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第一讲数字系统与FPGA设计概述.ppt


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文档列表 文档介绍
数字系统设计与FPGA应用
主讲教师:黄庆东
西安邮电学院通信工程系
第一讲数字系统与FPGA设计概述
内容:
数字系统概述
数字逻辑设计基础器件和概念
可编程逻辑器件概述
可编程逻辑器件中的IP核概述
数字系统设计方法
FPGA设计流程
数字系统概述
常见数字系统:微处理机系统、数字信号处理系统、数字通信系统、数字编解码和加解密电路、数字多功能智能接口等。目前数字系统单片等效逻辑门总数达到几百甚至几千万门的已较常见。
存储器
数字系统的组成:数字系统通常由输入电路、输出电路、控制电路、数字处理电路和存储器组成。
控制
电路
数字处理
电路
输入
电路
输出
电路
数字系统实现方法
通用集成电路。如:74 系列,4000系列等,电路体积大、重量大、功耗大、可靠性低。(70、80年代主流)  
专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuits),如:Modem , MP3 decoder等。(90年代盛行,现在大规模产品中继续使用)
可编程逻辑阵列( Programmable Logic Device)。如:Xilinx的spartan系列,Altera的Cyclone系列。(现在逐步蚕食ASIC的低端市场,并将成为一种主流方法)
通用微处理器、DSP 。如 8051单片机、ARM32位MCU,TMS320C5x系列DSP等。(80年代,现在仍为一种主流方法)
混合使用各种器件,发挥各自的优势。(发展趋势)
数字逻辑设计基础器件和概念
1 单元与层次
在数字逻辑设计中, 一般采用基本构造模块来组成数字系统。通常将这种基本构造模块(无论简单还是复杂)称作单元(cell)。
基本单元是系统的基本构成模块。通过对基本单元进行组合, 可以构成较大、较复杂的A、 B、 C单元, 而A、 B、 C单元进一步用于构成更大的X单元和Y单元。这种设计方式可称作层次设计方法。
图 2-1 层次设计的级别
2 基本逻辑电路
任何复杂的数字系统从原理上而言, 最终都可以分解成基本的逻辑门和存储器元件。 
1) 逻辑门
逻辑门是设计数字系统的基础。最基本的逻辑门有与门、或门、非门三种, 由此导出的逻辑门有与非门、或非门、异或门等, 如与非门是由与门和非门结合起来的逻辑门, 或非门是由或门和非门结合起来的逻辑门。在输入输出和总线设计中还常用到三态门。常用逻辑门的逻辑符号及真值表如图所示。
图 2-2 常用门的表示
与门:
A
B
0
0
1
1
0
1
0
1
A
·
B
0
0
0
1
A
B
A
·
B
或门:
A
B
0
0
1
1
0
1
0
1
A
+
B
0
1
1
1
A
B
A
+
B
非门:
A
A
0
1
1
0
A
A
与非门:
A
B
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
A
B
或非门:
A
B
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
A
B
A
·
B
A
·
B
B
A
+
B
A
+
三态门:
A
A
S
0
0
1
1
1
0
0
·
B
0
1
Z
Z
B
S
1
逻辑门相关基本概念
四值逻辑:逻辑值1、逻辑值0、未知值X 、高阻值Z。
逻辑器件延时:0=>1 上升延时, 1=>0 下降延时,
0、1、x=>Z 关断延时。惯性延时。
逻辑路径延时:逻辑器件间互连线的延时。传输延时。
逻辑器件扇出:定义逻辑器件输出连接的负载数目为扇出。如一个非门的输出连接了三个逻辑门的输入,则称该非门的扇出为3。扇出越大,负载越大,等效传输延时越大。
逻辑器件负载模型: CMOS逻辑器件的负载可等效为RC电路,负载越多,电容越大。
2) 触发器
我们把具有存储记忆一位二值信号功能的基本单元电路称为触发器。
根据触发器电路结构和功能的不同, 可以分为RS触发器、 JK触发器、 D触发器、 T触发器和T′触发器等
在目前的数字系统同步电路设计中,一般只使用D触发器。
在异步电路设计中用到RS触发器和其它触发器。

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  • 时间2017-11-24