7-1数字系统概述

第七章数字系统设计基础

7.1概述主讲人：黄丽亚7.1概述数字系统是由若干数字逻辑部件构成的，能够对数字信息进行处理、传送及存储的物理设备，它是计算机、人工智能、机器人、数字通信等技术的共同的物理基础。

工程中广泛应用的是只有一个时钟的同步数字系统，本章只讨论同步数字系统。对于大规模数字系统设计，传统的真值表、卡诺图、逻辑方程、状态转移图等方法已经无法适应，需要一种数字系统的设计方法，突破传统方法的局限性。受控器，完成对信息的处理7.1.1数字系统的基本模型输出接口数据处理器输入接口控制器时钟外部输入激励信号状态信号控制信号数字逻辑子系统外部输出激励信号完成A/D，同步化处理。完成D/A转换完成对处理器的控制。有无控制器是区别数字系统和简单逻辑部件的标志。SC输入接口外部输入控制信号输出接口外部输出控制信号(1)数据处理器

图7.1.2数据处理器模型数据处理器控制器状态信号控制信号数字逻辑子系统SC

组合逻辑网络QmQ1

m

1……输入信号输出信号…S控制网络…

m

1CXZZ=G(X,Q,C)数据处理器的描述方法明细表：规定数据处理任务的表格两个子表：操作表和状态变量表。操作表：列出在控制信号下，数据处理器应实现的操作。状态变量表：定义数据处理器输出的状态变量和信号。

组合逻辑网络QmQ1

m

1……输入信号输出信号…S控制网络…

m

1CXZ设一个简单数据处理器如图A←0,B←0CLAB输出Z=AB←B+XADDBX<0S2A←A+XADDAX>0S1无操作NOP定义状态变量操作控制信号状态变量表操作表表7.1.1数据处理器明细表AB组合电路SCXZ2.控制器

实现一个较复杂的任务，必存在一个算法，控制器就是用来规定算法的步骤。

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。C=F（S,CI,Q）Qn+1=G（S,CI,Qn）

控制器的描述方法：状态转移图或状态转移表组合逻辑网络S(Q)状态寄存器C现态激励信号外部输入控制信号CI

外部输出控制信号COCO=F（S,CI,Q）7.1.2对数字系统的时序的约定1.同步数字系统

(1)只有一个系统时钟；

(2)输入信号都与系统时钟同步；

(3)系统时钟同时到达所有存储元件的时钟脉冲输入端。

CP

现态次态图7.1.4系统时钟脉冲波形

组合逻辑网络QmQ1

m

1…输出信号…S=R(X,Q)控制网络…

m

1C=F(S,CI,Q)…输入信号XZ=G(X,Q,C)组合逻辑网络外部输入控制信号CI外部输出控制信号(Q)状态寄存器现态1）最小时钟周期CP1.触发器和输入更新；2.状态信号S更新；3.控制信号C更新；4.输出信号Z和控制网络

更新；最小周期由以上操作时间决定。3.异步输入信号转换成同步输入信号异步输入信号：早于或晚于系统时钟有效沿出现的输入信号。CP

异步输入a异步输入b

同步化后的输入a

同步化后的输入b同步化处理的思路：

(1)将异步输入信号寄存并保留到下一个系统时钟出现为止；(2)让同步化后的输入与当前系统时钟的有效时刻同时出现，并保持一个时钟周期。图7.1.7适应于宽脉冲的单脉冲电路PB﹡CPQ1Q2PB(b)波形图1DC11QQPBPB﹡1DC12QQCP(a)电路1.系统设计确定输出和输入之间的关系，找到实现数字系统的设计原理和方法。划分系统的控制单元和受控单元，确定初始结构框图。建立算法流程图，表示解决问题的步骤。明确设计任务确定初始结构算法流程图7.1.4数字系统的设计步骤（自顶向下法）①数据处理器设计②控制器设计

建立操作明细表建立状态转移表2、逻辑设计根据一定的规则将算法流程图转换成ASM图。7.1.4数字系统的设计步骤选择合理的器件和连接关系，以实