数字系统设计课件
数字系统设计是一门集成了电子工程和计算机科学领域的知识,主要研究如何利用数字技术设计处理和传输信息的电子系统。随着数字技术的迅猛发展,数字系统已经被广泛应用于各种场合,包括计算机、家用电器、手机、数字电话、医用设备、军用设备等。数字系统与传统的模拟系统相比,具有稳定性高、抗干扰能力强、精确度高、易于集成和模块化设计等优势。 在数字系统设计中,ASIC(Application Specific Integrated Circuit,专用集成电路)和PLD(Programmable Logic Device,可编程逻辑设备)是两大重要的设计实现方式。ASIC是一种定制的集成电路,为特定的应用而设计,具有高性能、低功耗的特点,但由于设计和制造成本高,周期长,主要用于大规模量产的产品。而PLD则是一种通用的集成电路,可由用户根据需要进行编程配置,具有开发周期短,灵活性高等特点。常见的PLD类型包括CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)和FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)。 ALTERA是全球知名的可编程逻辑器件生产商,其CPLD和FPGA产品广泛应用于数字系统设计领域。CPLD具有较高的速度和较小的规模,而FPGA则提供了更高的逻辑密度和更大的灵活性。ALTERA的产品线不断更新,提供了更多高级特性以满足日益增长的设计需求。 EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)是数字系统设计的一个重要组成部分。它是指利用计算机软件工具来完成电路设计、验证、仿真和布局布线等工作。EDA技术极大地提高了设计效率,缩短了设计周期。常用的EDA设计软件包括MAX+PLUS II,这是一款由ALTERA公司推出的集成软件包,支持其PLD和FPGA产品的设计与仿真。 Verilog HDL是一种硬件描述语言,广泛应用于数字电路设计领域。它允许设计者以文本形式描述电子系统的结构和行为,便于在EDA工具中进行设计和验证。Verilog HDL通过模块化的设计方法,可以实现复杂的数字电路设计。在课件中提到了利用Verilog HDL设计数字电路和数字模块,这些都是数字系统设计中的关键步骤。 数字系统的设计实现方式涉及到系统的设计方法、组件的选择、接口的定义、时序的控制等多个方面。数字模块的复用是提高设计效率的有效手段,它指的是在多个设计中重用已经设计完成的模块。SOC(System On Chip,系统芯片)是数字系统设计的高级形式,指的是在一个单一芯片上集成了数字系统的全部功能,这种集成化的趋势大大提升了系统性能,减少了体积和成本。 摩尔定律是指导集成电路行业发展的著名预言,它预测芯片的集成度大约每18个月翻一番,而功耗降低一半。摩尔定律背后的集成电路工艺技术不断进步,从亚微米工艺到深亚微米、超深亚微米,乃至现在的纳米技术。这些进步使得单个芯片上的晶体管数量不断增加,芯片尺寸增大,电源电压降低,时钟速度加快,金属布线层数增多。 代表性的IC芯片类型除了微控制芯片(MCU)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)之外,还包括大规模存储芯片(RAM/ROM)。这些芯片类型各有其应用领域和特点,为数字系统设计提供了丰富的基础元件。 在学习和研究数字系统设计时,需要熟悉掌握数字电路的基本概念、EDA工具的使用、Verilog HDL编程技巧,以及了解最新的半导体工艺技术。通过这些知识的学习,可以为设计出高性能、高可靠性的数字系统打下坚实的基础。