Đang tải... (xem toàn văn)
MỘT QUYỂN SÁCH GIÚP SINH VIÊN HIỂU ĐƯỢC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ LOGIC SỐ
THIẾT KẾ LOGIC SỐ 2010 Bộ môn Kỹ thuật xung số, vi xử lý Khoa VTĐT – HV Kỹ thuật Quân sự 9/1/2010 Thiết kế logic số 2 DRAFT VERSION ONLY Thiết kế logic số 3 Mục lục Mục lục 3 Chương mở đầu 10 1.Các khái niệm chung Error! Bookmark not defined. 1.1 Transitor Error! Bookmark not defined. 1.2 Vi mạch số tích hợp Error! Bookmark not defined. 1.3. Cổng logic Error! Bookmark not defined. 1.4 Phần tử nhớ Error! Bookmark not defined. 1.5 Mạch logic tổ hợp Error! Bookmark not defined. 1.6 Mạch logic tuần tự Error! Bookmark not defined. 1.7 Các phương pháp thể hiện thiết kế. Error! Bookmark not defined. 2. Yêu cầu đối với một thiết kế logic Error! Bookmark not defined. 3. Các công nghệ thiết kế mạch logic số Error! Bookmark not defined. 4. Kiến trúc của các IC khả trình Error! Bookmark not defined. 4.1. Kiến trúc PROM, PAL, PLA, GAL Error! Bookmark not defined. 4.2 Kiến trúc CPLD, FPGA Error! Bookmark not defined. Câu hỏi ôn tập chương I Error! Bookmark not defined. Chương II: Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL Error! Bookmark not defined. 1. Giới thiệu về VHDL Error! Bookmark not defined. 2. Cấu trúc của chương trình mô tả bằng VHDL Error! Bookmark not defined. 2.1. Khai báo thư viện Error! Bookmark not defined. 2.2. Mô tả thực thể Error! Bookmark not defined. 2.2. Mô tả kiến trúc Error! Bookmark not defined. 2.3 Khai báo cấu hình Error! Bookmark not defined. 3. Chương trình con và gói Error! Bookmark not defined. 3.1. Thủ tục Error! Bookmark not defined. 3.2. Hàm Error! Bookmark not defined. Thiết kế logic số 4 3.3. Gói Error! Bookmark not defined. 4. Đối tượng dữ liệu, kiểu dữ liệu Error! Bookmark not defined. 4.1. Đối tượng dữ liệu Error! Bookmark not defined. 4.2. Kiểu dữ liệu Error! Bookmark not defined. 5. Toán tử và biểu thức Error! Bookmark not defined. 5.1 Toán tử logic Error! Bookmark not defined. 5.2 Các phép toán quan hệ Error! Bookmark not defined. 5.3 Các phép toán dịch Error! Bookmark not defined. 5.4 Các phép toán cộng trừ và hợp Error! Bookmark not defined. 5.5 Các phép dấu Error! Bookmark not defined. 5.6 Các phép toán nhân chia, lấy dư Error! Bookmark not defined. 5.6 Các phép toán khác Error! Bookmark not defined. 6. Phát biểu tuần tự Error! Bookmark not defined. 6.1. Phát biểu đợi Error! Bookmark not defined. 6.2. Phát biểu xác nhận và báo cáo Error! Bookmark not defined. 6.3. Phát biểu gán biến Error! Bookmark not defined. 6.4. Phát biểu gán tín hiệu Error! Bookmark not defined. 6.5. Lệnh rẽ nhánh và lệnh lặp Error! Bookmark not defined. 7. Phát biểu đồng thời Error! Bookmark not defined. 7.1. Phát biểu khối Error! Bookmark not defined. 7.2. Phát biểu quá trình Error! Bookmark not defined. 7.3. Phát biểu gán tín hiệu đồng thời Error! Bookmark not defined. 7.4. Phát biểu generate Error! Bookmark not defined. 7.5. Phát biểu cài đặt module con Error! Bookmark not defined. 8. Phân loại mã nguồn VHDL Error! Bookmark not defined. 9. Kiểm tra thiết kế bằng VHDL. Error! Bookmark not defined. Thiết kế logic số 5 9.1.1. Kiểm tra nhanh Error! Bookmark not defined. 9.1.1. Kiểm tra tự động nhiều tổ hợp đầu vào Error! Bookmark not defined. Bài tập chương II Error! Bookmark not defined. 1. Bài tập cơ sở. Error! Bookmark not defined. 2. Bài tập nâng cao Error! Bookmark not defined. Câu hỏi ôn tập lý thuyết Error! Bookmark not defined. Chương III: Thiết kế các khối logic tổ hợp và tuần tự thông dụngError! Bookmark not defined. 1. Khối cộng/trừ Error! Bookmark not defined. 1.1. Khối cộng đơn giản Error! Bookmark not defined. 1.2. Khối trừ Error! Bookmark not defined. 1.3. Khối cộng thấy nhớ trước. Error! Bookmark not defined. 2. Thanh ghi Error! Bookmark not defined. 3. Bộ cộng tích lũy Error! Bookmark not defined. 4. Bộ đếm Error! Bookmark not defined. 6. Bộ dịch và thanh ghi dịch. Error! Bookmark not defined. 6.1. Bộ dịch Error! Bookmark not defined. 6.1. Thanh ghi dịch Error! Bookmark not defined. 7. Khối nhân số nguyên Error! Bookmark not defined. 7.1. Nhân số nguyên không dấu dùng phương pháp cộng dịchError! Bookmark not defined. 7.2. Nhân số nguyên có dấu Error! Bookmark not defined. 7.3. Khối nhân dùng mã hóa Booth cơ số 4 Error! Bookmark not defined. 8. Khối chia số nguyên Error! Bookmark not defined. 8.1. Khối chia dùng sơ đồ khôi phục phần dư Error! Bookmark not defined. 8.2. Khối chia dùng sơ đồ không khôi phục phần dư . Error! Bookmark not defined. 8.3. Khối chia số nguyên có dấu Error! Bookmark not defined. Thiết kế logic số 6 9. Bộ nhớ Error! Bookmark not defined. 9.1. Bộ nhớ RAM Error! Bookmark not defined. 9.2. Bộ nhớ ROM Error! Bookmark not defined. 9.3. Bộ nhớ FIFO Error! Bookmark not defined. 9.4. Bộ nhớ LIFO Error! Bookmark not defined. 10. Máy trạng thái hữu hạn Error! Bookmark not defined. 11. Các khối làm việc với số thực Error! Bookmark not defined. 11.1. Số thực dấu phẩy tĩnh Error! Bookmark not defined. 11.2. Số thực dấu phẩy động Error! Bookmark not defined. 11.3 Chế độ làm tròn trong số thực dấu phẩy động. . Error! Bookmark not defined. 11.3 Phép cộng số thực dấu phẩy động Error! Bookmark not defined. 11.5. Phép nhân số thực dấu phẩy động Error! Bookmark not defined. 11.6 Phép chia số thực dấu phẩy động Error! Bookmark not defined. 12. Thiết kế một vi xử l{ đơn giản Error! Bookmark not defined. 12.1 Mô hình của một bộ vi xử l{ đơn giản Error! Bookmark not defined. 12.2. Tập lệnh của vi xử lý Error! Bookmark not defined. 12.3. Sơ đồ khối thiết kế Error! Bookmark not defined. Bài tập chương III Error! Bookmark not defined. Bài tập Error! Bookmark not defined. Câu hỏi ôn tập lý thuyết Error! Bookmark not defined. Chương IV: Thiết kế vi mạch số trên FPGA Error! Bookmark not defined. 1 Tổng quan về kiến trúc FPGA Error! Bookmark not defined. 1.2 Khái niệm FPGA Error! Bookmark not defined. 1.2 Ứng dụng của FPGA trong xử lý tín hiệu số Error! Bookmark not defined. 1.3 Công nghệ tái cấu trúc FPGA Error! Bookmark not defined. 1.4 Kiến trúc tổng quan Error! Bookmark not defined. Thiết kế logic số 7 2. Kiến trúc chi tiết Xilinx FPGA Spartan-3E. Error! Bookmark not defined. 2.1 Khối logic khả trình Error! Bookmark not defined. 2.2 Khối điều khiển vào ra Error! Bookmark not defined. 2.3 Hệ thống kết nối khả trình Error! Bookmark not defined. 2.4. Các phần tử khác của FPGA Error! Bookmark not defined. 3. Quy trình thiết kế FPGA bằng ISE Error! Bookmark not defined. 3.1 Mô tả thiết kế Error! Bookmark not defined. 3.2 Tổng hợp thiết kế Error! Bookmark not defined. 3.3. Hiện thực hóa thiết kế Error! Bookmark not defined. 3.4. Cấu hình FPGA Error! Bookmark not defined. 3.5. Kiểm tra thiêt kế trên FPGA Error! Bookmark not defined. 4. Một số ví dụ thiết kế trên FPGA bằng ISE Error! Bookmark not defined. 4.1. Thiết kế khối nhận thông tin qua cổng COM Error! Bookmark not defined. 4.2. Thiết kế khối điều khiển PS/2 cho Keyboard, MouseError! Bookmark not defined. 4.3. Thiết kế khối tổng hợp dao động số NCO Error! Bookmark not defined. 4.4. Thiết kế khối điều khiển LCD1602A Error! Bookmark not defined. 4.5. Thiết kế điều khiển VGA trên FPGA. Error! Bookmark not defined. 5. Thiết kế hệ nhúng trên FPGA bằng Xilinx EDK Error! Bookmark not defined. 5.1. Khái niệm hệ nhúng trên FPGA Error! Bookmark not defined. 5.2. Giới thiệu về Xilinx EDK Error! Bookmark not defined. 5.2.1 Giới thiệu về Xilinx EDK Error! Bookmark not defined. 5.3. Một số ví dụ về thiết kế hệ nhúng trên Xilinx EDKError! Bookmark not defined. 6. Thiết kế trên FPGA bằng System Generator Error! Bookmark not defined. Bài tập chương IV Error! Bookmark not defined. 1. Bài tập cơ sở Error! Bookmark not defined. Thiết kế logic số 8 2. Bài tập nâng cao Error! Bookmark not defined. 3. Câu hỏi ôn tập lý thuyết Error! Bookmark not defined. Tài liệu tham khảo 401 Thiết kế logic số 9 Thiết kế logic số 10 Chương mở đầu Chương mở đầu có nhiệm vụ cung cấp cho người học những kiến thức, khái niệm cơ bản về các thiết kế số, trong đó có những kiến thức thuộc dạng căn bản, có những kiến thức được nhắc lại với những bổ xung phù hợp với mục đích môn học. Chương này cũng giới thiệu qua về sự phát triển của một lớp các IC khả trình phần cứng từ PROM cho tới FPGA. Mục đích của phần này giúp cho người học có một cái nhìn tổng quan về lịch sử của thiết kế số trước khi tập trung vào các vấn đề kiến thức trọng tập ở các chương sau là ngôn ngữ thiết kế phần cứng và công nghệ FPGA. [...]... thiết kế mạch logic số 8 Các phương pháp thể hiện thiết kế mạch logic số 9 Các công nghệ thiết kế mạch logic số, khái niệm, phân loại 10 Trình bày sơ lược về các công nghệ thiết kế IC số trên chip khả trình 11 Nguyên lý hiện thực hóa các hàm logic trên các IC khả trình dạng PROM, PAL, PLA, GAL 12 Khái niệm thiết kế ASIC, các dạng thiết kế ASIC 13 Khái niệm FPGA, đặc điểm FPGA Thiết kế logic số 34 Thiết. .. Programmable Logic Devices) những IC này có ưu điểm là thiết kế đơn giản, chi phí thấp cho sản xuất cũng như thiết kế, có thể chuyển dễ dàng từ công nghệ này sang Thiết kế logic số 30 công nghệ khác tuy vậy nhược điểm là tốc độ làm việc thấp, số cổng logic tương đương nhỏ do đó không đáp ứng được những thiết kế phức tạp đòi hỏi nhiều về tài nguyên và tốc độ CPLD (Complex Programmable Logic Devices)... hiện kết nối giữa hai điểm bất kz Logic block Logic block Logic block Logic block Programmable Interconnect matrix Logic block Logic block Logic block Logic block Hình 1.16: Cấu trúc CPLD Thiết kế logic số 31 CPLD thông thường sử dụng các công nghệ lập trình của EEPROM, điểm khác biệt là đối với CPLD thường không thể dùng những programmer đơn giản cho PAL, PLA… vì số chân giao tiếp của CPLD rất lớn... FPGA (Field-Programmable Gate Array) được thể hiện ở hình sau IO_PAD LOGIC BLOCK LOGIC BLOCK IO_PAD IO_PAD IP_COREs, RAM, ROM ………………… ………………… Thiết kế logic số LOGIC BLOCK LOGIC BLOCK Interconnect wires IO_PAD LOGIC BLOCK ………………… LOGIC BLOCK ……………… ……………… ……………… IO_PAD LOGIC BLOCK ………………… IO_PAD IO_PAD LOGIC BLOCK ………………… IO_PAD IO_PAD LOGIC BLOCK IO_PAD IO_PAD IO_PAD 32 Hình 1.17: Kiến trúc tổng quan... dụng Chip điều khiển cho các thiết bị di động thì cần phải tối ưu hết mức mức tiêu tốn năng lượng bằng cách thu gọn thiết kế, giảm thiểu những tập lệnh không cần thiết và sử dụng các phần tử tiết kiệm năng lượng nhất 3 Các công nghệ thiết kế mạch logic số Vi mạch số có thể được thiết kế bằng tay (Manual IC design), hoặc bằng sự trợ giúp của các chương trình trợ giúp thiết kế trên máy tính (Design Automation)... thước của IC thiết kế Yêu cầu về mặt khả năng làm việc: là yêu cầu về các tham số thời gian của mạch bao gồm độ trễ cổng vào, độ trễ cổng ra, độ trễ logic với mạch tổ hợp, các xung nhịp làm việc, số lượng xung nhịp cho một chu trình xử lý dữ liệu Yêu cầu về mức tiêu hao năng lượng (power consumtion) Yêu cầu về chi phí cho quá trình thiết kế và chế tạo (design cost) Thiết kế logic số 22 Các yêu... cho phép hỗ trợ kiểm tra các thiết kế bằng VHDL hay Verilog 2 Yêu cầu đối với một thiết kế logic Yêu cầu đối với một thiết kế IC bao gồm: Yêu cầu chức năng: mạch gồm có các đầu vào đầu ra như thế nào, thực hiện nhiệm vụ gì… Yêu cầu về mặt công nghệ: Mạch thiết kế sử dụng nền công nghệ bán dẫn nào PLD, ASIC, FPGA… Yêu cầu về mặt tài nguyên: Giới hạn về số lượng cổng, số lượng transitors, về diện... cực thực hành song song với nghiên cứu lý thuyết Kết thúc nội dung của chương này yêu cầu người học phải có kỹ năng sử dụng VHDL ở cấp độ cơ bản, có khả năng thiết kế các khối số vừa và nhỏ như Flip-flop, chọn kênh, phân kênh, cộng, dịch… đã biết trong Điện tử số, đó cũng là các khối nền tảng cho các thiết kế lớn hơn ở chương tiếp theo Thiết kế logic số 36 ... ứng với các biến logic xn-1, xn-2, , x1, x0 của hàm Tín hiệu ra y của mạch tương ứng với hàm logic y Với các cổng cơ bản thường giá trị n ≤ 4 x0 y x1 - LOGIC GATE xn Hình 1.3: Mô hình cổng logic cơ bản Thiết kế logic số 13 Giá trị của các tín hiệu vào và ra chỉ có hai mức là mức thấp (Low - L) và mức cao (High - H) tương ứng với với hai giá trị 0 và 1 của các biến logic và hàm logic Ví dụ: Một... có thể bỏ qua, nhưng đối với những mạch cỡ lớn khi số lượng Flip-flop nhiều hơn và phân bố xa nhau thì giá trị Tskew có giá trị tương đối lớn Thiết kế logic số 19 D SET D Q SET Q Combinational logic3 Combinational logic2 Combinational logic1 CLR Q CLR Q Tskew Td1 Tsa Tclk-q Td2 Tsb Tclk-q Td3 Hình 1.9: Tham số thời gian của mạch tuần tự Những tham số trên cho phép tính toán các đặc trưng thời gian . THIẾT KẾ LOGIC SỐ 2010 Bộ môn Kỹ thuật xung số, vi xử lý Khoa VTĐT – HV Kỹ thuật Quân sự 9/1/2010 Thiết kế logic số 2 DRAFT VERSION ONLY Thiết kế logic số 3 Mục lục. Thiết kế logic số 8 2. Bài tập nâng cao Error! Bookmark not defined. 3. Câu hỏi ôn tập lý thuyết Error! Bookmark not defined. Tài liệu tham khảo 401 Thiết kế logic số 9 Thiết kế logic. quan về lịch sử của thiết kế số trước khi tập trung vào các vấn đề kiến thức trọng tập ở các chương sau là ngôn ngữ thiết kế phần cứng và công nghệ FPGA. Thiết kế logic số 11 1.Các khái