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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1、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

2、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

3、,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

4、,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

5、,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

6、,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,

7、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,

8、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

9、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)&(A<=10)),THEN,Z=1；,“

10、,“,逻,逻辑,功,功能,描,描述,ELSE,Z=0；,TEST-VECTORS,（A,–,–>Z),“,“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

11、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,a~z(26个,小,小写,英,英文,字,字母,),A~Z(26个,大,大写,英,英文,字,字母),0~9(10个,数,数字,字,字符),space(,空,空格,符,符)tab(制,表,表符),～,！,！＠,＃,＃,＄,＄,％,％,＾,＾,＆,＆,＊,＊,（,（,）,）-_=,＋,＋,＼,＼,｜,｜,［,［,］,］,｛,｛,｝,｝;,‘,‘:,“,“,,＜,＜,＞,＞.,｀,｀,／,／?,共计,９,９６,个,个ASCII码,字,字符,,,标识,符,符,标识,符,

12、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,

13、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,TITLE’1bitfulladder’,

14、；,；,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

15、,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.

16、,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,。

17、,。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

18、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,

19、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’;,

20、例：,TITLE‘4bitbinarycounter,’,’;,注意,器件说,明,明语句,格式：,器件标,识,识符DEVICE‘字符,串,串’;,例：,U1DEVICE‘P16V8C’;,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‘CO

21、M,’,’。,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,Cpinistype‘REG’;,Z1,Z2nodeistype‘COM’;,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,

22、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

23、),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

24、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：,@directive[options]；,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：,@ALTERNATE@CARRY@CONST@DCSET,@DCSTATE@EXPR@EXIT@IF,@IFB@IFDEF@IFIDEN@I

25、FNB,@IFNDEF @IFNIDEN @INCLUDE @IRP,@IRPC@MESSAGE @ONSET@PAGE,@RADIX @REPEAT @SETSIZE @STANDARD,,,常用指示字,：,例：,STATE_DIAGRAM“状态图描,述,述,@CONSTn=0；,@REPEAT10 {,STATEn：IF(n<9)(n+1)ELSE0；,@CONSTn=n+1,；,；},例：,test_vectors([AA,BB,C0]->S),“,“四位全,加,加器测试矢,量,量,@constm=0;,“,“定义,常,常数变量m,@repeat16 {@constn=0

26、;,“,“,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is

27、pLSI、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

28、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,T

29、ITLE‘4 BITS ODD ANDEVENVERIFY’,A,B,C,D,ZPINISTYPE‘COM’;,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,ZPINISTYPE‘COM’;,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,,,