第十章数字系统设计方法(2011)

《verilog_数字系统设计课程》(第二版)思考题答案

绪论 1.什么是信号处理电路？它通常由哪两大部分组成？ 信号处理电路是进行一些复杂的数字运算和数据处理，并且又有实时响应要求的电路。它通常有高速数据通道接口和高速算法电路两大部分组成。 2.为什么要设计专用的信号处理电路？ 因为有的数字信号处理对时间的要求非常苛刻，以至于用高速的通用处理器也无法在规定的时间内完成必要的运算。通用微处理器芯片是为一般目的而设计的，运算的步骤必须通过程序编译后生成的机器码指令加载到存储器中，然后在微处理器芯片控制下，按时钟的节拍，逐条取出指令分析指令和执行指令，直到程序的结束。微处理器芯片中的内部总线和运算部件也是为通用目的而设计，即使是专为信号处理而设计的通用微处理器，因为它的通用性也不可能为某一特殊的算法来设计一系列的专用的运算电路而且其内部总线的宽度也不能随便的改变，只有通过改变程序，才能实现这个特殊的算法，因而其算法速度也受到限制所以要设计专用的信号处理电路。 3.什么是实时处理系统？ 实时处理系统是具有实时响应的处理系统。 4.为什么要用硬件描述语言来设计复杂的算法逻辑电路？ 因为现代复杂数字逻辑系统的设计都是借助于EDA工具完成的，无论电路系统的仿真和综合都需要掌握硬件描述语言。 5.能不能完全用C语言来代替硬件描述语言进行算法逻辑电路的设计？ 不能，因为基础算法的描述和验证通常用C语言来做。如果要设计一个专用的电路来进行这种对速度有要求的实时数据处理，除了以上C语言外，还须编写硬件描述语言程序进行仿真以便从电路结构上保证算法能在规定的时间内完成，并能通过与前端和后端的设备接口正确无误地交换数据。 6.为什么在算法逻辑电路的设计中需要用C语言和硬件描述语言配合使用来提高设计效率？ 首先C语言很灵活，查错功能强，还可以通过PLI编写自己的系统任务，并直接与硬件仿真器结合使用。C语言是目前世界上应用最为广泛的一种编程语言，因而C程序的设计环境比Verilog HDL更完整，此外，C语言有可靠地编译环境，语法完备，缺陷缺少，应用于许多的领域。比较起来，Verilog语言只是针对硬件描述的，在别处使用并不方便。而用Verilog的仿真，综合，查错等大部分软件都是商业软件，与C语言相比缺乏长期大量的使用，可靠性较差，亦有很多缺陷。所以只有在C语言的配合使用下,Verilog才能更好地发挥作用。C 语言与Verilog HDL语言相辅相成，互相配合使用。这就是即利用C语言的完整性又要结合Verilog对硬件描述的精确性，来更快更好地设计出符合性能要求的

数字电路与系统设计课后习题答案

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 1.1将下列各式写成按权展开式： （352.6）10=3×102+5×101+2×100+6×10-1 （101.101）2=1×22+1×20+1×2-1+1×2-3 （54.6）8=5×81+54×80+6×8-1 （13A.4F）16=1×162+3×161+10×160+4×16-1+15×16-2 1.2按十进制0~17的次序，列表填写出相应的二进制、八进制、十六进制数。 解：略 解：分别代表28=256和210=1024个数。 （1750）8=（1000）10 （3E8）16=（1000）10 1.5将下列各数分别转换为二进制数：（210）8，（136）10，（88）16 1.6将下列个数分别转换成八进制数：（111111）2，（63）10，（3F）16 解：结果都为（77）8 解：结果都为（FF）16 1.8转换下列各数，要求转换后保持原精度： （0110.1010）余3循环BCD码=（1.1110）2 1.9用下列代码表示（123）10，（1011.01）2： 解：（1）8421BCD码： （123）10=（0001 0010 0011）8421BCD （1011.01）2=（11.25）10=（0001 0001.0010 0101）8421BCD （2）余3 BCD码 （123）10=（0100 0101 0110）余3BCD （1011.01）2=（11.25）10=（0100 0100.0101 1000）余3BCD （1）按二进制运算规律求A+B，A-B，C×D，C÷D， （2）将A、B、C、D转换成十进制数后，求A+B，A-B，C×D，C÷D，并将结果与（1）进行比较。 A-B=（101011）2=（43）10 C÷D=（1110）2=（14）10 （2）A+B=（90）10+（47）10=（137）10 A-B=（90）10-（47）10=（43）10 C×D=（84）10×（6）10=（504）10 C÷D=（84）10÷（6）10=（14）10 两种算法结果相同。

数字系统设计

第一次作业 EDA 的英文全称是什么EDA 的中文含义是什么 答：ED自动化A 即Electronic Design Automation 的缩写，直译为：电子设计。 什么叫 EDA 技术利用 EDA 技术进行电子系统的设计有什么特点 答：EDA 技术有狭义和广义之分，狭义EDA 技术就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，或称为IES/ASIC 自动设计技术。 ①用软件的方式设计硬件；②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③设计过程中可用有关软件进行各种仿真；④系统可现场编程，在线升级；⑤整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。 从使用的角度来讲，EDA 技术主要包括几个方面的内容这几个方面在整个电子系统的设计中分别起什么作用 答：EDA 技术的学习主要应掌握四个方面的内容：①大规模可编程逻辑器件；②硬件描述语言；③软件开发工具；④实验开发系统。其中，硬件描述语言是重点。对于大规模可编程逻辑器件，主要是了解其分类、基本结构、工作原理、各厂家产品的系列、性能指标以及如何选用，而对于各个产品的具体结构不必研究过细。对于硬件描述语言，除了掌握基本语法规定外，更重要的是要理解VHDL 的三个“精髓”：软件的强数据类型与硬件电路的惟一性、硬件行为的并行性决定了VHDL 语言的并行性、软件仿真的顺序性与实际硬件行为的并行性；要掌握系统的分析与建模方法，能够将各种基本语法规定熟练地运用于自己的设计中。对于软件开发工具，应熟练掌握从源程序的编辑、逻辑综合、逻辑适配以及各种仿真、硬件验证各步骤的使用。对于实验开发系统，主要能够根据自己所拥有

《___数字系统设计___》试卷含答案

,考试作弊将带来严重后果！ 华南理工大学期末考试 《数字系统设计》试卷 1. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 所有答案请直接答在试卷上(或答题纸上)； ．考试形式：开（闭）卷； 本试卷共大题，满分100分，考试时间120分钟 (每小题2分，共16分) 大规模可编程器件主要有FPGA、CPLD两类，下列对CPLD结构与工作原理 ( C ) CPLD即是现场可编程逻辑器件的英文简称； CPLD是基于查找表结构的可编程逻辑器件； 早期的CPLD是从GAL的结构扩展而来； 在Altera公司生产的器件中，FLEX10K 系列属CPLD结构； 在VHDL语言中，下列对时钟边沿检测描述中，错误的是( D ) then ...; then ...; then ...; 在VHDL语言中，下列对进程（PROCESS）语句的语句结构及语法规则的描述中，正确( A ) PROCESS为一无限循环语句；敏感信号发生更新时启动进程，执行完成后，等待下一. 敏感信号参数表中，应列出进程中使用的所有输入信号； 进程由说明部分、结构体部分、和敏感信号参数表三部分组成； 当前进程中声明的信号也可用于其他进程 基于EDA软件的FPGA / CPLD设计流程，以下流程中哪个是正确的：( C ) 原理图/HDL文本输入→适配→综合→时序仿真→编程下载→功能仿真→硬件测试 原理图/HDL文本输入→功能仿真→综合→时序仿真→编程下载→适配→硬件测试； 原理图/HDL文本输入→功能仿真→综合→适配→时序仿真→编程下载→硬件测试 原理图/HDL文本输入→适配→时序仿真→编程下载→功能仿真→综合→硬件测试。 关于综合，从输入设计文件到产生编程文件的顺序正确的是：(B) ．逻辑综合→高层次综合→物理综合；

数字系统设计-参考模板

第一次作业 1.1 EDA 的英文全称是什么？EDA 的中文含义是什么？ 答：ED自动化A 即 Electronic Design Automation 的缩写，直译为：电子设计。 1.2什么叫 EDA 技术？利用 EDA 技术进行电子系统的设计有什么特点？ 答：EDA 技术有狭义和广义之分，狭义 EDA 技术就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，或称为 IES/ASIC 自动设计技术。①用软件的方式设计硬件；②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③设计过程中可用有关软件进行各种仿真；④系统可现场编程，在线升级；⑤整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。 1.3从使用的角度来讲，EDA 技术主要包括几个方面的内容？这几个方面在整个电子系统的设计中分别起什么作用？

答：EDA 技术的学习主要应掌握四个方面的内容：①大规模可编程逻辑器件；②硬件描述语言；③软件开发工具；④实验开发系统。其中，硬件描述语言是重点。对于大规模可编程逻辑器件，主要是了解其分类、基本结构、工作原理、各厂家产品的系列、性能指标以及如何选用，而对于各个产品的具体结构不必研究过细。对于硬件描述语言，除了掌握基本语法规定外，更重要的是要理解 VHDL 的三个“精髓”：软件的强数据类型与硬件电路的惟一性、硬件行为的并行性决定了 VHDL 语言的并行性、软件仿真的顺序性与实际硬件行为的并行性；要掌握系统的分析与建模方法，能够将各种基本语法规定熟练地运用于自己的设计中。对于软件开发工具，应熟练掌握从源程序的编辑、逻辑综合、逻辑适配以及各种仿真、硬件验证各步骤的使用。对于实验开发系统，主要能够根据自己所拥有的设备，熟练地进行硬件验证或变通地进行硬件验证。 1.4 什么叫可编程逻辑器件(简称 PLD)？ FPGA 和 CPLD 的中文含义分别是什么？国际上生产FPGA/CPLD 的主流公司，并且在国内占有较大市场份额的主要有哪几家？其产品系列有哪些？其可用逻辑门/等效门数大约在什么范围？ 答：可编程逻辑器件(简称 PLD)是一种由用户编程以实现某种 逻辑功能的新型逻辑器件。 FPGA 和 CPLD 分别是现场可编程 门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称。国际上生产 FPGA/CPLD 的主流公司，并且在国内占有市场份额较大的主要是Xilinx，Altera，Lattice 三家公司。Xilinx 公司的 FPGA 器件有 XC2000，XC3000，XC4000，XC4000E，XC4000XLA，XC5200 系列 等，可用门数为 1200～18 000；Altera 公司的 CPLD 器件有

数字系统设计与verilogHDL课程设计

数字系统设计与v e r i l o g H D L课程设计设计题目：实用多功能数字钟 专业：电子信息科学与技术 班级：0313410 学号： 姓名：杨存智 指导老师：黄双林 摘要 本课程设计利用QuartusII软件VerilogVHDL语言的基本运用设计一个多功能数字钟，经分析采用模块化设计方法，分别是顶层模块、alarm、alarm_time、counter_time、clk50mto1、led、switch、bitel、adder、sound_ddd、sound_ddd_du模块，再进行试验设计和软件仿真调试，分别实现时分秒计时、闹钟闹铃、时分秒手动校时、时分秒清零，时间保持和整点报时等多种基本功能。 单个模块调试达到预期目标，再将整体模块进行试验设计和软件仿真调试，已完全达到分块模式设计功能，并达到设计目标要求。 关键字：多功能数字钟、Verilog、模块、调试、仿真、功能 目录

课程设计的目的 通过课程设计的锻炼，要求学生掌握Verilog HDL语言的一般设计方法，掌握Verilog HDL语言的基本运用，具备初步的独立设计能力，提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，基于实践、源于实践，实践出真知，实践检验真理，培养学生的创新精神。 掌握现代数字逻辑电路的应用设计方法，进一步掌握电子仪器的正确使用方法，以及掌握利用计算机进行电子设计自动化(EDA)的基本方法。 课程设计的任务与要求 用Verilog HDL语言设计一个多功能的数字钟，具有下述功能： (1）计时功能。包括时、分、秒的计时； (2)定时与闹钟功能：能在设定的时间发出闹铃音； (3)校时功能。对时、分和秒能手动调整以校准时间； (4)整点报时功能；每逢整点，产生“嘀嘀嘀嘀一嘟”四短一长的报时音。 2．课程设计思路及其原理 数字计时器要实现时分秒计时、闹钟闹铃、时分秒手动校时、时分秒清零，时间保持和整点报时等多种基本功能，所有功能都基于计时功能。因此首先需要获得具有精确振荡时间的脉振信号，以此作为计时电路的时序基础，实验中可以使用的振荡频率源为50MHZ，通过分频获得所需脉冲频率1Hz。得到1hz脉冲后，要产生计时模块，必须需要加法器来进行加法，因此需要一个全加器，此实验中设计一个八位全加器来满足要求。 数字电路设计中，皆采用二进制加法，为实现实验中时分秒的最大功能，本实验中采用十六进制加法器，再进行BCD码进行转换来实现正常时钟显示。为产生秒位，设计一个模60计数器，利用加法器对1HZ 的脉冲进行秒计数，产生秒位；为产生分位，通过秒位的进位产生分计数脉冲，分位也由模60计数器构成；为产生时位，用一个模24计数器对分位的进位脉冲进行计数。整个数字计时器的计数部分共包括六位：时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位和秒个位。基本的计时模块完成之后，整点报时、清零、校时、LED显示、闹铃模块可以相互实现，其中，闹铃模块与计时模块的显示相互并行。 清零功能是通过控制计数器清零端的电平高低来实现的。只需使清零开关按下时各计数器的清零端均可靠接入有效电平（本实验中是低电平），而清零开关断开时各清零端均接入无效电平即可。 保持功能是通过逻辑门控制秒计数器输入端的1Hz脉冲实现的。正常情况下，开关不影响脉冲输入即秒正常计数，当按下开关后，使脉冲无法进入计数端，从而实现计时保持功能。

verilog数字系统设计教程习题答案

verilog数字系统设计教程习题答案 第二章 1.Verilog HDL 既是一种行为描述语言，也是一种结构描述语言。如果按照一定的规则和风格编写代码，就可以将功能行为模块通过工具自动转化为门级互联的结构模块。这意味着利用Verilog语言所提供的功能，就可以构造一个模块间的清晰结构来描述复杂的大型设计，并对所需的逻辑电路进行严格的设计。 2.模块的基本结构由关键词module和endmodule构成。 3.一个复杂电路系统的完整Verilog HDL模型是由若干个Verilog HDL模块构成的，每一个模块又可以由若干个子模块构成。其中有些模块需要综合成具体电路，而有些模块只是与用户所设计的模块交互的现存电路或激励信号源。利用 Verilog HDL语言结构所提供的这种功能就可以构造一个模块间的清晰层次结构来描述极其复杂的大型设计，并对所作设计的逻辑电路进行严格的验证。 4.Verilog HDL和VHDL作为描述硬件电路设计的语言，其共同的特点在于：能 形式化地抽象表示电路的结构和行为、支持逻辑设计中层次与领域的描述、可借用高级语言的精巧结构来简化电路的描述、具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性、支持电路描述由高层到低层的综合转换、硬件描述与实现工艺无关（有关工艺参数可通过语言提供的属性包括进去）、便于文档管理、易于理解和设计重用。 5.不是 6.将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现的模块组 合装配的过程。 7.综合工具可以把HDL变成门级网表。这方面Synopsys工具占有较大的优势，它的Design Compile是作为一个综合的工业标准，它还有另外一个产品叫Behavior Compiler，可以提供更高级的综合。 另外最近美国又出了一个软件叫Ambit，据说比Synopsys的软件更有效，可以 综合50万门的电路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收购，为此Cadence 放弃了它原来的综合软件Synergy。随着FPGA设计的规模越来越大，各EDA公 司又开发了用于FPGA设计的综合软件，比较有名的有：Synopsys的FPGA Express，Cadence的Synplity， Mentor的Leonardo，这三家的FPGA综合软件占了市场的绝大部分。 8.整个综合过程就是将设计者在EDA平台上编辑输入的HDL文本、原理图或状态图形描述，依据给定的硬件结构组件和约束控制条件 进行编译、优化、转换和综合，最终获得门级电路甚至更底层的电路描述网表文件。用于适配，适配将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，使之产生最终的下载文件，如JEDEC、Jam格式的文件。

数字电路与系统设计实验报告

数字电路与系统设计实验报告 学院： 班级： 姓名：

实验一基本逻辑门电路实验 一、实验目的 1、掌握TTL与非门、与或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。 2、熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。 二、实验设备 1、二输入四与非门74LS00 1片 2、二输入四或非门74LS02 1片 3、二输入四异或门74LS86 1片 三、实验内容 1、测试二输入四与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。 2、测试二输入四或非门74LS02一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。 3、测试二输入四异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。 四、实验方法 1、将器件的引脚７与实验台的“地（GND）”连接，将器件的引脚１４与实验台的十5Ｖ连接。 2、用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。拨动开关，则改变器件的输入电平。 3、将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯(LED)连接。指示灯亮表示输出低电平（逻辑为０），指示灯灭表示输出高电平（逻辑为1）。 五、实验过程 1、测试74LS00逻辑关系 （1）接线图（图中Ｋ1、Ｋ2接电平开关输出端，LED0是电平指示灯） （2）真值表 2、测试74LS02逻辑关系

（1）接线图 （2）真值表 3、测试74LS86逻辑关系接线图 （1）接线图 （2）真值表 六、实验结论与体会 实验是要求实践能力的。在做实验的整个过程中，我们首先要学会独立思考，出现问题按照老师所给的步骤逐步检查，一般会检查处问题所在。实在检查不出来，可以请老师和同学帮忙。

实验二逻辑门控制电路实验 一、实验目的 1、掌握基本逻辑门的功能及验证方法。 2、掌握逻辑门多余输入端的处理方法。 3、学习分析基本的逻辑门电路的工作原理。 二、实验设备 1、基于CPLD的数字电路实验系统。 2、计算机。 三、实验内容 1、用与非门和异或门安装给定的电路。 2、检验它的真值表，说明其功能。 四、实验方法 按电路图在Quartus II上搭建电路，编译，下载到实验板上进行验证。 五、实验过程 1、用３个三输入端与非门IC芯片74LS10安装如图所示的电路。 从实验台上的时钟脉冲输出端口选择两个不同频率（约7khz和14khz）的脉冲信号分别加到X0和X1端。对应B和S端数字信号的所有可能组合，观察并画出输出端的波形，并由此得出S和B（及/Ｂ）的功能。 2、实验得真值表

数字系统设计原理和方法

论述数字系统设计的原理和方法 一、数字系统原理 数字系统,即有一些逻辑单元构成的具备数字运算和逻辑处理的一类算术系统,完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路。用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。 数字电路一般分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路简称组合电路，它由最基本的的逻辑门电路组合而成。特点是:输出值只与当时的输入值有关,即输出惟一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能,输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。 时序逻辑电路简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路,与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是:输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元件的电感或电容的电路,如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。 数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号,既能进行算术运算 又能方便地进行逻辑运算（与、或、非、判断、比较、处理等），因此极其适合于运算、 比较、存储、传输、控制、决策等应用。以二进制作为基础的数字逻辑电路,简单可靠，准 确性高。集成度高,体积小,功耗低是数字电路突出的优点之一。电路的设计、维修、维护 灵活方便,随着集成电路技术的高速发展,数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的 功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路(LＳI)、超 大规模集成电路（ＶＬSＩ)的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。 电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还 可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。 因为数字系统的稳定，易于实现等特点，因此数字系统设计广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术各个领域。 二、实现方法

数字系统设计

东南大学自动化学院 《数字系统课程设计》 专业综合设计报告 姓名：_________________________ 学号: 专业：________________________ 实验室: 组别：______________________同组人员： 设计时间：年月日 评定成绩： _____________________ 审阅教师:

一.课程设计的目的与要求 二.原理设计 三.架构设计 四.方案实现与测试 五.分析与总结

专业综合设计的目的与要求（含设计指标） 主干道与乡村公路十字交叉路口在现代化的农村星罗棋布，为确保车辆安全、迅速地通过， 在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯禁止通行；绿灯允许通行；黄 灯亮则给行驶中的车辆有时间行驶到禁行线之外。 主干道和乡村公路都安装了传感器， 检测 车辆通行情况，用于主干道的优先权控制。 设计任务与要求 （1）当乡村公路无车时，始终保持乡村公路红灯亮，主干道绿灯亮。 （2）当乡村公路有车时，而主干道通车时间已经超过它的最短通车时间时，禁止主干道通 行，让乡村公路通行。主干道最短通车时间为 25s 。 （3）当乡村公路和主干道都有车时，按主干道通车 25s ，乡村公路通车 16s 交替进行。 （ 4）不论主干道情况如何，乡村公路通车最长时间为 16s 。 （5）在每次由绿灯亮变成红灯亮的转换过程中间，要亮 5s 时间的黄灯作为过渡。 （6）用开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号。用红、绿、黄三种颜色的发光二极 管作交通灯。 要求显示时间，倒计时。 . 原理设计（或基本原理） HDL 语言，用ONEHOTI 犬态机编码表示交通灯控制器的四个状态（状态 0010，状态三： 0100，状态四： 1000）： 设置两个外部控制条件：重置（ set ）；乡村干道是否有车（ c —— c=1 表示无车； c=0 表示有 车） 设置一个内部控制条件： 时间是否计满 （ state —— state=0 表示计数完成； state=1 表示计 数没有完成） 本设计采用 Verilog ： 0001，状态二： 主干道红灯，显示 5 秒；乡村干道黄灯，显示 5 秒——（ 0001） 主干道红灯，显示 21 秒；乡村干道绿灯，显示 16 秒——（ 0010） 主干道黄灯，显示 5 秒；乡村干道红灯，显示 5 秒——（ 0100） 主干道绿灯，显示 25 秒；乡村干道红灯，显示 30 秒——（ 1000）

数字电路与系统设计课后习题答案

1、1将下列各式写成按权展开式: (352、6)10=3×102+5×101+2×100+6×10-1 (101、101)2=1×22+1×20+1×2-1+1×2-3 (54、6)8=5×81+54×80+6×8-1 (13A、4F)16=1×162+3×161+10×160+4×16-1+15×16-2 1、2按十进制0~17的次序,列表填写出相应的二进制、八进制、十六进制数。 解:略 1、3二进制数00000000~11111111与0000000000~1111111111分别可以代表多少个数？解:分别代表28=256与210=1024个数。 1、4将下列个数分别转换成十进制数:(1111101000)2,(1750)8,(3E8)16 解:(1111101000)2=(1000)10 (1750)8=(1000)10 (3E8)16=(1000)10 1、5将下列各数分别转换为二进制数:(210)8,(136)10,(88)16 解:结果都为:(10001000)2 1、6将下列个数分别转换成八进制数:(111111)2,(63)10,(3F)16 解:结果都为(77)8 1、7将下列个数分别转换成十六进制数:(11111111)2,(377)8,(255)10 解:结果都为(FF)16 1、8转换下列各数,要求转换后保持原精度: 解:(1、125)10=(1、0010000000)10——小数点后至少取10位 (0010 1011 0010)2421BCD=(11111100)2 (0110、1010)余3循环BCD码=(1、1110)2 1、9用下列代码表示(123)10,(1011、01)2: 解:(1)8421BCD码: (123)10=(0001 0010 0011)8421BCD (1011、01)2=(11、25)10=(0001 0001、0010 0101)8421BCD (2)余3 BCD码 (123)10=(0100 0101 0110)余3BCD (1011、01)2=(11、25)10=(0100 0100、0101 1000)余3BCD 1、10已知A=(1011010)2,B=(101111)2,C=(1010100)2,D=(110)2 （1）按二进制运算规律求A+B,A-B,C×D,C÷D, （2）将A、B、C、D转换成十进制数后,求A+B,A-B,C×D,C÷D,并将结果与(1)进行比较。解:(1)A+B=(10001001)2=(137)10 A-B=(101011)2=(43)10 C×D=(111111000)2=(504)10 C÷D=(1110)2=(14)10 (2)A+B=(90)10+(47)10=(137)10 A-B=(90)10-(47)10=(43)10 C×D=(84)10×(6)10=(504)10 C÷D=(84)10÷(6)10=(14)10 两种算法结果相同。 1、11试用8421BCD码完成下列十进制数的运算。 解:(1)5+8=(0101)8421BCD+(1000)8421BCD=1101 +0110=(1 0110)8421BCD=13

传统数字电路设计方案方法与现代数字电路设计方法比较.doc

传统数字电路设计方法与现代数字电路设计方法比较 专业: 姓名：学号： 摘要：本文对7段数码管显示功能设计分别采用传统数字电路和现代数字电路fpga（verilog hdl）实现。并对设计流程进行对比，从而得出各个方法的优劣。 关键字：7段数码管显示；传统数字电路；现代数字电路fpga 1.数字系统设计方法 传统的数字系统的设计方法是画出逻辑图，这个图包含SSI的门和MSI的逻辑功能，然后人工通过真值表和通过卡诺图进行化简，得到最小的表达式，然后在基于TTL的LSI芯片上实现数字逻辑的功能。 现代的数字系统设计是使用硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL）来设计数字系统。最广泛使用的HDL语言是VHDL和Verilog HDL。这些语言允许设计人员通过写程序描述逻辑电路的行为来设计数字系统。程序能用来仿真电路的操作和在CPLD、FPGA 或者专用集成电路ASIC上综合出一个真正的实现 2.传统数字系统设计。 1.1 设计流程 传统的数字系统设计基于传统的“人工”方式完成，当设计目标给定后，给出设计目标的真 值表描述，然后使用卡诺图对真值表进行化简，得到最小的表达式，然后使用TTL的LSI 电路实现最小的表达式，最后使用调试工具和仪器，对系统进行调试。

1.2 功能实现 1）设计目标：在一个共阳极的7段数码管上显示相对应的0-F的值。 2）设计目标的真值表描述：图1.2首先给出了七段数码管的符号表示，当其是共阳极时，只有相应的段给低电平‘0’时，该段亮，否则灭。 3）使用卡诺图对真值表进行化简，7段数码管e段的卡诺图化简过程如图。

第8章 数字系统分析与设计

第8章 数字系统分析与设计 教学目标 理解数字系统的基本概念 熟悉数字系统自上而下的设计方法 掌握数字系统设计的描述 本章节通过对数字系统基本概念的介绍，传统设计方法与现代设计方法的比较，并通过十字路口红绿灯数字系统的分析与设计，进一步巩固数字系统分析与设计的基本方法。 8.1数字系统的基本概念 当前，随着数字技术的快速发展，在我们的日常生产、生活、学习、教学、科研等各个领域中。大到复杂的计算机控制系统，小到我们学习生活中的各类家用电器，从第一代GSM手机到今天的各种智能手机，加之在国防、智能机器人、医用设备的研究等等，随处都可见到数字技术的应用。 8.1.1数字系统 通过前面各章节的学习，我们对常用数字基本部件，如各种门电路、加法器、比较器、编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、计数器、移位寄存器、存储器等已经有了一定的掌握和了解，它们在功能上比较单一，如能够完成加法运算、数据比较、编码、译码、数据选择、计数、数据存储等功能。我们把这些能够执行某种单一功能的电路称为基本逻辑功能部件级电路。而把由若干基本逻辑功能部件级电路构成的、能够实现数据存储、传送和处理，并按照一定程序操作功能的电路称为数字系统(Digital System)。数字密码锁、计算机等都是典型的数字系统。 8.1.2数字系统的基本组成 如图8.1所示，一个数字系统DS通常由输入电路、控制电路、受控电路、时基电路、输出电路组成。其中控制电路是整个系统的核心。

图8.1 数字系统的基本组成框图 1.输入电路 输入电路的功能是将各种外部信号（包括模拟信号如声音、温度等和数字信号如开关的通和断等）引入数字系统DS后供控制电路加以处理。 2.控制电路 控制电路是数字系统的核心，又常被称为控制器或控制单元。它根据时钟信号和受控电路送回的信号进行综合分析处理后，发出控制信号去控制和管理输人、输出电路及受控电路，使整个数字系统协调、有条不紊地工作。 3.时基电路 时基电路作用是产生各种时钟信号，用来保障数字系统在时钟信号作用下按照一定的顺序完成对应的控制操作。 4.受控电路 受控电路是数字系统的数据存储与处理单元，数据的存储、传送和处理均在数据子系统中进行。它从控制单元接收控制信息，并把处理过程中产生的状态信息反馈给控制单元。由于它主要完成数据处理功能且受控制器控制，因此也常常把它叫做数据处理器。 5.输出电路 输出电路将经过处理之后的信号（模拟信号或数字信号）推动执行机构（扬声器、数码管等）。 数字系统和功能部件之间的区别的一个重要标志是看有无控制器。凡是有控制器且能按照一定程序进行操作的，不管其规模大小，均称为数字系统。例如数字密码锁，虽然仅由几片MSI器件构成，但因其中有控制电路，所以应该称之为数字系统。而没有控制器、不能按照一定程序进行操作的，不论其规模多大，只作为一个功能部件来对待，例

现代数字系统设计期末考试

目录： 第一部分：设计题目及总体要求简介 (3) 1. 设计题目 (3) 2. 总体要求简介 (3) 第二部分：设计方案说明 (3) 第三部分：各部分功能介绍及程序 (3) 1.1 系统框图 (3) 1.2.部分模块程序及说明 (4) (1)计时和调整模块 (4) (2）闹铃功能 (5) （3）显示控制模块 (5) （4）整点报时模块 (6) (5)数码管控制各个模块 (6) 2. 选择的FPGA芯片及配置 (7) 3. 各模块（元件）说明 (8) 3.1顶层文件端口说明 (8) 3.2顶层文件引脚映射说明 (9) 第四部分：仿真结果 (9) 1.计时仿真 (9) 2.闹铃功能仿真与整点报时仿真 (10) 3.校时功能仿真 (10) 输入激励信号说明，输出结果说明 (11) 附录：源程序 (11)

内容： 第一部分：设计题目及总体要求简介 1. 设计题目：自动打铃系统设计 2. 总体要求简介： ①基本计时和显示功能（24小时制显示），包括： 1. 24小时制显示 2. 动态扫描显示； 3. 显示格式：88-88-88 ②能设置当前时间(含时、分) ③能实现基本打铃功能，规定： 上午06:00起床铃，打铃5s； 第二部分：设计方案说明（1）先绘制系统流程框图。（2）用EDA技术与verilog 编程实现计时与显示功能，能设置当前时间还要实现基本打铃功能。 第三部分：各部分功能介绍及程序（部分） 1.1 系统框图

1.2.部分模块程序及说明 （1）计时和调整模块 1.秒计时和秒调整模块 always @(posedge clk_1hz) //秒计时和秒调整进程if(!(sec1^8'h59)|turn&(!m)) begin sec1 <= 0; if(!(turn&(!m))) minclk <= 1; end //按住"turn"秒信号清0 else begin if(sec1[3:0] == 4'b1001) begin sec1[3:0] <= 4'b0000; sec1[7:4] <= sec1[7:4] + 1;end else sec1[3:0] <= sec1[3:0] + 1; minclk <= 0; end 用于秒计时以及计时状态下的秒调整功能。 2.分计时和分调整模块 always @(posedge ct1) //分计时和分调整进程begin if(min1 == 8'h59) begin min1 <= 0;hclk <= 1; end else begin if(min1[3:0] == 9) begin min1[3:0] <= 0; min1[7:4] <= min1[7:4] + 1; end else min1[3:0] <= min1[3:0] + 1; hclk <= 0; end end 用于分计时以及计时状态下的分调整功能

数字电路第8章 数字系统设计基础-习题答案

第8章数字系统设计基础 8.1 数字系统在逻辑上可以划分成哪两个部分？其中哪一部分是数字系统的核心？ 解：数字系统在逻辑上可以划分成控制器和数据处理器两部分，控制器是数字系统的核心。 8.2 什么是数字系统的ASM图？它与一般的算法流程图有什么不同？ASM块的时序意义是什么？解：算法状态机（ASM）是数字系统控制过程的算法流程图。它与一般的算法流程图的区别为ASM 图表可表示事件的精确时间间隔序列，而一般的算法流程图只表示事件发生的先后序列，没有时间概念。ASM块的时序意义是一个ASM块内的操作是在一个CLK脉冲作用下完成的。 8.3 某数字系统，在T0状态下，下一个CLK到，完成无条件操作：寄存器R←1010，状态由T0→ T1。在T1状态下，下一个CLK到，完成无条件操作：R左移，若外输入X=0，则完成条件操作：计数器A←A+1，状态由T1→T2；若X=1，状态由T1→T3。画出该系统的ASM图。 解：ASM图表如图所示 8.4 一个数字系统在T1状态下，若启动信号C=0，则保持T1状态不变；若C=1，则完成条件操作： A←N1，B←N2，状态由T1→T2。在T2状态下，下一个CLK到，完成无条件操作B←B?1，若M=0，则完成条件操作：P右移，状态由T2→T3；若M=1，状态由T2→T4→T1。画出该数字系统的ASM图。 解：ASM图表如图

8.5 控制器状态图如题图8.5所示，画出其等效的ASM图。 题图8.5 解：ASM图 8.6 设计一个数字系统，它有三个4位的寄存器X、Y、Z，并实现下列操作： ①启动信号S出现，传送两个4位二进制数N1、N2分别给寄存器X、Y； ② 如果X>Y，左移X的内容，并把结果传送给Z； ③如果X

数字电路与系统设计

大作业报告 （ 2013 / 2014 学年第二学期） 数字电路与系统设计 交通灯管理系统 学生姓名班级学号 学院(系) 贝尔英才学院专业理工强化班

一、 实验要求： 设计一个交通灯管理系统。其功能如下： (1)公路上无车时，主干道绿灯亮,公路红灯亮； (2)公路上有车时，传感器输出C=1，且主干道通车时间超过最短时间，主干道 交通灯由绿→黄→红，公路交通灯由红→绿； (3)公路上无车，或有车，且公路通车时间超过最长时间，则主干道交通灯由红→绿，公路交通灯由绿→黄→红； (4)假设公路绿灯亮的最长时间等于主干道绿灯亮的最短时间，都为16秒，若计时到E=1；黄灯亮的时间设为4秒，若计时到F=1。当启动信号S=1时，定时器开始计时。 二、 设计思路： 1、 系统初始结构： 处理器 初始结构框图说明： （1）、输入信号为：传感器输出C ，启动信号S ，16s 计时到E ，4s 计时到F ； （2）、输出信号为：主干道绿灯亮HG ，主干道黄灯亮HY ，主干道红灯亮HR ；公路绿灯亮FG ，公路黄灯亮FY ，公路红灯亮FR ； （3）、输入和输出信号均为高电平有效。 控制器 指示灯 驱动电路 定时器 传感器信号C T 主绿HG 主黄HY 主红HR 公绿FG 公黄FY 公红FR 图12.5.2 系统初始结构框图 启动信号 S 16s 计时到信号 E 4s 计 时到信号F

2、建立系统ASM 图： 分析题目要求建立ASM 图。 0T ：干道绿灯亮，公路红灯亮，若C=0，E=0，保持 0T 状态。若公路上有车 C=1，且干道通行最短时间（16s ）E=1，系统转换到1T 状态，此时S=1启动重新计时。 1T ：干道黄灯亮，公路红灯亮。黄灯亮的时间到（4s ）F=1，转到2T ，S=1。 2T ：主干道红灯亮，公路绿灯亮。若公路通行的最长时间到（16s ） ，转换到3T 。若时间未到看公路上还有无车辆，有车时（C=1）保持2T ,无车时（C=0）转到 3T ，S=1。 3T ：主干道红灯亮，公路黄灯亮，若黄灯亮时间到（4s ）F=1，转换到0T ，S=1。 每次状态转换后都要重新计时。 系统ASM 图如下： 3、处理器设计：

数字电路与系统设计课后习题答案.doc

. 1.1将下列各式写成按权展开式： （352.6）10=3×102+5×101+2×100+6×10-1 （101.101）2=1×22+1×20+1×2-1+1×2-3 （54.6）8=5×81+54×80+6×8-1 （13A.4F）16=1×162+3×161+10×160+4×16-1+15×16-2 1.2按十进制0~17的次序，列表填写出相应的二进制、八进制、十六进制数。 解：略 1.3二进制数00000000~11111111和0000000000~1111111111分别可以代表多少个数？解：分别代表28=256和210=1024个数。 1.4将下列个数分别转换成十进制数：（1111101000）2，（1750）8，（3E8）16 解：（1111101000）2=（1000）10 （1750）8=（1000）10 （3E8）16=（1000）10 1.5将下列各数分别转换为二进制数：（210）8，（136）10，（88）16 解：结果都为：（10001000）2 1.6将下列个数分别转换成八进制数：（111111）2，（63）10，（3F）16 解：结果都为（77）8 1.7将下列个数分别转换成十六进制数：（11111111）2，（377）8，（255）10 解：结果都为（FF）16 1.8转换下列各数，要求转换后保持原精度： 解：（1.125）10=（1.0010000000）10——小数点后至少取10位 （0010 1011 0010）2421BCD=（11111100）2 （0110.1010）余3循环BCD码=（1.1110）2 1.9用下列代码表示（123）10，（1011.01）2： 解：（1）8421BCD码： （123）10=（0001 0010 0011）8421BCD （1011.01）2=（11.25）10=（0001 0001.0010 0101）8421BCD

对数字系统设计的认识

对数字系统设计的认识 摘要：当今世界，电子技术飞速发展，新器件和新产品不断涌现，人类已进入数字化时代，数字技术已渗透到人类生活的 诸多领域,随着电子计算机技术的迅猛发展，计算机辅助设计技术深人人类经济生活的各个领域，电子CAD就是应用计算机辅助设计技术来进行电子产品的设计、开发、制造，现代数字系统设计内容非常广泛，系统功能日趋完善和智能化。基于网上设计的EDA技术，具有标准化的设计方法和设计语言，已经成为信息产业界的共同平台，成为数字系统设计的必然选择。 关键词：数字系统； EDA； CAD 当今世界，电子技术飞速发展，新器件和新产品 不断涌现，人类已进入数字化时代，数字技术已渗透到人类生活的诸多领域,随着电子计算机技术的迅猛发展，计算机辅助设计技术深人人类经济生活的各个领域，电子CAD就是应用计算机辅助设计技术来进行电子产品的设计、开发、制造，现代数字系统设计内容非常广泛，系统功能日趋完善和智能化。基于网上设计的EDA技术，具有标准化的设计方法和设计语言，已经成为信息产业界的共同平台，成为数字系统设计的必然选择。 1计算机辅助技术的分类 电子系统的设计，根据采用计算机辅助技术的介入程度，可以分为3类： 第一类是人工设计方法，这是一种传统的设计方法，从方案的提出到验证和修改均采用人工手段完成，尤其是系统的验证需要经过实际搭试电路来完成。因此这种方法花费大、效率低，制造周期长。 第二类人和计算机共同完成电子系统的设计，这就是早期的电子CAD方法。借助于计算机来完成数据处理、模拟评价、设计验证等部分工作，即借助于计算机，人们可以设计规模稍大的电子系统，设计阶段中的许多工作尚需人工来完成。 第三类设计方法称为电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称 EDA）。电子系统的整个设计过程或大部分设计均由计算机来完成。因此可以说EDA是电于CAD发展的必然趋势，是电子CAD的高级阶段。本书所介绍的现代数字系统的设计就是采用EDA 技术进行设计。当然 ,这里的所谓 EDA主要是指数字系统的自动化设计,因为这一领域的软硬件方面的技术已比较成熟,应用的普及程度也已比较大。而模拟电子系统的EDA正在进入实用。此外,由于电子信息领域的全面数字化,基于EDA的数字系统的设计技术具有更大的应用市场和更紧迫的需求性。2现代电子系统设计领域中的EDA技术的作用现代电子系统设计领域中的EDA是随着计算机辅助设计技术的提高和可编程逻辑器件的出现应运而生并不断完善。可编程逻辑器件，特别是目前CPLD/FPGA 的广泛应用，为数字系统的设计带来极大的灵活性。由于该器件可以通过软件编程而对其硬件的结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程，乃至设计观念。 EDA技术就是以计算机为工具进行电子设计。现代的EDA软件平台已突破了早期仅能进行PCB版图设计，它集设计、仿真、测试于一体，配备了系统设计自动化的全部工具：配置了多种能兼用和混合使用的逻辑描述输入工具；同时还配置了高性能的逻辑综合、优化和仿真模拟工具。EDA技术借助于大规模集成的可编程逻辑器件PLD（Programmable Logic Device）和高效的设计软件，用户不仅可通过直接对芯片结构的设计实现多种数字逻辑系统功能，而且由于管脚定义的灵活性，大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度；同时，这种基于可编程逻辑器件芯片的设计大大减少了系统芯片的数量，缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。如今只需一台计算机、一套EDA 软件和一片PLD芯片，就能在家中完成大规模集成电路和数字系统的设计。 目前大规模PLD系统正朝着为设计者提供系统内可再编程(或可再配置)的能力方向发展，即只要把器件插在系统电路板上，就随对其进行编程或再编程，这就为设计者进行电子系统设计和开发提供了可实现的最新手段。采用系统内可再编程的技术，使得系统内硬件的功能可以象软件一样地被编程来配置，从而可以使电子系统的设计和产品性能的改进及扩充变得十分简单。采用这种技术，对系统的设计、制造、测试和维护也产生了重大的影响，给样机设计、电路板调试、系统制造和系统升级带来革命性的变化。 页 1