第二篇数字电子技术基础第一章数字电路和系统

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,集成电子技术基础教程,B,T,R,PLD器,件,件基础及,开,开发系统,介,介绍,可编程逻,辑,辑器件基,础,础,ABEL,语,语言介绍,ispEXPERT System,介,介绍,可编程逻,辑,辑器件基,础,础,集成逻辑,器,器件的分,类,类,数字器件,各种含CPU的微处理器,单片机系列(例,MCS51/96系列),高级微处理器(例,INTEL80286,TI8000等),数字信号处理器(例,TMS320系列),标准逻辑器件,各种门电路(例,与非门、或非门等),常用中规模集成电路(例,计数器),存储器(例,RAM、ROM、EPROM等,专用数字集成电路ASIC,全定制产品,半定制产品,可编程逻辑器件(PLD),集成逻辑,器,器件的特,点,点,含CPU,的,的微处理,器,器,在时钟脉,冲,冲作用下,不,不断执行,用,用户的软,件,件程序,,用,用户编程,并,并不对其,硬,硬件结构,产,产生影响,,,,它的工,作,作速度一,般,般较低;,标,准,准,逻,逻,辑,辑,器,器,件,件,使,用,用,方,方,便,便,、,、,价,价,格,格,便,便,宜,宜,,,,,但,但,其,其,规,规,模,模,一,一,般,般,较,较,小,小,,,,,一,一,个,个,数,数,字,字,系,系,统,统,往,往,往,往,要,要,用,用,几,几,十,十,片,片,甚,甚,至,至,上,上,百,百,片,片,标,标,准,准,逻,逻,辑,辑,器,器,件,件,来,来,完,完,成,成,;,;,半,定,定,制,制,、,、,全,全,定,定,制,制ASIC,产,品,品,开,开,发,发,需,需,要,要,半,半,导,导,体,体,厂,厂,家,家,参,参,与,与,,,,,周,周,期,期,长,长,、,、,费,费,用,用,高,高,,,,,其,其,开,开,发,发,不,不,可,可,能,能,普,普,及,及,;,;,PLD,器,器,件,件,(1,),),逻,逻,辑,辑,功,功,能,能,可,可,编,编,程,程,。,。,(,(2,),),器,器,件,件,规,规,模,模,很,很,大,大,。,。,(,(3,),),工,工,作,作,速,速,度,度,很,很,高,高,。,。,(,(4,),),使,使,用,用,相,相,对,对,复,复,杂,杂,。,。,PLD,的,的,基,基,本,本,结,结,构,构,输,入,入,电,电,路,路,产,产,生,生,输,输,入,入,变,变,量,量,的,的,原,原,变,变,量,量,和,和,反,反,变,变,量,量,与,阵,阵,列,列,产,产,生,生,输,输,入,入,变,变,量,量,的,的,与,与,项,项,(,(,乘,乘,积,积,项,项,),),或,阵,阵,列,列,对,对,乘,乘,积,积,项,项,有,有,选,选,择,择,地,地,进,进,行,行,或,或,运,运,算,算,输,出,出,电,电,路,路,产,产,生,生,输,输,出,出,信,信,号,号,,,,,提,提,供,供,反,反,馈,馈,信,信,号,号,PLD,的,的,工,工,作,作,原,原,理,理,在,数,数,字,字,电,电,路,路,的,的,设,设,计,计,中,中,,,,,输,输,出,出,总,总,可,可,以,以,用,用,“,“,与,与,或,或,”,”,形,形,式,式,的,的,逻,逻,辑,辑,函,函,数,数,来,来,表,表,示,示,,,,,从,从,而,而,用,用,若,若,干,干,与,与,门,门,和,和,或,或,门,门,就,就,可,可,以,以,实,实,现,现,这,这,个,个,逻,逻,辑,辑,函,函,数,数,。,。,而,而PLD,器,器,件,件,内,内,部,部,电,电,路,路,的,的,核,核,心,心,就,就,是,是,与,与,阵,阵,列,列,和,和,或,或,阵,阵,列,列,,,,,因,因,此,此,可,可,以,以,用,用,来,来,实,实,现,现,任,任,意,意,函,函,数,数,。,。,例,如,如,,,,,对,对,逻,逻,辑,辑,函,函,数,数,,,,,用,用PLD,表,表,示,示,法,法,连,连,接,接,后,后,的,的,完,完,整,整,逻,逻,辑,辑,图,图,如,如,图,图,所,所,示,示,。,。,1,A,Z,&,1,B,&,1,传,统,统,设,设,计,计,方,方,法,法,:,:,设,设,计,计,要,要,求,求,真,真,值,值,表,表,函,函,数,数,表,表,达,达,式,式,化,化,简,简,或,或,变,变,换,换,电,电,路,路,图,图,现代,设,设计,方,方法,:,:设,计,计要,求,求,用,用HDL,语,语言,描,描述,功,功能,编,译,译、,化,化简,和,和仿,真,真,逻,逻辑,综,综合,下,载,载到,可,可编,程,程器,件,件,常见HDL语,言,言:ABEL,HDL,语,语言,、,、VHDL语,言,言、Verilog语,言,言,HDL语,言,言描,述,述方,法,法:,逻,逻辑,方,方程,、,、高,级,级语,言,言、,真,真值,表,表、,状,状态,图,图描,述,述等,用PLD,设,设计,数,数字,逻,逻辑,电,电路,的,的方,法,法,例:,如,如一,个,个四,位,位二,进,进制,数,数A,4,A,3,A,2,A,1,,试,设,设计,一,一个,判,判断,电,电路,,,,当,四,四位,二,二进,制,制数,大,大于,等,等于2,,小,小于,等,等于10,时,时,,输,输出,为,为“1”,,,,其,它,它为,逻,逻辑,“,“0,”,”。,真值,表,表(,略,略),逻辑,式,式(,略,略),化简,,,,得,:,:,电路,图,图(,略,略),逻辑,功,功能,的,的硬,件,件语,言,言描,述,述,解:,(一,),)用,传,传统,设,设计,方,方法,:,:,(二,),)用ABEL,HDL,语,语言,描,描述,如,如下,:,:,MODULE,decode,“,“,定,定义,设,设计,模,模块,名,名为decode,A4,,,,A3,A2,,,,A1,PIN,;,“,“定,义,义输,入,入信,号,号,Z,PIN,;,“,“,定,定义,输,输出,信,信号,A=A4.A1,;,;,“,“定,义,义集,合,合,EQUATIONS,“表,示,示以,下,下用,逻,逻辑,方,方程,描,描述,功,功能,WHEN,(A=2)&(AZ),“,“以,下,下是,测,测试,矢,矢量,部,部分,0,0;1,0;2,1;3,1;,4,1;5,1;6,1;7,1;,8,1;9,1;10,1,;,;11,0;,12,0,;,;13,0;14,0,;,;15,0;,END,“模,块,块结,束,束,经ABEL语,言,言编,译,译器,编,编译,后,后的,简,简化,式,式子,如,如下,:,:,ABEL,语,语言,描,描述,的,的仿,真,真波,形,形如,下,下:,ABEL,语,语言,介,介绍,ABEL,的语,法,法规,定,定,合法,字,字符,集,集,az(26个,小,小写,英,英文,字,字母,),AZ(26个,大,大写,英,英文,字,字母),09(10个,数,数字,字,字符),space(,空,空格,符,符)tab(制,表,表符),!,!,(,(,),)-_=,;,:,“,“,.,?,共计,个,个ASCII码,字,字符,标识,符,符,标识,符,符必,须,须以,字,字母,或,或下,划,划线,开,开始,;,;,标识,符,符最,长,长不,能,能超,过,过31个,字,字符,;,;,除第,一,一个,字,字符,外,外,,标,标识,符,符可,以,以包,含,含大,写,写字,母,母,,小,小写,字,字母,,,,数,字,字及,下,下划,线,线,,但,但不允,许,许出,现,现空,格,格;,标识,符,符与大小,写,写字,母,母有,关,关;,关键,字,字不,能,能用,作,作标,识,识符,。,。,标识,符,符是,由,由标,识,识器,件,件、,器,器件,引,引脚,、,、节,点,点、,集,集合,、,、输,入,入,输,输出,信,信号,等,等的,合,合法,字,字符,串,串组,成,成。,关键,字,字,注意,与标,识,识别,符,符不,同,同,关键,字,字不,区,区分,大,大小,写,写!,关键,字,字又,称,称保,留,留标,识,识符,,,,它,代,代表,某,某种,处,处理,功,功能,。,。,CASEDEVICEELSEENABLEEND,ENDCASEENDWITHEQUATIONSFLAGFUSES,GOTOIFINISTYPELIBRARY,MACROMODULENODEPINSTATE,STATE_DIAGRAMTEST_VECTORSTHENTITLE,TRUTH_TABLEWITH,字符,串,串,例,TITLE1bitfulladder,;,;,字符,串,串是,包,包含,在,在单,引,引号,内,内的,合,合法,字,字符,序,序列,,,,通,常,常用,于,于标,题,题语,句,句、,标,标记,语,语句,以,以及,管,管脚,和,和节,点,点说,明,明语,句,句。,注释,段,段,注释,是,是对,源,源文,件,件的,进,进一,步,步解,释,释,,注,注释,段,段以,双,双引,号,号开,始,始,,以,以另,一,一个,双,双引,号,号或,换,换行,符,符结,束,束。,MODULEBasic_logic,“,“givesthemoduleaname”,例,数的,表,表示,可用,二,二进,制,制、,八,八进,制,制、,十,十进,制,制和,十,十六,进,进制,来,来表,示,示。,进制数,基数,表记符,例如,十进制数,二进制,2,B,B1010,10,八进制,8,O,O12,10,十进制,10,D(缺省),D15,15,十六进制,16,H,HF,15,常量,常量,用,用来,表,表示,值,值不,变,变的,量,量。,常,常量,可,可以,分,分为,:,:一,般,般常,量,量和,特,特殊,常,常量,。,。,注意,特殊,常,常量,值,值用,大,大小,写,写均,可,可,,但,但前,后,后两,个,个“.”,不,不能,省,省略,!,!,特殊常量,说明,.C.,上升沿时钟输入,.F.,浮点输入或输出,.K.,下降沿时钟输入,.P.,寄存器预加载,.X.,任意态(无关项),.Z.,高阻输入或输出,运算,及,及运,算,算符,表达,式,式及,等,等式,表达,式,式是,标,标识,符,符和,运,运算,符,符的,组,组合,,,,表,达,达式,中,中各,种,种运,算,算具,有,有不,同,同的,优,优先,级,级,集合,集合,用,用来,表,表示,成,成组,或,或成,批,批处,理,理的,信,信号,或,或常,量,量,,集,集合,中,中的,每,每一,个,个独,立,立分,量,量称,为,为该,集,集合,的,的元,素,素。,引,引入,集,集合,的,的目,的,的是,为,为了,简,简化,书,书写,,,,并,使,使可,读,读性,更,更好,。,。集,合,合有,两,两种,定,定义,方,方法,:,:,枚举,法,法:,Din=D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0;,界限,符,符法,:,:Din=D7.D0,;,;,注意,枚举,法,法与,界,界限,符,符法,可,可以,联,联合,使,使用,。,。,只有,类,类型,相,相同,、,、长,度,度相,同,同的,集,集合,才,才可,一,一起,参,参与,运,运算,。,。,ABEL,源文,件,件的,基,基本,结,结构,ABEL,源,源文,件,件是,由,由一,个,个或,多,多个,相,相互,独,独立,的,的模,块,块组,成,成,,每,每个,模,模块,包,包括,一,一个,或,或多,个,个完,整,整的,逻,逻辑,描,描述,。,。简,单,单的,源,源文,件,件可,以,以只,包,包含,一,一个,模,模块,,,,而,复,复杂,的,的源,文,文件,可,可能,包,包括,多,多个,模,模块,。,。,MODULE模,块,块名,接,接口,说,说明,语,语句,标,标题,语,语句,说,明,明语,句,句,布,布尔,方,方程,段,段,、,、,真,真值,表,表段,、,状,态,态图,段,段,、,、,熔,丝,丝状,态,态段,、,异,或,或因,子,子段,测,测试,矢,矢量,段,段,END,模,模块,名,名,模块,基,基本,结,结构,如,如下,:,:,模块,说,说明,语,语句,格式,:,:,MODULE模块,名,名,END模,块,块名,行末,没,没有,分,分号,。,。,若将该,模,模块作,为,为一个,自,自定义,元,元件(,宏,宏块),,,,则模,块,块名应,与,与自定,义,义元件,名,名相同,。,。,注意,例:,MODULE1_bit_adder,END,标题语,句,句,字符,串,串通,常,常为该,模,模块的,内,内容提,示,示。,标题语,句,句不影,响,响任何,逻,逻辑描,述,述及运,算,算结果,,,,可以,省,省略。,格式:,TITLE字符,串,串;,例:,TITLE4bitbinarycounter,;,注意,器件说,明,明语句,格式:,器件标,识,识符DEVICE字符,串,串;,例:,U1DEVICEP16V8C;,器件说,明,明语句,用,用来把,模,模块中,所,所用器,件,件的标,识,识符与,实,实际PLD器,件,件相联,系,系。,在,ispEXPERT,软,软件中,,,,该语,句,句可忽,略,略。,注意,管脚及,节,节点说,明,明语句,管脚标,识,识符要,与,与管脚,号,号一一,对,对应,,但,但在,ispEXPERT,中,中管脚,号,号可以,省,省略。,缺省情,况,况下,,管,管脚属,性,性为组,合,合型COM,。,一个信,号,号可以,包,包含多,个,个属性,。,。,格式:,标识符PIN(或NODE) ISTYPE属性,;,例:,Apin;B,CpinistypeREG;,Z1,Z2nodeistypeCOM;,注意,常量说,明,明语句,例:,C,X=.C.,.X.;ON,OFF=0,1;,格式:,标识符,常量,表,表达式;,逻辑方,程,程描述,格式:,EQUATIONS逻辑方,程,程式;,例:,equations,S=!A,Q.clk=CP;Q:=Q+1;,组合型,输,输出赋,值,值为“=”,,寄,寄存器,型,型输出,赋,赋值为,“,“:=,”,”。,在逻辑,方,方程描,述,述中可,以,以使用WHEN-THEN-ELSE语句。,注意,WHEN-THEN-ELSE语,句,句,例:,when(A=B)thenZ=0;,elseZ=1;,若有多,个,个逻辑,方,方程,,可,可以放,在,在大括,号,号中。,WHEN-THEN-ELSE语句可,以,以嵌套,使,使用。,注意,格式:,WHEN条件THEN逻辑方,程,程1;,ELSE逻辑方,程,程2;,真值表,描,描述,格式:,TRUTH_TABLE(输入,标,标识符,集,集-,输,输出标,识,识符集),输入值-输,出,出值;,TRUTH_TABLE(输入,标,标识符,集,集:,输,输出标,识,识符集),输入值:输,出,出值;,例:,truth_table(A,B-S),0,0-0;0,1-1;,1,0-1;1,1-0;,状态图描述,格式:,STATE_DIAGRAM状态寄存器,标,标识符,状态表达,式,式:方程式,;,;,状态图是一,种,种直观描述,时,时序逻辑的,方,方法,状态,图,图描述方式,是,是由状态图,标,标题语句,,状,状态描述语,句,句和状态转,移,移语句三部,分,分组成。,具体见时序,电,电路,测试矢量,测试矢量与,真,真值表描述,在,在形式上相,似,似。,格式:,TEST_VECTORS(输入标识,符,符集-输,出,出标识符集),输入值-,输,输出值;,例:,TEST_VECTORS(A,B-S),0,0-0;0,1-1;,1,0-1;1,1-0;,注意,指示字,格式:,directiveoptions;,指示字的作,用,用就是指导,编,编译软件对,源,源文件作相,应,应的处理。,灵,灵活地应用,指,指示字可以,简,简化源文件,的,的编写和调,试,试。引导指,示,示字的关键,词,词为“” 。,ABEL语,言,言中的指示,字,字为:,ALTERNATECARRYCONSTDCSET,DCSTATEEXPREXITIF,IFBIFDEFIFIDENIFNB,IFNDEF IFNIDEN INCLUDE IRP,IRPCMESSAGE ONSETPAGE,RADIX REPEAT SETSIZE STANDARD,常用指示字,:,例:,STATE_DIAGRAM“状态图描,述,述,CONSTn=0;,REPEAT10 ,STATEn:IF(nS),“,“四位全,加,加器测试矢,量,量,constm=0;,“,“定义,常,常数变量m,repeat16 constn=0;,“,“,定,定义常数变,量,量n,repeat16 m,n,0-(m+n);,m,n,1-(m+n+1);,constn=n+1;,constm=m+1;,格式:,CONSTid=expr;用,于,于对新的常,量,量进行定义,;,;,格式:,REPEATnumber_expr block;,将,将某些语,句,句重复执行,若,若干次。,ispEXPERTSystem介绍,概述,ispEXPERTSystem集成开发,软,软件是由Data I/O公司开,发,发的一个通,用,用的可编程,逻,逻辑器件开,发,发软件。能,够,够支持Lattice,公,公司的ispLSI、pLSI、ispGAL、ispGDS器件,及,及全新系列GAL器件,的,的设计、编,译,译和逻辑模,拟,拟。,ispEXPERTSystem支持原理,图,图输入和ABEL硬件,描,描述语言(HDL)输,入,入,还包括,编,编译、模拟,和,和仿真的功,能,能。I,Lattice的pDS+ Synario,适,适配软件与ispEXPERT紧,密,密结合,形,成,成多层次逻,辑,辑综合、自,动,动逻辑分割,与,与自动器件,映,映射功能。,Synario使用步,骤,骤,选择PLD器件,顶层原理图设计*,编写ABEL源文件*,编写顶层测试矢量*,各种资源的编译、优化、仿真,器件编程和功能测试,资源链接、器件映射,JEDEC文件的形成,结束,开始,具体操作,初始工作:,启,启动、创建,项,项目、选择,器,器件等,输入原理图,自定义元件,(,(宏块,BlockSymbol),选择逻辑门,和,和I/OPAD元件,连线:小方,框,框消失则说,明,明已连好,命名节点(Net),添加I/O,标,标注,定义管脚属,性,性,输入ABEL源文件,建立测试向,量,量,资源编译(,自,自下而上),、,、优化,查看仿真结,果,果,器件适配并,产,产生JEDEC文件、,查,查看报告,下载JEDEC文件到,器,器件、进行,功,功能测试,实例1,四,四位奇偶校,验,验器,MOUDLEXOR4,TITLE4 BITS ODD ANDEVENVERIFY,A,B,C,D,ZPINISTYPECOM;,Z1,Z2NODE;,EQUATIONS,Z1=A$B;,Z2=C$D;,Z=Z1$Z2;,TEST_VECTORS(A,B,C,D-Z),0,0,0,0-0;,0,0,1,0-1;,1,1,0,0-0;,1,0,1,1-1;,1,1,1,1-0;,END,实例2,八,八位奇偶校,验,验器,MODULEXOR8,A,B,C,D,E,F,G,H,ZPINISTYPECOM;,ABC=A,B,C,D,E,F,G,H;,TEST_VECTORS(ABC-Z),B00000000-0;,B00001000-1;,B01000010-0;,B10011000-1;,B00111010-0;,B10111010-1;,B11100111-0;,B11111101-1;,B11111111-0;,END,
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