么流程图中的任务块对应了MDS图中的一个形状。当任务块内有两个不能同时进展的操作时，应将此任务块分成两个形状，而且这两个形状是无条件转换的。实现任务块内操作所需求的控制信号和任务块的输出对应了控制器在该形状时必需有的输出信号。流程图的判别块对应了MDS图的分支，判别条件即MDS图中形状转移条件。流程图中的条件块对应了MDS图的条件输出。假设流程图中的某一分支上出现了两个彼此独立的、与系统时钟无关的异步变量，通常要重新组织流程图，即要定义一个新的形状，使在每个形状的分支上只需一个异步变量。〔由于假设两个异步变量的继续时间都很短，那么以此为转移条件满足的概率就非常小，添加形状就使所设计的电路能捕获到这两个异步变量〕例流程图→MDS图例流程图→MDS图例流程图→MDS图2-5-2控制器的硬件实现控制器是一个同步时序电路，它由形状存放器和组合电路组成。常用的形状存放器计数器、移位存放器〔74195、CD4015〕以及D〔JK〕触发器等。运用计数器、移位存放器〔74195、CD4015〕时，要进展形状编码；用D〔JK〕触发器时，形状可以编码〔当形状比较多时〕，也可以一个形状分配一个触发器〔当形状比较少时〕。组合电路可以用门电路及组合模块电路如数据选择器、译码器、编码器等。也可以用ROM编写微程序实现。当控制器是由模块电路构成时，称其为控制器的硬件实现；当采用ROM时，称其为控制器的微程序实现。控制器的硬件实现举例：R、A为输入信号，Ci为输出信号。采用D触发器作为形状存放器，用两种方法来实现与此MDS图对应的控制器。用D〔JK〕触发器时，形状可以编码〔当形状比较多时〕，也可以一个形状分配一个触发器〔当形状比较少时〕。〔1〕形状编码方式编码总共有5个形状，需求3个D触发器，采用3位二进制编码画出鼓励函数卡诺图并列出函数表达式D2D1D0输出函数表达式：画出完好的逻辑电路图〔2〕一个D触发器对应一个形状形状间的无条件转移硬件实现如图a，有条件的形状转移见图b，用或门和数据分配器来控制。〔2〕一个D触发器对应一个形状采用一个D触发器对应一个形状的方法，设计简单明了，但要留意应正确地对控制电路进展初始化。初始化的含义是利用外部方法使控制器的初始态只需一个形状触发器的输出为1，其他均为0，然后再转入正常转换。初始化可以利用D触发器的复位端和置位端。十字路口交通灯控制系统控制器的设计由于警察控制形状极少发生，并且不是一个独立形状，实践上它只不过是由警察指定的S0到S5中的某一形状继续了警察规定的时间。因此，这里只思索6了形状，采用形状编码方式，需3位编码。〔1〕设计系统在S0～S5中转换用可预置的十进制同步加/法计数器74LS192作为形状计数器Q1Q0Q2000111100T=40加计数MST20置数T=40加计数T=40清零T=40加计数MET20置数1T=60置数T=60置数φφ74LS192操作表T<20s时T20为高电平有效加法计数脉冲：计数清零信号：置数信号：现态D2D1D0S0100S2101S4001S5011置数表〔2〕根据异步信号P使形状在在S0～S5中进展强行切换将系统分为正常控制和警察控制两个方式。用六个开关表示警察设置的六个形状，用8线/3线优先编码器74LS148将对应的开关形状转换为相应的形状编码。用四2选1数据选择器74LS157，选择正常控制和警察控制，选择信号为P。在警察控制时各路口的时间指示封锁，警察信号P撤销后，自动回到初时形状，可用信号P使形状计数器清零和使40秒定时器置数受控器所需的控制信号40秒定时器显示消隐40秒定时器置数40秒定时控制信号车辆行驶时间显示器的显示选择信号60秒定时器显示消隐60秒定时器置数60秒定时控制信号〔注：T2为负脉冲〕40秒定时控制信号60秒定时控制信号行人恳求开关Ms和Me均为短暂的脉冲，当恳求没有被呼应时，等待灯信号应不断继续到恳求被呼应。因此需设计一个自锁电路，将脉冲Ms变成高电平Ms’总结先抓住主要部分，然后再逐渐完善。作业：用JK触发器设计一个带进位输出端的六进制计数器要求：1.画出MDS图；2.列出形状编码表；3.列出现态和次态、进位输出CO的形状转换表；4.画出CO和J、K的卡诺图并列出函数表达式；5.画出六进制计数器的逻辑电路图2-5-3控制子系统的微程序设计就是把控制子系统中每一个形状要输出的控制信号以及该形状的转移去向按一定的格式编写成条文，称其为微指令，将它们保管在存储器中，例如ROM，EPROM等。运转时，按预定的要求逐条取出这些微指令，从而实现控制过程。ROMD触发器控制子系统的微程序设计适用于系统很复杂，系统的MDS图中的形状数目很多，输入、输出变量很多的情况。与用硬件方法实现控制器相比其优点：设计规范，易于模块化，便于二次集成，适用于任何算法，也便于修正，非常灵敏；缺陷：速度较慢，受ROM速度的约束。举例：〔1〕确定形状变量，进展形状编码四个形状用两位编码状态编码Q1Q0S000S101S210S311〔2〕确定ROM的容量地址位数=形状变量数＋输入变量数〔3〕填写ROM内容微指令的内容包括：控制器在该形状输出的控制信号——微命令段鼓励函数，决议下一条微指令的地址——后续微地址段〔4〕画出微程序控制器电路图2.5.3.1微程序控制器典型构造微地址产生器〔组合电路〕微地址存放器CSAR控制存储器CS微指令存放器MIR译码器微控制器条件外地址转移地址信息〔鼓励函数〕控制信号DONELOAD微控制信息〔微命令段〕微地址产生器微地址产生器产生下一条应执行的微指令。微控制器产生部分时钟，控制各存放器的操作，接纳数据子系统的开启或终止信号。控制存储器存放微指令。小结与补充微程序控制器主要由控制存储器CS、微地址产生器和控制器三大部分组成。在有的微指令中还有定时段，用以指示执行该条微指令所需的时间周期。在该条微指令操作完成以前，微地址的值不变。详见51页图2-53设计微程序控制器主要就是实现对微程序的控制及编写微指令两项任务。2.5.3.2微命令段〔控制场〕的编制格式〔1〕程度格式——ROM字中的一位对应一个控制信号优点：提供控制信号的速度快，不需求译码等中间环节，可以使一切的控制信号同时有效缺陷：需求ROM的位数很多，呵斥存储区的浪费微命令段〔控制场〕的编制格式〔2〕垂直格式——把控制信号打成包或编码，缩减ROM容量把微指令中的控制场分成假设干个子场，把不在同时有效的几个控制信号用编码的方式编在同一个子场内，对应每一个形状，只在该控制子场中填入该形状有效的控制信号的编码，然后经过译码器译码并输出。微命令段〔控制场〕的编制格式带有方式控制位的编制格式微命令段〔控制场〕的编制格式〔3〕二级存储 适用场所：控制信号很多，而且这些信号经常反复输出，变化款式不多。 第二级存储器中，存放了每次需求输出的控制信号。是一个字少位多的存储器 第一级存储器中，存放的是微程序，字数对应了微程序的指令数，其内容是该条指令需求输出控制信号在第二级存储器中的地址。是一个字多位少的存储器缺陷：执行一条微指令需求二次寻址，速度慢。举例：一个微程序共有200条指令，一共需求输出50个控制信号，变化款式10种程度格式：200*50＝10KROM二级存储：第二级存储器——16*50＝800≈1K第一级存储器——200*4＝800≈1K总结：这三种方法就是如何减少对ROM容量的需求，同时保证足够的操作速度和可行的时序。随着半导体存储器消费程度的开展，大容量ROM的获得已不成问题，因此人们思索的出发点应该更偏重于操作速度、时序以及简化设计和构造。2.5.3.3微程序流的控制微程序流的执行方法可以有许多种，如顺序的、条件转移或无条件转移、循环或子程序调用等，因此控制方法也是多样的，这些方法集中到一点，即如何设计微程序控制器中的微地址产生器。微地址产生器如何根据当前的微指令及一些相应的条件来确定下一条微指令的地址。微地址产生器的通用构造微程序流的控制实现方法1.直接寻址法形状变量和一切的输入变量作为ROM的地址变量，直接寻觅相应微指令存放的地址。直接寻址法举例直接寻址法优缺陷：优点：a.非常直观，后续地址可以直接用触发器鼓励信号表示；b.输入信号直接作为地址，一个形状无论有多少个条件分支转移，均可以直接实现，用不着采用任何其他措施。缺陷：ROM容量的极大浪费 形状编码位数〔K为形状个数〕 ROM容量〔N为输入信号个数，M为输出信号个数〕微程序流的控制实现方法2.单测试双地址法单测试指的是决议形状转移的变量只需一个。 格式：形状变量作为地址变量ROM内容：优点：一个形状只对应一个字，不存在多余的一样的字，缩减了ROM容量微命令段测试变量段后续微地址段控制信号X(i)X(i)=1的后续地址X(i)=0的后续地址测试变量段位数〔N为变量个数〕单测试双地址法举例4个形状2位编码4个输出信号2个测试变量1位编码ROM容量：4×9微程序流的控制实现方法3.单测试单地址法〔方法一〕 在微指令的后续地址中，只标注上恣意转移的后续地址。 ROM内容格式：输出变量测试变量标志位转移地址单测试单地址法〔方法一〕举例4个形状2位编码4个输出信号4个测试变量〔含无条件转移〕2位编码1个标志位2位转移地址ROM容量：4×9标志位的填写填写单测试单地址的微指令最关键是标志位的填写标志位的填写与硬件有关标志位为1表示测试变量为1时计数，为0时置数标志位为0表示测试变量为0时计数，为1时置数ROM内容表以低电平表示无条件转移标志位为1以高电平表示那么标志位为0针对有条件输出微程序的处置方法：1.把MDS图转化为无条件输出的莫尔型〔多了一个时间周期〕针对有条件输出微程序的处置方法：2.先把此输出当作无条件输出处置，设计好微程序控制器后，再将对应的ROM位和要求的条件相与，构成真正的输出。微程序流的控制实现方法4.单测试单地址法〔方法二〕由于每一个形状只与一个测试变量有关，可以采用一个数据选择器，用现态作为控制信号，选出决议转移的那个测试变量，然后由现态和测试变量共同作为ROM的地址变量。该方法又根据形状和测试变量的多少分为两种处置方法。处置方法一测试变量比较多，但不多于形状数4个形状2位编码3个输出信号4个测试变量2位转移地址ROM容量：8×5处置方法二测试变量比较少，形状数相对比较多6个形状3位编码3个输出信号2个测试变量1位编码3位转移地址ROM容量：16×7微程序流的控制实现方法5.多测试变量MDS图的微程序实现对于非单测试的形状，添加一些新的形状，让每个形状都能满足单测试的条件。问题在转移到过渡形状时，假设输入信号在几个过渡形状期间发生了变化，就会出现与原系统不一致的情况。S1形状的测试变量X1X2在形状S1没有变化S1形状的测试变量X1X2在形状S1有变化处理方法用存放器存放系统刚进入该过渡形状时的输入信号的值并坚持，当系统出了过渡形状后，才呼应输入信号新的变化。不添加形状，将非单测试变量的多测试信号用组合电路接成单测试信号。〔引荐〕作业采用微程序法设计交通灯控制系统控制器〔有条件输出信号的逻辑控制电路部分可以省略〕。§2-6数字系统设计举例2.6.1出租车计价器的设计 2.6.1.1明确设计要求总车费＝里程费＋误时费 〔1〕里程计费起步8元〔含5公里〕1.8元/公里，0.5公里计费一次 〔2〕计误时费误时10秒开场计误时0.6元/分钟，每10秒计费一次2.5.1.1明确设计要求〔3〕面板显示时间显示：北京时间和误时时间，显示时、分、秒，可手工切换或自动切换，有校时功能，误时时间人工不能修正，当有误时时自动切换到显示误时时间计费显示：显示里程费和误时费的总和，显示器为4位，价钱上限为999.9元〔4〕计价器的任务程序无乘客时，空车标牌亮，计价器显示为零，误时累计为零，显示北京时间〔初始化〕乘客上车时，司机按下空车标牌，计价器显示起步价〔程序开场〕乘客要求下车，停车，计价器坚持并显示车费总额，误时计时器坚持总误时时间并可由人工选择显示〔下车恳求〕乘客下车后，司机翻上空车标牌〔回到初始化〕2.6.1.2确定系统方案系统完成的总功能就是计价。子功能包括：①里程判别〔5公里、0.5公里〕；②误时判别，并显示误时时间；③累计金额并显示；④北京时间显示。2.6.1.2确定系统方案(方框图)2.6.1.2确定系统方案(流程图)2.6.1.3设计数据子系统〔1〕系统时钟模块用CD4060及32768晶振作为2Hz时钟脉冲源，再经74LS74二分频。2.6.1.3设计数据子系统〔2〕里程传感模块设车轮周长2m12位二进制异步计数器2.6.1.3设计数据子系统〔3〕误时模块2.6.1.3设计数据子系统〔4〕计时与时间显示模块2.6.1.3设计数据子系统〔5〕计价与显示模块2.6.1.4设计控制子系统为了使控制子系统的设计比较简单，应尽量使形状的转移只取决于一个条件。在流程图中添加了几个空操作〔及添加了几个过度形状〕。CRG——当客人下车时，不能再进展误时计费，应对误时信息进展去除S9——实现坚持形状，运用CRG控制74LS161的控制信号ENP乘客下车后，对系统清零初始化2.6.2堆栈处置器的设计2.6.2.1明确设计要求堆栈处置器应能完成两个根本功能：与外部数据线的数据交换符合堆栈要求〔先进后出〕；对存储的数据能进展算术运算。2.6.2.2确定系统方案用高级言语描画的算法替代流程图先用高级言语将堆栈处置器对数据的操作情况进展描画。高级言语对数字系统的描画不涉及到详细实现和详细器件，必需将其逐渐细化。在逐渐细化的过程中得到数据子系统的构造和用RTL言语描画的系统行为的算法。STACKP:{inputs:DINtypeinteger, PUSH,POP,ADD,SUB,MUL,DIV,START, RESETtypeboolean; outputs:DOUTtypeinteger, READY,EMPTY,ONE,FULLtypeboolean; localobjects:STACKtypeinteger-vector, one-empty-slot,two-elementstypeboolean}高级言语描画法init:initializeFULL,EMPTYandONE;wait:ifSTARTthen begin READY←0∥→pushifPUSH/→popifPOP /→opif(ADDorSUBorMULorDIV) endelse→wait;push:SP←SP-1∥STACK(SP-1)←DIN∥EMPTY←0∥ifone-empty-slotthenFULL←1∥ifONEthenONE←0∥ifEMPTYthenONE←1∥READY←1∥→wait;pop:DOUT←STACK(SP)∥SP←SP+1∥FULL←0∥ifONEthen(EMPTY←1∥ONE←0)∥iftwo-elementsthenONE←1∥READY←1∥→wait;op:STACK(SP+1)←[STACK(SP)<op>STACK(SP+1)]∥SP←SP+1∥FULL←0∥iftwo-elementsthenONE←1∥READY←1∥→wait;endSTACKP2.6.2.3数据子系统设计数据子系统包括对数据的存储、运算、传输以及和控制子系统之间的条件和控制信号交换几大部分。〔1〕堆栈存储器用容量为aa×N的RAM作为堆栈存储器，对RAM数据的存取必需先对地址操作，然后对数据操作，这样速度较慢。为了提高速度，用两个存放器A、B直接和总线进展数据交换，RAM那么作为后备。堆栈存储器构造特点：存放器A、B直接和总线进展数据交换，RAM只和存放器B进展数据交换；必需设有标志信号FA和FB，分别标志存放器A满，和存放器B满；存放器A是堆栈存储器的栈顶，存放器B是次栈顶，B不能在A之前先空。堆栈存储器的任务过程：①进栈〔PUSH〕堆栈存储器的任务过程：②出栈〔POP〕堆栈存储器的任务过程：③算术运算〔OP〕堆栈存储器RAMRAM容量：M〔1024，16〕地址：〔由于SP＝1024〔初始化值〕，共1025个地址，需11位〕地址产生器MA，SP＝v[MA];栈满时，FULL＝1，SP＝0；栈内只需一个字时，ONE=1,SP=1023=aa-1；当空栈时，EMPTY=1,SP=1024。存放器 存放器A〔16〕、B〔16〕、输出存放器Do〔16〕、操作码存放器ROP〔6〕和标志存放器FA、FB。〔2〕运算器加减乘除运算操作T(ADD)=T(SUB)=2,T(MUL)=8,T(DIV)12〔3〕数据途径〔4〕条件与控制点数据子系统与外部的数据交换是DIN和DOUT外部输入的控制信号是操作码：PUSH，POP，ADD，SUB，MUL，DIV数据子系统输出到外部的条件信号是：READY； FULL：＝〔v[MA]=0〕〔FA=1〕〔FB=1〕； EMPTY：＝〔v[MA]=1024〕〔FA=0〕〔FB=0〕； ONE：＝〔v[MA]=1023〕〔FA=0〕〔FB=0〕+〔v[MA]=1024〕〔FA=0〕〔FB=1〕；〔4〕条件与控制点数据子系统输出到控制子系统的部分条件信号： 操作码PUSH，POP，OP〔：＝ADD+SUB+MUL+DIV〕； 存储器信息FA，FB，MREADY； 运算器信息OREADY。2.6.2.4控制子系统设计〔1〕画出堆栈处置器的形状转移图采用文字及助记符表示的描画言语来描画系统的形状转移，并阐明每个形状数据子系统所进展的操作。与前面的描画系统方案的行为处置级的高级言语不同，此描画言语是和数据子系统的硬件模块电路相对应，属于存放器传输级的描画言语〔RTL——RegisterTransferenceLanguage〕相当于MDS图STACKP:{inputs:DIN(16)typebit-vector, PUSH,POP,ADD,SUB,MUL,DIV,START, RESETtypeboolean; outputs:DOUT(16)typebit-vector, READY,EMPTY,ONE,FULLtypeboolean; localobjects:M(1024,16)typebit-vector-array, A(16),B(16),Do(16),ROP(6),MA(11)typebit-vector FA,FBtypeboolean}init:ROP←0∥MA←1024∥FA←0∥FB←0∥READY←1∥→wait;wait:ifSTARTthen{ROP←OPCODE∥READY←0∥→1ifPUSH/→7ifPOP/→12if(ADD+SUB+MUL+DIV)}else→wait; *pushoperation*1:→2if(FA·FB)/→5if(FA·FB)/→6if(FA·FB);2:MA←DEC(MA);3:WRITE(M);∥→4ifMREADY;4:B←A∥A←DIN∥ROP←0∥READY←1∥→wait;5:A←DIN∥FA←1∥ROP←0∥READY←1∥→wait;6:B←DIN∥FB←1∥ROP←0∥READY←1∥→wait; *popoperation*7:→8if(FA·FB)/→9if(FA·FB)/→10if(FA·FB);8:Do←A∥FA←0∥ROP←0∥READY←1∥→wait;9:Do←B∥FB←0∥ROP←0∥READY←1∥→wait;10:READ(M);∥→11ifMREADY;11:MA←INC(MA)∥Do←B∥ROP←0∥READY←1∥→wait; *add,subtract,multiply,ordivideoperation*12:→13if(FA·FB)/→14if(FA·FB)/→17if(FA·FB);13:B←OP(A,B)∥FA←0∥ROP←0∥READY←1∥→waitifOREADY;14:A←B;15:READY(M);∥→16ifMREADY;16:B←OP(A,B)∥MA←INC(MA)∥ROP←0∥READY←1∥→waitifOREADY;17:READ(M)∥→18ifOREADY;18:A←B∥MA←INC(MA);19:READ(M)∥→20ifOREADY;20:B←OP(A,B)∥MA←INC(MA)∥FB←1∥ROP←0∥READY←1∥→waitifOREADY;endSTACKP2.6.2.4控制子系统设计〔2〕微程序控制器的设计除0，1，7，12句是多测试变量〔PUSH，POP，OP，FA，FB〕外，其他都无测试变量。多测试变量可运用直接寻址法单测试变量可运用单测试双地址或单测试单地址本例以无条件转移居多，不适用以上方法。采用在微指令中参与地址控制段ACF的方法。ACF：00不用，01地址计数器加1，10地址计数器置数，11地址计数器清零由于每条语句的执行时间不同，因此微指令中需用一位作为时间段TF0：多个时钟周期1：一个时钟周期采用层次分析法设计数字系统经过前面的几个数字系统，我们可以发现它们都是带有系统时钟的同步系统，可以明显地将系统划分成数据子系统和控制子系统两大模块。但是，还有很多数字系统并不能明显地划分为受控器和控制器两大模块，针对这种系统我们可以采用“层次分析方法〞进展设计。层次分析方法是一种自上而下的设计方法，它抓住系统的根本要求，分析系统的任务流程，设计者充分运用本人的电路知识，自上而下地分析，从粗到细，层层细化，逐渐完成整个系统的设计。层次分析法设计步骤分析设计要求，分析系统的任务流程，画出功能方框图充分运用本人的电路知识，画出实现功能的原理方框图根据设计要求细化原理方框图由电路原理方框图导出各部分电路图全面检查电路原理图的功能〔异常处置〕根据电路原理图及器件手册选用符合要求的元器件例：数字频率计的设计设计要求：被测信号频率范围0.01Hz~200MHz被测信号电平范围0.1~3V显示4位数字显示单位：Hz、kHz、MHz可以正确显示小数点可以延续测试，电路自动清零，自动记忆丈量结果，并不断反复测试过程量程转换用数字电路实现误差不大于1位数字输入阻抗大于1MΩ，输入电容小于10pF任务温度-20~+40℃，相对湿度小于90％1.分析设计要求，画出功能方框图功能方框图只是粗略地表示系统应完成的功能，标明它与外界输入、输出信号交换和能够有的控制键。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，可简单地划分为丈量和显示两大部分。2.实现功能的原理方框图频率计的根本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比丈量其他信号的频率。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长那么每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。原理方框图3.根据设计要求细化原理方框图〔1〕根据输入信号频率范围及测试要求划分量程〔2〕延续测试、自动清零、记忆锁存和清零的脉冲宽度之和应小于最小的闸门时间〔0.01ms〕4.由电路原理方框图导出各部件电路图电路原理方框图还不是电路图，应该把方框图中的每一个方框变成一个详细的电路。〔1〕量程转换电路利用模8计数器产生数据选择器编码，用RS触发器作为消抖电路消除手动按钮产生的抖动。〔2〕时基电路〔3〕小数点位置及频率单位显示控制电路〔4〕计数器清零脉