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1、TEL:02585866145 ,小型数字系统设计,实 验 名 称,预习要求：1、复习数字电路与系统设计第十二章：数字系统设计基础。2、根据题意划分控制器和处理器。3、画出控制器的ASM图，并写出激励函数表达式。4、写出处理器表达式5、画出总体电路图。,目 录,实验目的,1,2,实验仪器,3,实验任务,4,参数测量,5,设计提示,6,注意事项,7,实验报告,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,实 验 仪 器,小型数字系统设计,直流稳压电源 函数信号发生器 示波器 DGDZ-2型电工电子综合实验箱 装有Foundation 3.1 的PC机,实 验 仪 器,实验室所用直流电压
2、源为双通道直流稳压电源。,电压显示值仅为参考，实际输出以万用表测量为准,应避免电压源短路!,直流稳压电源,实 验 仪 器,使用时注意共地。,产生TTL时钟信号要从 TTL/CMOS输出端子输出,注意要产生的信号波形!,函数信号发生器,测量时保持示波器两个通道共地。,本示波器无法测量10mV级的小信号波形。,实 验 仪 器,示波器,DGDZ-2型电工电子综合实验箱,在CPLD95108使用过程中注意事项：,1、芯片型号千万不能错：XC9500系列XC95108PC84. 2、下载时最好不要连接除电源以外其他导线，包括其他芯片的电源。否则一旦电路链接有错误，会导致无法下载成功。 3、关于电源：因为
3、CPLD芯片所需电流较大。所以：A：直流稳压电源的限流开关请调整到最大电流。B：加到实验箱的电源电压不能小于12V，但是不要超过15V。否则会提示下载不成功，芯片电压不满足要求。 4、下载芯片时如不能成功，请先选择擦除（Eraser），然后再编程（Program）下载。 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，可以用实验箱测试电路直接下载测试。,实 验 任 务（教材P219 T1 ）,可编程器件及其开发软件的应用,技术指标要求： 电路结构 设计要求 设计条件,一、小型数字系统学习要点,1、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，称为系统。能够对数字信
4、息进行传递，加工，处理的电子设备，称为数字系统。 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，不论其规模大小，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，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。,实验原理,同步时序电路 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 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,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,（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
5、作过程，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。,3、控制器的构成,1）模型,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方法；用数据选择器、时序寄存器、译码器的方法。,（2）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，由同步时序电路构成,设计工作为状态分配 次态激励电路组合电路 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件（次态激励条件），由组合电路构成 输出电路组合电路 以当前的进程状态和某些输入信号为条件，译码后输出控制信号，由组合电路构成
6、,4、ASM图的建立,原则1：在算法的起始点安排一个状态； 原则2：必须用状态来分开不能同时实现的寄存器传输操作； 原则3：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。,从算法流程图 ASM图,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,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,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,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
7、 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,状态1,XW=1 ?,状态2 输出：T=1,N,Y,N,D,S2,状态2寄存器,&,S1 R,CP,Q,CLK,H=1,R=1?,Y,D,S1,状态1寄存器,&, S1 R,CP,Q,CLK,H,&,X W,T,（无条件输出 T）,输出信号示意图,（条件输出 H）,二、小型数字系统设计要点,1、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、将总体的逻辑需求划分为控制逻辑和数据处理逻辑两大部分 两类电路的划分结果不是唯一的，
8、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,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、将逻辑流程图转换为ASM图,5、根据ASM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,6、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
9、理的控制关系设计数据处理器电路,设 计 提 示,小型数字系统设计,方案一 方案二,方案一： Idle：空闲、等待 Z：左转信号灯（可以用74194等实现100-110-111 -000） Y：右转信号灯（可以用74194等实现） 报警：报警信号（可以用秒信号分频实现1秒闪烁） JG：告警信号 L：左转信号 R：右转信号 注：系统工作频率较高1000Hz，信号灯闪烁频率较低1Hz,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,ASM图：,010,001,011,000,100,101,111,110,汽车尾灯的状态转移表:,电路图省略,参 数 测 量,小型数字系统设计,控制器调测,1.控制器调测,参 数 测 量(方案一),直流电源保留,参 数 测 量(方案一),2.处理器调测,参 数 测 量(方案一),3.系统调测,实验结束后，整理好工具包，正确摆放仪器，并将实验箱放入实验台右侧柜子中，退出并关闭计算机电源。,实 验 结 束,THE END,