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数字系统设计与EDA技术教学课件 ppt 作者于润伟第1章绪论

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1、第1章绪论,本章要点数字系统的相关概念数字系统的设计方法 EDA技术的发展趋势,1.1 数字系统,1.1.1 数字系统的组成 1、数字系统通常由输入电路、输出电路、控制电路、数字处理器和时基电路组成。 2、数字系统的基本结构模型如图1-1所示。,（1）输入电路可以由传感器、A/D（模拟/数字）转换器组成，将外界的模拟量转化成数字量形成数字信号或数据，提供给控制电路和数字处理电路。（2）输出电路可以由执行机构或显示电路组成。（3）控制电路的功能是负责规定算法的执行步骤，在进行一个计算步骤时，给数字处理电路发出命令信号，同时接收来自数字处理电路的状态信号，确定下一个计算步骤，以确保算法按正确的次序实现。（4）数字处理电路由存储部件和逻辑电路组成。（5）时基电路主要由石英振荡器和分频电路组成，能够产生各种时钟信号，保证整个系统协调工作。,1.1.2 数字系统设计方法,计算机技术的发展，带来了一种高层次的设计方法，也称为系统级的设计方法，是从系统总体出发来描述和设计的自顶向下方法。自顶向下（Top to Down）的设计方法是在顶层设计中，把整个系统看成是包含输入输

2、出端口的单个模块，从整个系统的功能出发，按一定原则，将系统分成若干个子系统，再将每个子系统分成若干个功能模块，进而将每个模块分成若干个小的模块。这样将系统划分为多个子功能模块，并对每个模块进行行为描述，在行为级进行验证。,系统设计的首要任务是对其功能进行正确划分，是把总体任务划分成若干分任务的过程。子系统划分的依据是：（1）对所要解决的总体任务是否已全部清楚地描述出来。（2）对所要解决的问题是否有更清楚更简单的描述。（3）各子系统所承担的分任务是否清楚、明确，是否有更清楚的划分方式。（4）各子系统之间的相互关系是否明确，它们之间的控制关系是怎样的。（5）控制部件与被控制部件是否清楚、明确，它们之间的控制关系是怎样的。,子系统的划分完成后，要对各个子系统进行模块分割，模块分割最能体现设计者的思想，分割合适与否，对系统设计的方便性有着至关重要的影响。对模块分割的一般要求为：（1）各模块之间的逻辑关系明确。（2）各模块内部逻辑功能集中，且易于实现。（3）各模块之间的接口线尽量少。,1.1.3 数字系统设计流程,数字系统设计可以分为系统级设计和逻辑级设计两个阶段，先进行系统

3、级设计，再进行逻辑级设计。 1系统级设计的过程（1）明确设计要求，确定系统的输入/输出（2）确定整体设计方案（3）描述系统功能并设计算法 2逻辑级设计的过程（1）根据算法选择电路结构（2）设计验证（仿真、测试）和设计实现,1.2 EDA技术,EDA（ Electronic Design Automation）技术就是电子设计自动化，用EDA技术设计数字系统的实质是一种自顶向下的分层设计方法。在每一层次上，都有描述、划分、综合和验证四种类型的工作。,1.2.1 EDA技术发展历史,EDA技术的发展历史可分为以下四个阶段：（1）计算机辅助设计（CAD）（2）计算机辅助工程设计（CAED）（3）电子设计自动化（EDA）（4）可编程片上系统（SOPC）开发,1.2.2 EDA技术特点,与手工设计相比EDA技术有如下特点：（1）采用自顶向下设计方案（2）应用硬件描述语言（HDL）描述设计（3）能够自动完成仿真和测试（4）开发技术的标准化和规范化（5）对工程技术人员的硬件知识和经验要求低,1.3 EDA技术的主要内容,1.3.1 硬件描述语言硬件描述语言（HDL）是

4、各种描述方法中最能体现EDA优越性的描述方法。所谓硬件描述语言，实际就是一个描述工具，其描述的对象就是待设计电路系统的逻辑功能、实现该功能的算法、选用的电路结构以及其他各种约束条件等。通常要求HDL既能描述系统的行为，又能描述系统的结构。目前主要有以下两种HDL语言：Verilog-HDL和VHDL,1.3.2 可编程逻辑器件,可编程逻辑器件（简称PLD）是一种由用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。它不仅速度快、集成度高，能够完成用户定义的逻辑功能外，还可以加密和重新定义编程，其允许编程次数可多达上万次。目前，PLD主要分为FPGA（现场可编程门阵列）和 CPLD（复杂可编程逻辑器件）两大类。FPGA和CPLD最明显的特点是高集成度、高速度和高可靠性。,表1-1 EDA开发软件特性,1.3.3 EDA软件,1.4.1 可编程逻辑器件发展趋势,（1）向高密度、高速度、宽频带方向发展（2）向在系统可编程方向发展（3）向可预测延时方向发展（4）向混合可编程技术方向发展（5）向低电压、低功耗方面发展,1.4 EDA技术发展趋势,1.4.2 开发工具的发展趋势,（1）具有混合信号处理能力（2）高效的仿真工具（3）理想的逻辑综合、优化工具,1.4.3 系统描述方式的发展趋势,（1）描述方式简便化（2）描述方式高效化和统一化,（1）数字系统与逻辑功能部件的区别？（2）自顶向下设计方法的特点？（3）简述EDA技术的历史。（4）什么是硬件描述语言？（5）主要的可编程逻辑器件供应商有那几家公司？（6）简述EDA技术的发展趋势。,1.5 习题,

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