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数字系统的基本模型与设计过程

2015-3-5 09:53| 编辑:电工学习网| 查看: 8082| 评论: 0

1.数字系统的基本设计模型
数字系统是指对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统,根据数字系统的功能要求,将整个系统分为两个模块:数据处理子系统和控制子系统。
数据处理子系统主要完成数据的采集、存储、运算和传输,主要由存储器、运算器、数据选择器等逻辑电路组成。在控制子系统(或称控制器)发出的控制信号作用下,数据处理子系统与外界进行数据交换。

数字系统的基本设计模型

2.数字系统层次化设计与基本设计过程
数字系统
的设计可以分为四个层次,即系统级设计、电路级设计、芯片级设计和电路板级设计。相应地从提出设计要求到完成系统成品,数字系统设计过程可分为以下几个设计步骤:系统设计、芯片设计、电路设计、PCB设计、结构设计及电路调试和系统调
(1)系统设计
系统设计是数字系统设计的最高层次。一个系统可以包括若干芯片。如果是“System on Chip”设计,则在一个系统芯片上,也会有若干类似于处理器、存储器等这样的部件。系统设计主要任务是将设计要求转换为明确的、可实现的功能和技术指标,确定可行的技术方案,且在系统一级(顶层)进行功能和技术指标的描述。这类描述一般通过文字来表示就可以,不会用VHDL来描述。
(2)电路设计
电路设计主要是确定实现系统功能的算法和电路形式,在电路级对系统的功能进行描述。在传统的采用分立元件及中、小规模集成电路进行逻辑设计时,往往采用传统的手工设计方法,其流程大致为:“选择恰当功能的元器件→电路板设计→构成电子系统”。所需的元器件种类多、数目大;调试复杂,难于修改;设计无灵活性可言。这里基于FPGA/ CPLD数字系统的电路设计和传统电路设计方法有本质的区别,只是层次化设计理念一样。
(3)芯片设计
通过对芯片的设计与编程,实现电路设计所确定的算法和电路形式。即设计ASIC。由于PLD可由用户对其功能进行设计,对其引脚进行配置,这就可以采用基于芯片的方法进行系统设计,给设计者带来很大方便。可见,芯片本身就是一个系统或就是产品。芯片级的基本组成是处理器、存储器、各种接口、时序控制器等。当然,设计者首先根据系统设计的功能模块划分并进行描述,把功能模块放到芯片中进行设计,再用它们的连接来构成整个芯片,从而用单片或几片FPGA/CPLD实现系统的主要功能。
(4)电路板级设计
电路板级设计简称PCB设计,它是在芯片设计的基础上,通过对芯片和其他电路元件之间的连接,把各种元器件组合起来构成完整的电路系统;并且依照电路性能、机械尺寸、器件封装形式(如传统的通孔元器件或表面安装元器件)、工艺(如手工焊接或波峰焊接或回流焊接)及环境要求,确定电路板的尺寸、形状,进行元器件的布局、布线。通常,可以采用PCB设计软件完成,如OrCAD10、Protel99等通用EDA软件。
(5)电路调试和系统调试
数字系统设计必须进行电路调试和系统调试,其目的是检查设计中存在的问题。当然,随着EDA技术的发展,新的技术和工具总是引入新的方法,电路和系统仿真成为系统设计的主要手段,电路调试和系统调试在某种程度上前移,使最后的硬件调试变的简单和容易。但是,电路和系统的硬件调试是不可缺少的步骤。
(6)结构设计
结构设计包括机箱和面板设计。结构设计属于工艺和工业造型的问题,目的是获得较好的电气、机械性能和美观的外形。一般采用计算机辅助工艺规划(CAPP)、机械三维实体等设计软件来实现。有时这一步骤与其它设计步骤并行进行。

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