电工电子实验技术存储器可编程器件数字系统实验

电工电子实验技术,存储器、可编程器件、数字系统实验 的讲课课件,实验二教学计划与要求,一、教学目的1、加深对相应理论课程的理解2、掌握常用仪表的使用技术3、学会一定的测量系统设计技术4、学会一定的计算机仿真分析技术5、学会一定的测量结果分析技术6、能够利用实验方法完成具体任务7、培养独立解决问题的能力8、培养实事求是的科学态度和踏实细致的工作作风,实验二教学计划与要求,二、教学要求1、必须作好各次实验的预习2、必须自己动手实验，完成各次必做实验3、必须掌握常用仪表的用法，学会分析和解决问题的方法，能够进行简单电路的设计与调测。4、必须认真总结实验数据，写好实验报告。按时交实验报告。,三、教学计划（三大内容）1、EDA与可编程器件、数字系统设计2、模拟电路的设计与调测3、综合性实验教学计划大致如下表：（详细计划请参见电工电子实验二授课计划表）,实验二教学计划与要求,实验二教学计划与要求,四、实验方法1、每次实验电路需进行仿真，再硬件实现。（仿真在预习或实验室开放时进行）2、实验中学会分析问题，排除故障。3、实验前点名，实验后签字。4、未完成的实验可在开放时完成。5、本学期安排一次测验，小测内容：P183（J2）。,实验二教学计划与要求,五、期末考试目的：检查教学效果评定学生成绩促进学生学习方法：开卷、以实现为主试卷：实现50分、设计20分、问答题30分。操作卷与问答试卷分开，分时进行。60分为及格线。,本门课程的成绩评定方法：,总分100，由平时50分、期末考试50分合成，再折算成优秀、良好、中等、及格、不及格五档。 平时50分由预习10分、操作25分（平时操作10分、小测15分）、实验报告15分累加而成。该项成绩由任课教师根据记录（在记分册上必须有记录）的学生平时情况，实事求是地给出。,教材使用方法,1、根据实验教学进度，系统自学前几章理论或知识。2、接受实验任务后设计电路时看设计提示和实验提示。3、在各个实验的提示中大都指明与该实验相关的设计和测量方法的例子，也可从书后设计索引和测量方法索引中查找。4、教材中所举的例子均选自实用电路，不但有设计方法同时具有新颖的设计构思，供同学学习前人是如何灵活运用现有条件创造性地解决电路设计问题的。,教材使用方法,使用教材应避免的问题1、部分同学未按要求自学教材中前几章的理论部分，只看实验内容，导致实验知识残缺，未达到教学要求。开卷考试时书上给出的答案都找不到。2、未认真体会教材中设计举例所体现的构思方法和技巧，不了解电子电路设计的工程和技术性特点。这样做的结果是仅仅做出实验，而没有做好实验。每做一次设计和实验水平都提高一步才能认为是做好了实验。3、实验手册中较全面地涉及了仪表使用的基本知识点和要求，正确地回答仪表练习中的所有问题是对电类工科学生的最低要求。,通知,电工电子实验二授课计划表，电工电子实验二上课安排表（各次大课时间、地点、内容）请看电工电子实验中心二楼橱窗告示。,主要授课内容：,二、可编程逻辑器件的应用,三、数字系统设计,一、存储器的应用,一、存储器的应用,存储器的学习要点：半导体存储器概念： 存储器是电子计算机及某些数字系统中不可缺少的部分，用来存放二进制代码表示的数据系统指令资料及运算程序等。存储器的主要指标： 存储容量 和 工作速度,存储容量：,存储容量是衡量工作能力大小的指标,容量越大,存储的信息越多,工作能力越强。存储容量用存储单元的总数表示。习惯上常用若干个“K”单元表示。例如： 210=1024 称 1K单元 ， 212=4096 称 4K单元。存储容量为： n字（字位） × m位（位）,存取速度(工作速度),存取速度用存取周期表示。 从存储器开始存取第一个字到能够存取第二个字为止。所需的时间称为存取时间或存取周期。它是衡量存储器存取速度的重要指标。存取周期越短，说明存取速度越高。,存储器按功能分类：,实验中所用器件型号为：28C64B型E2PROM(电可改写的ROM),结构：采用浮栅隧道氧化层MOS管。它有两个栅极：控制栅GC 和 浮置栅Gf。特点：浮置栅与漏区之间有一个氧化层极薄的隧道区，其厚度仅为1015um , 可产生隧道效应。写入、擦除：利用隧道效应。,存储容量为：8K×8位=213 × 8位；总共有13根地址线：A0A12。,实验内容：新教材P214 T1,实验提示：,F1= 1 1 0 0 1 1 0 0F2= 1 1 1 1 0 0 0 0F3= 1 1 0 1 1 0 1 1F4= 1 0 1 1 1 0 0 1,实验中所用器件型号为：28C64B型E2PROM(电可改写的ROM),F1= 1 1 0 0 1 1 0 0 D0F2= 1 1 1 1 0 0 0 0 D1F3= 1 1 0 1 1 0 1 1 D2F4= 1 0 1 1 1 0 0 1 D3,数据D7D0：0F 07 0A 0E 0D 01 04 0C,使用8个存储单元，4根数据线。,0F,07,0A,0C,8192个存储单元,选做实验提示：P214 Y1,用1个5×7（横向5点纵向7点）点阵LED组成一个简易移动字幕。要求字幕上显示从右向左移动的5个字符“HELLO”，字符不停地移动，每2秒显示一屏。为使显示的字符便于辩认，应在两个词之间留出一个字宽的空格。,提示1：点阵5×7的介绍 （参看实验手册P103）,提示2：类似动态扫描的设计原理,输出相当于位选信号,字符与字符之间的间隔时间,高位地址,低位地址,显示结果:,提示3：数据可放到存储器的任意5个空间,飞字:,二、可编程逻辑器件的应用,1、按器件规模划分中小规模GAL、PAL（几百门上千门）大规模CPLD FPGA （几千门几百万门）2、按可编程次数划分一次性可编程器件（反熔丝型PLD)优点：可靠性高，价钱便宜，在成熟产品中应用较多缺点：开发成本高。不能更改逻辑可多次编程器件（GAL CPLD FPGA等 优点：开发成本低，可以多次编程更改逻辑，可在线编程,阵列结构单元（GAL CPLD ）管脚对管脚的延时时间可预测，有利于设计触发器等时序单元少乘积项多，常用来设计控制器，并可以加密。单元结构（FPGA )触发器多，有利于数据处理，不可以加密。管脚对管脚的延时时间不可预测，在设计中需要反复优化才能得到最优的延时特性,3、按内部结构特性划分,可编程器件种类:,可编程器件开发软件:,1、逻辑描述方式电路图描述硬件描述语言描述状态机流程图描述2、硬件描述语言分类国际标准硬件描述语言 VHDL(军方）、 Verilog（商业）各公司专用硬件描述语言（ABEL 、 CUPL 等）,可编程器件的开发流程:,编程,可编程器件的下载方式,1、下载（编程、配置）定义：下载是指将开发软件生成的反映逻辑关系的数据，通过一定的方法输入到可编程器件中，并使其具有用户要求的逻辑的操作过程，也称编程或数据配置。2、下载方式分类1）用通用（或专用）编程器下载例如：GAL 、 FPGA主并模式时的EEPROM等可用通用编程器编程。反熔丝型可编程器件必须用器件厂配套的编程器,通用编程器和下载电缆,通用编程器,可编程器件的下载方式,2、用专用下载电缆下载（JTAG标准口）,可编程器件的选用：,考虑内部电路规模大小（以门为计量单位）考虑速度（最高使用频率）考虑下载方式需要考虑器件延时的确定特性（CPLD 与FPGA的区别）开发软件的性能（仿真的准确度、对描述方式的支持、对后续服务的支持）器件生命周期器件提供厂商的发展（市场份额）,“可编程器件 GAL的应用” 提示,1、实验四十三 任务更改说明P215将“7比特延迟”改为“6比特延迟”。将“7比特延迟”作为选做内容。,“实验四十七 GAL的应用” 提示,2、下载时注意事项1）必须看清器件的型号，正确选择编程软件界面中的厂家和型号。 实验器材中有多个厂家的GAL器件，各个厂家的器件逻辑上是兼容的，但是，编程电压和编程方式不同，有的厂家编程电压是25V,有的是12V。 同一厂家如果型号不同，编程要求也不同，同一厂家的GAL16V8A与GAL16V8B编程条件就不一样2）编程时器件的位置必须摆放正确注意缺口方向注意器件与编程器插座的连接要求,通用阵列逻辑 GAL,一、GAL16V8总体结构20个引脚的器件；8个专用输入端；8个I/O端；1个时钟输入端CLK；1个使能OE。,输出逻辑宏单元（OLMC）,GAL具有五种工作模式：,(a)专用输入模式,(b)专用组合输出模式,（c）反馈组合输出模式,（d）时序电路中的组合输出模式,(e)寄存器输出模式,举例：设计一个3BIT延时电路,1、建立电路模型 采用移位寄存器 + 数据选择器；,2、管脚定义,3、编写程序,NAME M01 ；（文件名） PARTNO ；（部件编号）REV V1.0 ；（用户设计文件的版本号）DATE 01/03/04 ；（设计日期）DESIGNER LUQINGLI ；（设计者姓名）COMPANY ； （设计者所在公司名称）ASSEMBLY ； （装配标记）LOCATION ； （器件位置编号）,/* input pin */PIN 1 , 2 , 3 , 4 = CLK , DX , K1 , K2 ;PIN 9 , 11 = CLR , OE ,/* output pin */PIN 19 , 18 , 17 , 16 = Q1 , Q2 , Q3 , DY ;,/* REG */Q1.D = CLR /* END */,注意：清零信号的编写,三、数字系统设计,小型数字系统学习要点： 1、透彻理解数字系统的含义 按一定方式联系起来的一群事物所构成的总体，称为系统。能够对数字信息进行传递，加工，处理的电子设备，称为数字系统。系统与部件的区别： 凡是包含控制器又能按程序进行操作的系统，不论其规模大小，均称为数字系统。 没有控制器，且又不能按程序进行操作的电路，不管其规模大小（如：大容量存储器），均不能称为系统，只能算一个部件。,数字系统由数据处理器和控制器构成：, 数据处理器的主要任务： 传送数据，并对数据进行运算和判断。 控制器的主要任务： 保证数据处理器有条不紊地按正确的时序进行数据处理和加工。 控制器有统一的模型，设计方法规范。 数据处理器因处理数据形式繁多，没有统一模型，通常采用列明细表的方式来进行设计。 同步时序电路,2、透彻理解数字系统的一般模型,数字系统的一般模型,1) 输入接口：完成信号转换、同步化处理等; 2) 输出接口：输出整个系统的各类信号; 3) 数据处理器； 4) 控制器,（1）数据处理器的构成：,组合网络、寄存器组和控制网络,数据处理器模型,（2）明细表（操作表和状态变量表）,数据处理器的描述采用明细表来描述它的具体操作过程，也就是把一个时钟期间能同时实现的操作归并在一起，作为一个操作步骤，再用助记符号表示控制信号。,（3）控制器的构成。,1）它的模型分为：moore型和mealy型两种。,2）它以状态转移表为设计依据。常用的设计方法有：用每态一位触发器的方法；用数据选择器、时序寄存器、译码器的方法。,3、数字系统的描述工具,1）方框图；2）算法流程图 ； 3）算法状态机（ASM）图；,4、算法流程图与ASM图的区别,算法流程图：一般用来表示算法，它只是按照算法的先后顺序排列计算步骤，与电路的时序无对应关系，不能作为设计的依据。ASM图：则与时序有关，是设计控制器和处理器的依据。,5、 ASM图符号,状态框、判断框 、条件框,6、ASM块,1）必定包含一个状态框；2）表示一个时钟周期内系统的状态；3） ASM图类似于状态图。,7、各种逻辑框之间的时间关系,是指状态之间的转换时间关系必须在一个周期内完成。,8、ASM图的建立,原则1：在算法的起始点安排一个状态；原则2：必须用状态来分开不能同时实现的寄存器传输操作； 原则3：判断如果受寄存器操作的影响，应在它们之间安排一个状态。,从算法流程图 ASM图,解释：（1）原则2,（2）原则3,由算法流程图转换为ASM图时，判断 A+1之后的值，需要插入一个方框。,图12.3.16 算法流程图和ASM图的对应关系,实验四十五 小型数字系统（二）,实验四十五 任务更改说明P219 T1左右灯改为各一个，不循环。（为必做）左右灯各为三个时，按100，110，111，000，···循环（为选做）。,题目：某型号汽车尾灯控制电路,设计要求 ： （必做）（1）空闲情况下尾灯均灭。（2）按左转键时，L=1，Z左车灯亮。 L=0后,左尾灯全部熄灭。（3）按右转键时，R=1，Y右车灯亮。 R=0后,右尾灯全部熄灭。（4）按警告键后，JG=1，左车灯和右车灯全部均变为跳灯，即：闪烁。JG=0停止闪烁。同时警告信号优先权最高。说明：汽车的手动键有三档即：左转、右转和空闲。其中，空闲键为空档，用机械手段实现，所以设计电路时不必考虑空闲键的存在。,题目：某型号汽车尾灯控制电路,设计要求：（1）空闲情况下尾灯均灭。（2）按左转键时，L=1，Z1Z2Z3左车灯按照Z1Z2Z3=100，110，111，000···方式循环， ZZ=0后,左尾灯全部熄灭。（3）按右转键时，R=1，Y1Y2Y3右车灯按照Y1Y2Y3=100，110，111，000···方式循环， ZZ=0后,左尾灯全部熄灭。 （4）按警告键后，JG=1，左车灯和右车灯全部均变为跳灯，即：闪烁。JG=0停止闪烁。同时警告信号优先权最高。,选做：,补充知识：,1、汽车尾灯的知识介绍,补充知识： （奔驰车）,2、汽车尾灯的操动杆原理,流程图：,设计方案有二种：第一种方案：,设计要求 ： （必做）（1）空闲情况下尾灯均灭。（2）按左转键时，L=1，Z左车灯亮。 L=0后,左尾灯全部熄灭。（3）按右转键时，R=1，Y右车灯亮。 R=0后,右尾灯全部熄灭。（4）按警告键后，JG=1，左车灯和右车灯全部均变为跳灯，即：闪烁。JG=0停止闪烁。同时警告信号优先权最高。,第二种方案：,系统结构图：,ASM图：,ASM图：,求解激励方程:,输出方程:,选做方案：,ASM图：,010,001,011,000,100,101,111,110,汽车尾灯的状态转移表:,电路图省略,8、书写程序（提示1）,Q0.D=!CLR#(CLR,Q1.D=CLR,