现代电子体统设计

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1、现代电子系统设计 复习纲要2011年12月第二章1.电子系统的基本组成及各部分之间的关系2.MDS图 3.十字路口交通灯设计之受控器电路4.由MDS图设计控制器（状态编码方式）例2.2-5：某数字系统的 MDS图如图所示，R、A为输入信号， Ci(i=03)为输出信号， 设计它的控制器电路。 五个状态，用三个D触发器 ，采用二进制编码方式状态转换表：画出激励函数的卡诺图：写出函数表达式：画出控制器电原理图：5.控制子系统的微程序设计概念 ：把控制子系统中每一个状态要输出的控制信号 及该状态的转移去向按一定格式编写成条文，保存在 ROM中。运行时，逐条取出这些微指令，实现控制过程 。 只把状态变

2、量作为地址变量，而把决定状态转移的测试 变量作为指令的内容写入ROM，称为测试变量段。 后续地址段分为两部分，分别为测试变量为1和0时的转 移去向。 对于N个测试变量，由于只与其中的一个有关，可对测 试变量进行编码，外部电路用N选一选择器，选择相应 的测试变量；其次要决定现态转向后续地址的哪一个， 再用多个（取决于后续地址位数）二选一数据选择器， 根据测试变量X（i）是0还是1，选出两个后续地址中的 一个。a.单测试双地址法 例2.3-3：设计MDS图如图所 示的微程序控制器。 1、状态编码：用两个D触发器； 2、确定ROM容量：49； 3、填写ROM的内容； 4、硬件电路。微指令表电路图现态

3、的两个分支设置成：一个为现状态编码加1，另一 个任意，在微指令的后续地址中，只要注明“任意的一 个”即可，现态加1就不必标注。标志位：说明测试变 量为1时还是为0时现状态加1。表2.3-5 单测试单地址微指令格式输出变量 测试变量 标志位 转移地址用计数器取代D触发器b.单测试单地址法例2.3-4：用单测试单地 址法实现MDS图如图所示的 微程序控制器。1、状态编码：现态的两个转移状态 一个必须为现态加1； 2、确定ROM的容量：49；测试变量为X、Z、W三个加无条件 转移共4个。注意此处无条件转移不能 像单测试双地址那样把测试变量表示为 ，因为这里需要相应的硬件电路保证 。测试变量段为2位，

4、L2L1=00为无条件 ；L2L1=01为X；L2L1=10Z；L2L1=11 为W。标志位YNBIT为1位，输出为4位 ，转移地址两位，ROM容量共49=36 。3、填写微指令：在填写单测试单地址的微指令时最需要注意的是标志 位填写，而标志位填写与硬件电路有关。如果用标志位 YNBIT=1，表示测试变量X（i）为1时计数器计数，测试变量 X（i）为0时计数器置数；而用标志位YNBIT=0，表示测试变 量X（i）为0时计数器计数，测试变量X（i）为1时计数器置 数，同时根据一般计数器的置数信号均是低电平有效， 则有微指令表ROM内容：硬件电路：例2.3-5： 用单测试单地址 法实现如图所示的M

5、DS图 的微程序控制器。微指令表硬件电路：第三章1、FPGA结构2、CPLD结构第四章1. VHDL语言程序的基本结构 库和程序包格式如下：端口定义：PORT(端口名1：端口模式 数据类型；端口名n1 ，端口名N ：端口模式 数据类型）； 实体端口信号名端口模式端口类型如：端口模式(MODE)：端口模式有以下几种类型： IN：信号进入实体但并不输出； OUT：信号离开实体但并不输入，并且不会在内部 反馈使用； INOUT：信号是双向的(既可以进入实体，也可以离 开实体) BUFFER：信号输出到实体外部，但同时也在实体内 部反馈。BUFFER(缓冲)是INOUT(双向)的子集 ，但不是由外部驱

6、动 一般格式： 构造体说明语句（可选）：声明构造体所用的内部 信号、数据类型、常数、函数等；构造体中，处于BEGIN和END之间是并行处 理语句，描述了构造体的行为及连接关系，包括： 并行语句、进程、子程序和元件例化等。2.VHDL语言要素nVHDL语言操作符 a.逻辑运算符NOT：取反；AND：与；OR：或；NAND：与非； NOR：或非；XOR：异或；XNOR：同或可以对STD_LOGIC和BIT等逻辑型数据、 STD_LOGIC_VECTOR等逻辑型数组及布尔数据操作 。左右无优先级之分。全为“AND”“OR”“XOR”时可以 不要括号。例：A（大于）；=（大于等于）；可用于整数、实数、

7、位和位矢量等类型。注意!进行关系运算时，左右两边的数据类型必须相同，但位长度不一定相等c. 连接运算符”可以赋值给外部信号。信号的赋值符号为“顺序语句； when 选择值=顺序语句； when 选择值=顺序语句； end case；例：四选一选择器：“=”相当于THEN的作用； 条件句的顺序是不重要的； WHEN OTHERS列出其他可能 取值； LOOP语句常用的是FOR_LOOP语句，语法格式如下：临时变量，属LOOP语句的局部变量，不必事先定义。 起始值 Downto 结束值 起始值 To 结束值 例：奇偶校验电路 奇数个1标志位 偶数个1标志位n 等待(WAIT)语句语句格式：WAIT

8、 ON 敏感信号表 UNTIL 条件表达式 FOR 时间表 达式； 注：已列出敏感量的进程中不能使用任何形式的WAIT语句 。例：四选一选择器n NULL语句并行语句VHDL的几种主要并行语句： 进程语句 PROCESS语句 块语句 BLOCK语句 并行信号赋值语句 元件例化语句 生成语句 GENERATE语句 进程语句(PROCESS)进程语句是个复合语句，由一段程序构成。各个进程是并发执行的，但进程内部的所有语句却都是顺序执行的。 一个构造体可以包括多个进程语句，多进程间的通信依靠信号(SIGNAL)来传递。 例:计数器进程部分：-进程（敏感表） -顺序语句，异步清零 若改为同步清零，则进

9、程如下：-同步清零 若没有敏感表，利用WAIT UNTIL语句,进 程如下： 块语句（BLOCK）块语句是将结构体中的并行语句组合在一起，其 主要目的是改善并行语句及其结构的可读性，一般用于 较复杂的VHDL程序中。 只是形式上的划分，而非功能上的改变。 块语句的语法描述：-块名必须有。 例：比较器 并行信号赋值语句并行信号赋值语句实际上是一个进程的缩写。如 下面两个构造体是等效的：并行信号赋值语句有三种形式： 简单信号赋值语句 条件信号赋值语句 选择信号赋值语句简单信号赋值语句例：条件信号赋值语句WHEN_ELSE语句描述的四选一选择器： 选择信号赋值语句WITH_SELECT语句描述的四选

10、一选择器： 元件例化语句-注意:没有IS-同该元件定义时的PORT部分例化名：实体名（即元件名）PORT MAP（端口名连接关系）；例：一个模为10的计数器和一个七段译码器的连接。模 10 计 数 器 的 V H D L 描 述 BCD码到七段的VHDL描述利用元件例化构成本例（cntvh10）：几点说明：元件例化时的端口列表可采用位置关联方法，如 u1；元件例化时的端口列表也可采用名称关联方法映 射实参和形参，如u2；格式为(形参1=实参1, 形参2= 实参2,)元件声明时，一定要用原元件定义时的端口名， 不能变动。若用到库中的元件，如OR2，在不知原端口 名称的情况下，建议重编写OR2_N

11、EW。但必须另起文件 名。VHDL基本描述方法 结构描述（Structural）：也称为网表（Netlist ）描述 。它反映了一个设计中硬件方面特征，表达了内部元件 间连接关系。使用元件例化来描述。 数据流描述（Dataflow）：也称为方程（Equation ） 描述。它反映了一个设计中输入到输出的流向。使用并 发语句来描述。 行为描述（Bhavior）：它反映了一个设计中的功能算 法。一般使用进程PROCESS，用顺序语句来描述。例：两位相等比较器 。 逻辑表达式：构造体一：用元件例化来实现，即结构描 述：构造体二：用布尔方程来实现，即数据流描 述：构造体三：用行为描述来实现，采用并行语

12、 句 ：构造体四：用行为描述来实现，采用顺序 语句： 第六章1、集成运放 2、模拟信号变换单元 3、A/D、D/A转换器和取样/保持（S/H）电路 4、常用传感器及其应用电路习 题 一、单项选择题(15*2)1、Quartus是A、高级语言 B、硬件描述语言 C、EDA工具软件 D、综合软件2、使用Quartus建立仿真文件，应采用A、图形编辑 B、文本编辑 C、符号编辑 D、波形编辑 3、执行Quartus的哪条命令，可以检查设计电路错误 A、Create Default Symbol B、Simulator C、Compiler D、Timing Analyzer 4、Quartus的波形

13、文件类型是A、.vwf B、.bdf C、.vhd D、.qpf 5、在VHDL的端口声明语句中，用于声明双向端口的是 A、IN B、OUT C、INOUT D、BUFFER二、完成下列各基础实验题(2*5) 试用74LS161（模16计数器）构成8421十进制数计数器， 画出电路简图。1、完成下列各题 （1）以下是低有效异步清零clr、低有效异步复位set、 时钟clk下降沿触发的D触发器构造体描述，指出其中的错误 并改正。(5)三、VHDL语言设计题(3*10)（2）阅读下面的VHDL程序，分析设计电 路功能，并画出仿真波形。(5)2、请用VHDL设计BCD-7段译码器。 实体如下：请补充

14、结构体：3、请用VHDL设计一个键盘扫描电路。 其功能为只要输入CLK，便会自动且依序产生 1110-1101-1011-0111-1110（周而复始）四个扫描信号。四、数字系统设计题 (2*10)1、某数字系统的MDS图如右所示， R、A为输入信号， Ci(i=0.3)为输出信号， 设计它的控制器电路。 要求：用D触发器作为状态寄存器， 以状态编码 方式（如图）进行设计。 请列出状态转换 表； 画出激励函数的卡诺图； 写出激励函数及输出函数表达式； 画出控制器电原理图。五、电电路分析题题(10)图示电路是光电开关，其中D是光敏二极管，J是继电器， 9013是开关管。简要分析其工作原理及功能。