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1、第十章第十章 数字系统设计数字系统设计24作作 业业l10-324第一节第一节 概述概述l一、数字系统的定义一、数字系统的定义l二、数字系统的设计方法二、数字系统的设计方法（一）明确设计任务（一）明确设计任务（二）确定系统方案和逻辑划分（二）确定系统方案和逻辑划分（三）数据通路的设计（三）数据通路的设计（四）控制器的设计（四）控制器的设计24数字系统控制器和数据通路的划分示意图数字系统控制器和数据通路的划分示意图24三、数字系统的实现方法三、数字系统的实现方法（一）采用通用的集成电路实现（一）采用通用的集成电路实现（二）采用可编程逻辑器件和硬件描述语（二）采用可编程逻辑器件和硬件描述语言实现言
2、实现（三）采用单片微处理器作为核心实现（三）采用单片微处理器作为核心实现（四）采用片上系统实现（四）采用片上系统实现24第二节第二节 算法状态机算法状态机 算法状态机（算法状态机（Algorithmic state machine，ASM）是一种描述时钟驱动的控）是一种描述时钟驱动的控制器的工作流程的方法。制器的工作流程的方法。ASM图的元素包图的元素包括状态框、判决框、条件输出框、输入路径括状态框、判决框、条件输出框、输入路径和输出路径。和输出路径。24一、状态框一、状态框24二、判决框二、判决框24三、条件输出框三、条件输出框24第三节第三节 数字系统设计举例之一数字系统设计举例之一例例1
3、0-1 设计一个数字系统，要求能完成如设计一个数字系统，要求能完成如下功能：下功能：3位二进制数据的装载。位二进制数据的装载。数据的左移功能。数据的左移功能。数据的普通的右移功能。数据的普通的右移功能。兼有运算作用的数据的右移功能。兼有运算作用的数据的右移功能。24（1）明确设计要求。）明确设计要求。24（2）确定系统方案和逻辑划分，分为控制）确定系统方案和逻辑划分，分为控制器和数据通路两部分器和数据通路两部分24（3）给出待设计数字系统的）给出待设计数字系统的ASM 24（4）控制器的设计）控制器的设计 24（5）数据通路的设计）数据通路的设计 数据通路部分的对数据通路部分的对外接口信号示意
4、图外接口信号示意图24数据通路部数据通路部分的电路图分的电路图24（6）用前面学过的同步时序电路的设计方）用前面学过的同步时序电路的设计方法设计控制器法设计控制器 24待设计数字待设计数字系统控制器系统控制器的电路图的电路图24第四节第四节 数字系统设计举例之二数字系统设计举例之二例例10-2 设计一个四位无符号二进制数相乘的乘法设计一个四位无符号二进制数相乘的乘法运算单元。运算单元。24待设计数字系统的对外接口信号示意图待设计数字系统的对外接口信号示意图（1）明确设计要求。）明确设计要求。24手工进行二进制数相乘运算过程手工进行二进制数相乘运算过程24（2）确定系统方案和逻辑划分）确定系统方
5、案和逻辑划分例例10-2数据通路部分的对外接口信号示意图数据通路部分的对外接口信号示意图 24例例10-2控制器部分的对外接口信号示意图控制器部分的对外接口信号示意图24（3）数据通路的设计）数据通路的设计 24（4）控制器的设计）控制器的设计 24控制器的逻辑电路图控制器的逻辑电路图24（5）待设计数字系统的）待设计数字系统的ASM图图24（5）乘法器电路框图）乘法器电路框图 24第五节第五节 数字系统设计举例之三数字系统设计举例之三例例10-3 按如下要求设计一个彩灯控制器电路。按如下要求设计一个彩灯控制器电路。8路彩灯路彩灯Qh Qg Qf Qe Qd Qc Qb Qa的排列如图的排列如
6、图10-21所示。彩灯控制器可以自动控所示。彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。要求变换制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。要求变换三种花型：三种花型：花型花型1：8路彩灯从左到右顺次点亮，全亮后逆序渐灭。循环两次。路彩灯从左到右顺次点亮，全亮后逆序渐灭。循环两次。花型花型2：8路彩灯从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间路彩灯从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间 到两边对称地逐次渐灭。循环两次。到两边对称地逐次渐灭。循环两次。花型花型3：8路彩灯分两半，从左到右顺次渐亮，全亮后则灭。循环路彩灯分两半，从左到右顺次渐亮，全亮后则灭。循环 三
7、次。三次。三种花型先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍，然后三种花型先以慢节拍显示一遍，再以快节拍显示一遍，然后往复循环。往复循环。24第六节第六节 数字系统设计举例之四数字系统设计举例之四例例10-4 在进行智力竞赛抢答题比赛时，各参赛在进行智力竞赛抢答题比赛时，各参赛者考虑好后都想抢先回答，如果没有合适的设者考虑好后都想抢先回答，如果没有合适的设备，主持人将难以分辨出抢答者的先后顺序，为备，主持人将难以分辨出抢答者的先后顺序，为了使比赛能顺利进行，需要有一个能判断抢答者了使比赛能顺利进行，需要有一个能判断抢答者的先后顺序的设备，称为智力竞赛抢答器。本题的先后顺序的设备，称为智力竞赛抢答器。本题目要求设计一个四路抢答器，可容纳目要求设计一个四路抢答器，可容纳4个队参加个队参加比赛。比赛。24