数字系统设计的发展与教学改革课件.ppt
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- 数字 系统 设计 发展 教学改革 课件
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1、西安电子科技大学数字系统设计的发展与教学改革数字系统设计的发展与教学改革 西安电子科技大学西安电子科技大学 孙万蓉孙万蓉 2013.062013.06西安电子科技大学一、数字技术的发展一、数字技术的发展 数字集成器件的发展过程:数字集成器件的发展过程:小规模(SSI)中规模(MSI)大规模(LSI)超大规模(VLSI)甚大规模甚大规模(ULSI)巨大规模巨大规模(GSI)数字电路和数字系统的设计方法及设计手段也在不断演变和发展,因而对“数字电路”课程的教学内容、教学方法、教学手段也提出了新的要求。教学内容:教学内容:从“功能模块设计”到“数字系统设计”西安电子科技大学二、数字系统的结构二、数字
2、系统的结构 用数字电子技术实现数字信息处理、传输与控制的数用数字电子技术实现数字信息处理、传输与控制的数字逻辑单元的集合称为数字系统。数字系统一般由字逻辑单元的集合称为数字系统。数字系统一般由数据子数据子系统系统和和控制子系统控制子系统构成。构成。数据子系统控制子系统外部控制信号输出控制信号输出信息输入信息状态信息控制信息根据外部信号和数据根据外部信号和数据子系统当前状态信号,子系统当前状态信号,发出对数据子系统控发出对数据子系统控制序列信号。制序列信号。由寄存器和组合电由寄存器和组合电路组成。实现对数路组成。实现对数据的处理和加工。据的处理和加工。西安电子科技大学三、数字系统设计方法的发展三
3、、数字系统设计方法的发展 逻辑功能模块逻辑功能模块的设计方法是自底向上自底向上的设计思路:先按照任务要求或逻辑功能描述建立真值表或状态表,再化简得到逻辑表达式,最后得到逻辑电路设计。自底向上自底向上传统的数字系统设计传统的数字系统设计多采用自底向上自底向上的方法,设计者选用标准的通用集成电路芯片和其他元器件,由底层逐级向上构成子系统和系统。设计过程是:设计过程是:设计硬件调试制作样机。这样设计的系统不仅所用元件的种类和数量多、功耗大、花费时间多、修改电路修改电路和交流设计思想交流设计思想都很不方便。西安电子科技大学三、数字系统设计过程三、数字系统设计过程自顶向下自顶向下 EDAEDA技术技术的
4、发展和可编程逻辑器件可编程逻辑器件的普及对数字系统硬件设计产生了很大的影响,它改变了传统的设计思想,使人们可以利用EDA工具,通过芯片的设计来实现数字系统的功能。现代数字系统设计现代数字系统设计多采用自顶向下自顶向下的方法:它按照系统的功能(“顶”),“向下”将系统功能由大到小进行分解,直到可以用基本逻辑功能模块来实现。西安电子科技大学 自顶向下自顶向下的设计能够在高层次完成,即一开始进行功能划分和结构设计时,就能通过仿真去检验系统设计思想是否正确,在早期就能发现设计中存在的错误,因而大大提高了系统的设计效率,缩短了设计周期。三、数字系统设计过程三、数字系统设计过程西安电子科技大学自顶向下的设
5、计流程自顶向下的设计流程根据系统要求确定系统结构控制算法设计系统仿真系统电路实现确定总体方案西安电子科技大学输入输入/输出输出抽象抽象(实体)(实体)电路功能电路功能实现实现(结构体)(结构体)EntityArchitecture硬件描述语言的自顶向下的设计结构硬件描述语言的自顶向下的设计结构 西安电子科技大学“基本训练基本训练”实验平台实验平台“数数/模混合系统模混合系统”实验平台实验平台 “自主设计自主设计”扩展实验平台扩展实验平台4646学时基础学时基础课程教学课程教学基础课程基础课程EDAEDA教学教学双语教学双语教学EDAEDA教学教学四、适应四、适应“数字系统设计数字系统设计”的教
6、学改革的教学改革 西安电子科技大学1 1、三种各具特色的教学体系、三种各具特色的教学体系“数字电路与系统设计”基础课程教学模式,是大多数专业普遍采用的46学时基础课程教学模式;四、适应四、适应“数字系统设计数字系统设计”的教学改革的教学改革 “数字电路与系统设计”原版教材双语教学模式,主要针对教改班、留学生班和普通班英语水平较好的同学来实施的46学时基础课程教学模式;“数字电路与系统设计”46学时基础课程14学时EDA教学模式,是在或模式的基础上增加14学时EDA实验课程。西安电子科技大学2 2、教学内容、教学内容 从强调“功能模块设计”转换到“数字系统设计”。在不削弱基础的前提下,压缩分立元
7、件的内容,加强集成电路的教学,强调以中、大规模集成电路为基础的系统级分析、设计方法;增加、强调反映数字电子技术领域中新概念、新理论、新技术和新方法的内容,包括可编程逻辑器件、硬件描述语言、电子设计自动化(EDA)等现代数字系统设计技术和方法。对教学内容进行了硬件描述语言硬件描述语言和嵌入式微处理器的融合和嵌入式微处理器的融合;教材专门有一章介绍“数字系统设计”。西安电子科技大学西安电子科技大学理论教学过程中进行理论教学过程中进行“数字系统设计数字系统设计”大作业大作业 要求:必须选做两个题目;写出设计过程;完成设计的电路软件仿真;电路仿真软件multisim;打印出仿真电路和仿真结果。74系列
8、集成芯片部分的实验系列集成芯片部分的实验 要求至少完成一个系统设计、仿真、硬件电路调试与测试实现。FPGA可编程逻辑器件部分的实验可编程逻辑器件部分的实验 要求至少完成一个系统设计。根据系统的难度不同,实现后的成绩也不同。FPGA可编程逻辑器件部分则是利用软件工具,先进行硬件描述语言设计、仿真,然后到实物下载。充分体现“硬件软件化硬件软件化”的新发展趋势和“自顶向下自顶向下”的设计方法。3 3、“数字系统设计数字系统设计”训练训练 西安电子科技大学“数字系统设计数字系统设计”训练内容及题目训练内容及题目 1.1.汽车尾灯控制电路汽车尾灯控制电路 2.2.交通灯控制器交通灯控制器 3.3.三层电
9、梯控制器三层电梯控制器 4.4.竞赛抢答计时器竞赛抢答计时器 5.5.出租车计费器出租车计费器 6.6.秒表秒表 7.7.智能数字钟智能数字钟 8.8.电子琴电子琴 9.9.乐曲演奏自动演奏器乐曲演奏自动演奏器 10.10.流水灯流水灯 11.11.自动售票机自动售票机 12.12.心率监测仪心率监测仪13.MP313.MP3播放器播放器 14.14.量程自动转换的数字式频率计量程自动转换的数字式频率计15.15.模拟掷骰子游戏电路模拟掷骰子游戏电路 16.16.简易汽车状态记录仪简易汽车状态记录仪17.17.数字滤波器设计及实现数字滤波器设计及实现 18.18.多功能报警器;多功能报警器;1
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