算法流程圖及ASM圖

1、算法流程圖及ASM圖    引例  設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯電路，其輸入信號(hào)X=xn-1xn-2x0，Z為輸出信號(hào)，表示X中包含的1的個(gè)數(shù)。電路可用如下的流程圖描述：  圖5-2-1    含1統(tǒng)計(jì)電路    算法流程圖      算法流程圖由工作塊、判別塊、條件塊、開(kāi)始結(jié)束塊以及指向線組成。圖5-2-2    算法流程圖的工作塊圖5-2-3    算法流程圖的判別塊圖5-2-4

2、    算法流程圖的條件塊         圖5-2-5    算法流程圖的開(kāi)始?jí)K和結(jié)束塊     如對(duì)引例的含1統(tǒng)計(jì)電路增加一個(gè)序列開(kāi)始標(biāo)志信號(hào)START和一個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)束標(biāo)志信號(hào)DONE，則其框圖為如下：          圖5-2-6    含1統(tǒng)計(jì)電路的算法流程圖  

3、;  算法設(shè)計(jì)    例5-2-1      設(shè)計(jì)如下左圖所示的乘法電路。圖中，輸入信號(hào)A=A4A3A2A1是被乘數(shù)，B=B4B3B2B1 是乘數(shù)，且均為4位二進(jìn)制數(shù)，P=A*B是輸出信號(hào)，為8位二進(jìn)制數(shù)。START為啟動(dòng)信號(hào)，END為結(jié)束標(biāo)志。其算法邏輯圖見(jiàn)下右圖。              圖5-2-7    乘法器的算法流程圖 &#

4、160;  例5-2-2   設(shè)計(jì)一個(gè)電路，用于計(jì)算平面上兩點(diǎn)之間的距離。該電路輸入信號(hào)為兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)X和Y，分別代表兩點(diǎn)橫坐標(biāo)的差值和縱坐標(biāo)的差值，電路輸出為Z，表示兩點(diǎn)之間的距離。計(jì)算誤差要求小于10%。                   圖5-2-8    例5-2-2的算法流程圖    電路劃分與邏輯框圖 

5、;   例5-2-3    根據(jù)含1統(tǒng)計(jì)電路的算法流程圖，畫出電路的邏輯框圖。如下。圖5-2-9    含1統(tǒng)計(jì)電路的邏輯框圖    例5-2-4     畫出4位二進(jìn)制乘法器的邏輯框圖。如下。           圖5-2-10    乘法器的邏輯框圖    例5-2-5 &#

6、160;  根據(jù)距離運(yùn)算電路的算法流程圖，畫出該電路的邏輯框圖。圖5-2-11    距離運(yùn)算電路的邏輯框圖    數(shù)據(jù)處理單元的設(shè)計(jì)                                例5-2-6 

7、0;  設(shè)計(jì)含1統(tǒng)計(jì)電路的數(shù)據(jù)處理單元。如圖。圖5-2-12    含1統(tǒng)計(jì)電路的數(shù)據(jù)處理單元    例5-2-7    設(shè)計(jì)4位乘法器的數(shù)據(jù)處理單元。如圖。       圖5-2-13    4位乘法器的數(shù)據(jù)處理單元    5.2.5 ASM圖    .1 ASM圖的基本符號(hào)和組成圖5-2-14    ASM圖的狀態(tài)

8、圖圖5-2-15    ASM圖的判別塊圖5-2-16    ASM圖的條件輸出塊    .2 導(dǎo)出ASM圖的方法    ASM圖和算法流程圖間的相互關(guān)系和轉(zhuǎn)換規(guī)則十分明確，兩者之間工作塊（狀態(tài)塊）、判別塊、條件輸出塊基本對(duì)應(yīng)。    例5-2-8  將含1統(tǒng)計(jì)電路的算法流程圖轉(zhuǎn)換成為ASM圖。如下圖。圖5-2-18    含1統(tǒng)計(jì)電路控制器ASM圖    例5-2-9

9、0;    將4位乘法器的算法流程圖轉(zhuǎn)換為ASM圖。如下圖。  圖5-2-19    乘法器控制單元ASM圖    控制單元的設(shè)計(jì)    .1 以觸發(fā)器為核心的控制器設(shè)計(jì)    例5-2-10    導(dǎo)出上圖所示的乘法控制單元的邏輯電路。    1.對(duì)ASM圖進(jìn)行狀態(tài)分配：S000，S101，S211，S310圖5-2-20    乘法器

10、控制單元設(shè)計(jì)過(guò)程之一    2.填寫激勵(lì)函數(shù)卡諾圖圖5-2-20    乘法器控制單元設(shè)計(jì)過(guò)程之一    3.導(dǎo)出輸出方程                    END = Q1Q0           

11、60;           CR  =  Q1Q0                                    

12、;                   CA =  Q1Q0                    CB1 =  Q1Q0       &#

13、160;            CB0 = Q1Q0 +  Q1Q0                     CC =  Q1Q0           

14、0;        CM1 =  Q1Q0Bi                    CM0 =  Q1Q0Bi + Q1Q0      4.畫邏輯圖：圖5-2-21    乘法器控制單元邏輯電路之一    .

15、2 以集成計(jì)數(shù)器為核心的控制器設(shè)計(jì)    例5-2-11   用集成計(jì)數(shù)器74163，輔以適當(dāng)?shù)慕M合器件，設(shè)計(jì)乘法器控制單元電路。    1.狀態(tài)分配：S000，S101，S211，S310圖5-2-22    乘法控制器單元設(shè)計(jì)過(guò)程之二    2.列操作表圖5-2-22    乘法控制器單元設(shè)計(jì)過(guò)程之二    3.填寫激勵(lì)函數(shù)卡諾圖圖5-2-22    乘法控制器單

16、元設(shè)計(jì)過(guò)程之二    4.導(dǎo)出輸出方程                    END = Q1Q0                       CR 

17、 =  Q1Q0                                                

18、;       CA = CB1 = Q1Q0                     CB0 = Q1Q0 +  Q1Q0 = Q0                &#

19、160;    CC =  Q1Q0                    CM1 =  Q1Q0Bi                    CM0 =  Q1

20、Q0Bi + Q1Q0     5.畫邏輯圖：圖5-2-23    乘法器控制單元邏輯電路之二    .3 以集成移位器為核心的控制器設(shè)計(jì)    例5-2-12   用集成移位器74194，輔以適當(dāng)?shù)慕M合器件，設(shè)計(jì)乘法器控制單元的電路。    進(jìn)行狀態(tài)分配：S000，S101，S211，S310，得操作表及各激勵(lì)輸入端的函數(shù)卡諾圖，如圖5-2-24。圖5-2-24    乘法器控制單元邏

21、輯電路之三    各輸出信號(hào)的函數(shù)表達(dá)式為：                    END = QAQB                       CR

22、60; =  QAQB                                               &#

23、160;       CA = CB1 = QAQB                     CB0 = QAQB +  QAQB                

24、0;     CC =  QAQB                    CM1 =  QAQBBi                    CM0 = 

25、; QAQBBi + QAQB     激勵(lì)函數(shù)M1、M0用雙4選1MUX實(shí)現(xiàn)，各輸出信號(hào)仍用譯碼器輔以少量門電路加以實(shí)現(xiàn)，其邏輯電路如圖5-2-25所示。圖5-2-25    乘法器控制單元邏輯電路之三    .4 以集成多D觸發(fā)器為核心的控制器設(shè)計(jì)    例5-2-13   用四D觸發(fā)器74175，輔以適當(dāng)?shù)慕M合器件，設(shè)計(jì)乘法器控制單元電路。    用多D觸發(fā)器設(shè)計(jì)時(shí)序電路時(shí)，狀態(tài)分配采用“一對(duì)一”的方法。所以進(jìn)

26、行狀態(tài)分配如下：S00000，S11100，S21010，S31001。由ASM圖列出次態(tài)表，如表5-2-3所示。表5-2-3    次態(tài)表    由ASM圖可直接寫出各輸出方程                END = Q0             

27、0;   CR = Q1                 CA = CB1 = Q1                 CC = Q2          

28、0;     CB0 = Q1 + Q3                CM1 = Q2Bi                CM0 = Q2Bi + Q3    控制單元的邏輯框圖如圖5-2-26所示。圖5-2-26    乘法器控制單元邏輯電路之四    設(shè)計(jì)舉例    圖5-2-27給出了FIFO（先進(jìn)先出，又稱為隊(duì)列）的順序存儲(chǔ)器的示意圖和待設(shè)計(jì)FIFO的框圖。圖5-2-27    FIFO存儲(chǔ)器示意圖    圖5-2-28給出了隊(duì)列在RAM中可能的幾種分布位置。圖中陰影代表隊(duì)列已占據(jù)的存儲(chǔ)空間，空白表示未被占據(jù)的存儲(chǔ)空間。圖5-2-28    隊(duì)列在RAM中