数字系统设计课件第七章 仿真.pdf

第七章仿真

本章目录

仿真（模拟）概述

模拟系统的构成

逻辑模拟模型

仿真过程

仿真概述

什么是仿真

对设计的硬件描述和设计结果通过计算机查错、

验证的过程。

所谓仿真（模拟），是指从电路的描述（语言描

述或图形描述）抽象出模型，然后将外部激励信

号或数据施加于此模型，通过观察该模型在外部

激励下的反应来判断该电路系统是否实现预期的

功能。

仿真概述

仿真的目的

检查原始描述的正确性；

检查设计结果在逻辑功能和时序上的正确性；

检查设计结果中不含违反设计规则的错误。

仿真（模拟）的级别

高层次仿真：对系统的抽象行为算法或混合描述的电路进行的仿真。

仿真的重点是系统功能和系统内部运算过程。

RTL级仿真：对基于RTL方法描述的电路进行的仿真。重点是仿真数

据在系统内元件之间的流动关系。

逻辑仿真：对基于门、触发器、和功能块构成的系统进行的仿真。

其方法是通过对电路施加激励，观察电路对激励的响应来判断电路

的功能是否正确。检查其逻辑功能、延迟特性和负载特性等。

电路级仿真：对基于晶体管、电阻、电容等构成的电路进行的仿真。

其方法是通过求解电路方程而得出电路电压和电流，从而求出电路

输出波形的一种模拟（如PSPICE）。特点：仿真时间长、精度高。

开关级仿真：介于电路级和逻辑级之间的模拟。将电阻、电容不当

作一个元件而当作晶体管和节点的参数来处理的一种模拟方法。其

复杂度和仿真时间介乎于电路级与逻辑级之间。

仿真（模拟）的级别

模拟系统的构成

逻辑模拟模型

电路模型

元件模型

信号模型

延迟模型

电路模型：电路网表

什么是电路网表

逻辑电路是元件的集合。

所谓电路网表，是指描述电路拓扑关系的一种数

据结构。如果指定了每个元件各端口所连接的信

号，就可以唯一确定电路的连接关系。每个元件

有其元件模型。

一个元件E的描述包含有元件名N、模型M、输入

端信号PI和输出端信号PO四部分。即

E=（N，M，PI，PO）

电路网表

举例：一位加法器的网表

E1,XOR,(X,Y),S1;--E=（N，M，PI，PO）

E2,XOR,(CIN,S1),SUM;--E：元件；N：元件名；M：元件模型；PI：输入；PO：输出

E3,AND,(X,Y),S2;

E4,AND,(S1,CIN),S3;

E5,OR,(S3,S2),Cout;

电路网表

负载表

在仿真时需要频繁查找每个信号后所连接的元件，称为

负载元件。

X：E1，E3；

Y：E1，E3；

CIN：E2，E4；

S1：E2，E4；

S2：E5；

S3：E5；

SUM：Ø；

COUT：Ø；

元件模型

门的模型

功能、参数、扇入、扇出、延迟时间

功能块的模型

功能和行为描述，不关心其内部结构和组成

信号模型

二值模型（0，1）

简单，但不能模拟竞争冒险等特殊情况。

三值模型（0，1，X）

X：不定态；跳变中的过渡态；无关态

与01X

0000

101X

X0XX