数字系统设计

数字系统设计 主讲人：邓洪波 E-mail: arcat@scut.edu.cn

题外话 • 注意准时上课 • 作业 • 有问题随时反映 • 互相学习

为什么要学数字系统设计 • 跟数字电路的关系 • 跟微机的关系 • 个人的学习经验

本书简介 • 是数字设计原则和VHDL指南的结合 • 没有具体讲VHDL语法 • 本书结构（目录） • 学生用书

Chapter 1 • Modern digital design • CMOS technology • Programmable logic • Electrical properties

Modern digital design • 电路设计：analogue、digital（各自特点） • 软件变得重要（In embedded systems） • 数字设计应用广泛

1.1.1设计自动化 • Electronic design automation(EDA) • 快速开发 • 作用：综合、仿真 • 几种实现方法 • 语言：Verilog、VHDL • 标准的重要性

1.1.2 Logic gates • 本质是analogue components • 两种逻辑状态：1、0（电平） • 大规模集成电路相对分立元件实现电路的优势 • 注意：设计时，重点在于怎么连接，而不是被连接的元件。

1.1.3 ASICS and FPGAs • ASIC:全定制（full-custom）、半定制 • Programmable logic：PLA、GAL等 P4 PLA结构 • CPLD(complex PLDs) • FPGAs(field programmable gate arrays)

可编程器件优点 • 电路容积高 • 电路性能佳 • 完备的开发工具，实现方便 • 可编程逻辑功能，并可在线编程 • 价格低廉

FPGA 、CPLD • FPGA结构上与CPLD不同(P13-14)，烧写后，是用一小段电路连接（约50欧），会影响扇出系数（P14图） • 内部绕线不同：FPGA内部延时不固定， CPLD内部延时固定 • 门数不同：CPLD门数可更多

1.1.4 Design flow • 异步和同步系统 • 同步系统的设计步骤（应结合EDA设计） • 写说明书 • 如果必要，可分成几个更小的部分及写出相应的说明 • 写出状态转换图 • 简化状态转换图 • 为每个状态分配布尔变量 • 得到下个状态和输出 • 优化设计，使需要的门最少 • 选IC，在电路板上放置IC • 布板最重要的还是设计思想和原则

1.2 CMOS technology • 早期用电子管，现在用晶体管，主要是CMOS技术 • 晶体管：双极结晶体管（TTL,ECL）、场效应晶体管（CMOS） • CMOS: complementary MOS(metal oxide semiconductor) • NMOS、PMOS(P6-7) • 反相器、与、或、非等P7-11

1.4 Electrical properties • 噪声容限 • 扇出系数(P16)：当电路速度要求一定时，扇出系数会受限。 • 转换时间（3.5V-1.0V）的计算P17

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