時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法

1、5.2時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法本次重點(diǎn)內(nèi)容:1、同步吋序邏輯屯路的設(shè)計(jì)方法。2、界步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。教學(xué)過程5.2.1同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)一、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)關(guān)鍵：根據(jù)設(shè)計(jì)要求t確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換的規(guī)律t求出各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。設(shè)計(jì)步驟：（先簡(jiǎn)單介紹，通過以下的舉例后，再進(jìn)行總結(jié)，特別再點(diǎn)出設(shè)計(jì)關(guān)鍵）1. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，確定觸發(fā)器數(shù)目和類型。畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。2. 狀態(tài)化簡(jiǎn)前提：保證滿足邏輯功能要求。方法：將等價(jià)狀態(tài)（多余的重復(fù)狀態(tài)）合并為一個(gè)狀態(tài)。3. 狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表通常采用自然二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。n為電路的狀態(tài)數(shù)。每個(gè)觸發(fā)器表示一位二進(jìn)制數(shù)，因此，觸發(fā)器

2、的數(shù)口n可按下式確定2>n>2n-14. 畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖，求出狀態(tài)方程、輸出方程選擇觸發(fā)器的類型（一般可選jkf/f或df/f,由于jk觸發(fā)器使用比較靈活，因 此，在設(shè)計(jì)中多選用jk觸發(fā)器。）將狀態(tài)方程和觸發(fā)器的特性方程進(jìn)行比較-驅(qū)動(dòng)方 程。5. 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖。6. 檢查電路有無自啟動(dòng)能力。如設(shè)計(jì)的電路存在無效狀態(tài)時(shí)，應(yīng)檢查電路進(jìn)入無效狀態(tài)后，能否在時(shí)鐘脈沖作 用下自動(dòng)返冋有效狀態(tài)工作。如能冋到有效狀態(tài)，則電路有自啟動(dòng)能力；如不能，則 需修改設(shè)計(jì)，使電路具有自啟動(dòng)能力。二、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例例1試設(shè)計(jì)一個(gè)同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解：設(shè)計(jì)步驟(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)

3、要求，設(shè)定狀態(tài)，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。七進(jìn)制7個(gè)狀態(tài)t用so, s1, s6表示 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下所示：(2) 狀態(tài)化簡(jiǎn)。本例屮7個(gè)狀態(tài)都是有效狀態(tài)。(3) 狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。根據(jù)式2*>n>2n_1, ->n = 7, n = 3,即采用三個(gè)觸發(fā)器。選用三位自然二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)編碼-> 列岀狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出nq2nqi小nqoc n+1q2n+1qic n+1 qoys0000010s.0010100s,0100110s.30111000s,1001010s51011100s61100001(4) 選擇觸發(fā)器的類型，求出狀態(tài)方程，駆動(dòng)方程和輸出方

4、程。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表一>得到各觸發(fā)器次態(tài)和輸出函數(shù)的卡諾圖。得輸出方程為：狀態(tài)方程q< 二 q5qfq,q6q；q?+iq?= q,q；+q 弼1qo+1= q；q牯q；q汁趾選用jk觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程。將狀態(tài)方程與特性方程呼刊=jqn + kqntt較得（j2 = qrqo，k2=qj嚴(yán)q粘k嚴(yán)q?q；i jo = q?q,ko =1（5）根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程冊(cè)i邏輯電路圖。（6）檢查電路有無自啟動(dòng)能力。電路有一個(gè)無效狀態(tài)111,將該狀態(tài)代入狀態(tài)方程中得000。這說明一旦電路進(jìn)入 無效狀態(tài)吋，只耍再輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖cp,電路便回到有效狀態(tài)000。因此，具有自 啟動(dòng)能力。例2設(shè)計(jì)一

5、個(gè)脈沖序列為10100的序列脈沖發(fā)生器。解：設(shè)計(jì)步驟（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定狀態(tài)，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。由于串行輸出y的脈沖序列為10100,故電路應(yīng)有5個(gè)狀態(tài)，即n = 5,它們分別用 so , s1 , s4表示。輸入第一個(gè)時(shí)鐘脈沖cp時(shí)，狀態(tài)由s0轉(zhuǎn)到s1 ,輸出y =1：輸入第二個(gè)cp吋，狀態(tài)由s1轉(zhuǎn)為s2 ,輸出y=0；其余依次類推。(2) 狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。根據(jù)式2"n>21-1可知,在n=5時(shí)，n=3,即采用三位二進(jìn)制代碼。(3) 選擇觸發(fā)器類型，求輸出方程、狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表-得各觸發(fā)器次態(tài)和輸出函數(shù)的卡諾圖，進(jìn)一步得hh輸出方程狀態(tài)方程q

6、?二 qsqfq 冷 qsqfqf+iq?= q,q；+q 弼1qfqfq廿 q?q# +誦選用jk融發(fā)器。驅(qū)動(dòng)方程。將狀態(tài)方程與特性方程qn+1=jq + kqn比較得j2=q,k2=1w，k1=qs< jo=q5，k0=l(4)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程冊(cè)i邏輯圖。(5)檢查電路有無自啟動(dòng)能力。該電路的3個(gè)無效狀態(tài)10、110、111代入狀態(tài)方程屮進(jìn)行計(jì)算后獲得的010、010、000都為有效狀態(tài)，這說明一旦電路進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，只要繼續(xù)輸入時(shí)鐘脈沖cp,電路便可自動(dòng)返冋有效狀態(tài)工作。電路有自啟動(dòng)能力。思考：若設(shè)計(jì)異步吋序屯路，與同步吋序屯路應(yīng)有何不同?5.2.2同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟

7、:1、由狀態(tài)編碼表畫觸發(fā)器輸出波形圖。2、有波形圖確定各觸發(fā)器的時(shí)鐘。3、計(jì)算驅(qū)動(dòng)端的表達(dá)式。4、畫邏輯電路圖。5、驗(yàn)證能否自啟動(dòng)。例：設(shè)計(jì)五狀態(tài)異步增1計(jì)數(shù)器。1、狀態(tài)編碼表狀態(tài)q3q2qi0000100020013001401050002、波形圖:3、觸發(fā)器時(shí)鐘的確定：由編碼表知，電路要用3個(gè)觸發(fā)器，選用jk觸發(fā)器，3個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘分別為 cpi、cp2> cp3,由波形圖可確定如下:cp=cp,因j k觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)必須使時(shí)鐘 有負(fù)跳變，觀察波形圖可知，qi的吋鐘只能取自cp （計(jì)數(shù)脈沖），由于cp第5個(gè) 脈沖負(fù)跳變到來后，要求qi不翻轉(zhuǎn)，所以ji和ki需進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于觸發(fā)器q2, cp2=q】，從波形圖看，只要qi有負(fù)跳變，q2就應(yīng)當(dāng)翻轉(zhuǎn)，當(dāng) j2 = k2=1吋就能滿足這一要求，所以j2和k2不必計(jì)算了。對(duì)于觸發(fā)器q3，cp3 = cp,從波形圖看，cp為1, 2, 3時(shí)q3都不應(yīng)該翻傳，即時(shí) 鐘有多余的負(fù)跳變，所以h和心需進(jìn)行計(jì)算。4、計(jì)算jiki j3, k3的表達(dá)式。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：小nq3小nq2c nqin+1q.3n+1 q2c n+1qij3k3jlk10000010x1x0010100xx10100110x1x0111001xx1100