Moore與Mealy型同步時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)十 Moore與Mealy型同步時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握同步時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法。2. 掌握時(shí)序邏輯電路的測(cè)試方法。3. 了解時(shí)序電路自啟動(dòng)設(shè)計(jì)方法。4了解同步時(shí)序電路狀態(tài)編碼對(duì)電路優(yōu)化作用。二、實(shí)驗(yàn)原理：1. Moore與Mearly型同步時(shí)序邏輯電路的分析方法：時(shí)序邏輯電路的分析，按照電路圖（邏輯圖），選擇芯片，根據(jù)芯片管腳， 在邏輯圖上標(biāo)明管腳號(hào)；搭接電路后，根據(jù)電路要求輸入時(shí)鐘信號(hào)（單脈沖信號(hào) 或連續(xù)脈沖信號(hào)），求出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖（工作波形），從中分析出電 路的功能。2. Moore與Mearly型同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法：（1）分析題意，求出

2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（2）狀態(tài)分析化簡：確定等價(jià)狀態(tài)，電路中的等價(jià)狀態(tài)可合并為一個(gè)狀態(tài)。（3）重新確定電路狀態(tài)數(shù)N,求出觸發(fā)器數(shù)n,觸發(fā)器數(shù)按下列公式求：2n-1<N<2n （N為狀態(tài)數(shù)、n為觸發(fā)器數(shù)）。（4）觸發(fā)器選型（D JK）。（5）狀態(tài)編碼，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，求出狀態(tài)方程、 驅(qū)動(dòng)方程。（6）畫出時(shí)序電路圖。（7）時(shí)序狀態(tài)檢驗(yàn)，當(dāng)N <2n時(shí)，應(yīng)進(jìn)行空轉(zhuǎn)檢 驗(yàn)，以免電路進(jìn)入無效狀態(tài)不能啟動(dòng)。（8）功能仿真，時(shí)序仿真。3. 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例： 試用D觸發(fā)器設(shè)421碼模5加法計(jì)數(shù)器。（1） 分析題意：由于是模5（ 421碼）加法計(jì)數(shù)器，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1所示：（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換

3、化簡：由題意得該電路無等價(jià)狀態(tài)。（3） 確定觸發(fā)器數(shù)：根據(jù)，2n-1<N <2n，n=3。（4）觸發(fā)器選型：選擇D觸發(fā)器。（5）狀態(tài)編碼：Q3 Q2 Q1按421碼規(guī)律變化。(6)列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表1.(7) 利用卡諾圖如圖2,求狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程。(8) 自啟動(dòng)檢驗(yàn)：將各無效狀態(tài)代入狀態(tài)方程，分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況，畫出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖3所示，檢查是否能自啟動(dòng)S3(9)畫出邏輯圖，如圖4所示«4j42i三、實(shí)驗(yàn)儀器：1. 示波器1臺(tái)。2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)。3. 數(shù)字萬用表1臺(tái)。4. 多功能電路實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái);MM.電mDnHKD四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 模5 （421碼）加法計(jì)

4、數(shù)器功能檢驗(yàn)：按圖4搭接電路，Cp接單脈沖信號(hào)P+, Q3Q2Q分別接邏輯指示燈L3L2L1,英卜間搶時(shí)序電分輛Rd接邏輯開關(guān)K12, Sd1、Sd2、Sd3分別接邏輯開關(guān)K1、K2、K3;接通電源后利用Rd使計(jì)數(shù)器復(fù)位后，加單脈沖，觀察計(jì)數(shù) 器工作情況，寫出時(shí)序表，各無效狀態(tài)利用Sd1、Sd2、Sd3置數(shù)后，加單脈沖觀察期次狀態(tài)，話畫出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；2. 模5（421碼）加法計(jì)數(shù)器時(shí)序圖觀測(cè)：將Cp改接TTL信號(hào)（f=10kHz），用雙蹤示波器觀察并記錄 Cp, Q3 Q2、Q1波形。3. 設(shè)計(jì)模10（8421BCD加法計(jì)數(shù)器。4. 設(shè)計(jì)模10（5421BCD加法計(jì)數(shù)器。5. Mearl

5、y型同步邏輯時(shí)序電路分析：（1） 按下圖搭接電路，Cp接單脈沖信號(hào)P+，Q2Q1分別接邏輯指示燈L2L1, X 接邏輯開關(guān)K1；接通電源后，先令K= “0”，加單脈沖、觀察電路工作情況，寫 出時(shí)序表；再令&= “ 1”，加單脈沖觀察電路的工作情況寫出時(shí)序表，畫出完整 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（2）若電路不存在自啟動(dòng)狀態(tài)，能否修改邏輯，使電路能自啟動(dòng)？6. Mearly型同步邏輯時(shí)序電路設(shè)計(jì)：（1） 圖2所示為某同步時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，圖中A、B為輸入變量，丫、 Z為輸出變量；若用兩個(gè)JK觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)該電路，且 S0S3的狀態(tài)分別取Q2 Q1為00、01、10、11表示，試設(shè)計(jì)該時(shí)序電路。（2

6、）按設(shè)計(jì)電路完成連接，自擬實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求。五、實(shí)驗(yàn)分析:1.該時(shí)序表可與表2相同，完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 3。可通過Sd1、Sd2、Sd3 置數(shù)后，進(jìn)入各種狀態(tài)。然后按單脈沖信號(hào)可觀察L3L2L1的亮暗來對(duì)比完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是否正確。2將Cp改接為TTL信號(hào)，用示波器分別接Cp, Q3 Q2 Q1并觀察波形。如下 圖：3.（ 1）令K= “0”時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下:計(jì)數(shù)順序Q2Q1輸出丫00001000001010000100100001101000令Ki= “0”時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下:計(jì)數(shù)順序Q2Q1輸出丫00 00nnnn10102111300001011000完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)

7、換圖為:ABQ2Q10001111000*01010111*101100(2)利用卡諾圖求驅(qū)動(dòng)方程、狀態(tài)方程:Q2的卡諾圖：QABQ2Q10001111000*01100111*1001001*的卡諾圖:可得 Q2*=( Q+A)Q2 +A'QQQ 上A'Q +'AQ'可選取兩個(gè)JK觸發(fā)器，其中第一個(gè)觸發(fā)器的J1接Q+A, K1接A+Q;而第二個(gè) JK觸發(fā)器中，J2接A', K3接A'+Q。當(dāng)然可根據(jù)所給的芯片進(jìn)行相應(yīng)的變換。同理可得輸出方程為：ABQ2Q10001111000*01000111*100011丫的卡諾圖：ZY=QQ '+A

8、QZ=AQ經(jīng)過搭接電路后可得相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換ABQ2Q10001111000*01000011*100001的卡諾圖:六、個(gè)人總結(jié):1、模5加法計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)中，利用Rd Sd1、Sd2、Sd3可以得到各種狀態(tài)，并接通過按Cp單脈沖來觀察狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過置位端調(diào)整，來檢 查電路是否能自啟動(dòng)。利用TTL信號(hào)時(shí)，需要用到示波器和波形發(fā)生器等， 在使 用示波器需要將觸發(fā)調(diào)為外部觸發(fā)才能觀察到穩(wěn)定的波形。通過波形可以近似地 觀察到時(shí)序圖的波形。2、而Mealy型同步時(shí)序邏輯電路則相對(duì)麻煩，需要花費(fèi)時(shí)間來連接電路。 在分析過程中，當(dāng)X=“ 0”時(shí)，不管電路置入什么狀態(tài)均會(huì)轉(zhuǎn)換到置 0狀態(tài)。表 明狀態(tài)方程跟輸入X有關(guān)。電路設(shè)計(jì)中根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫出卡諾圖后就可以化簡 寫出狀態(tài)方程，在根據(jù)相應(yīng)的觸發(fā)器特性方程來改寫狀態(tài)方程進(jìn)而設(shè)計(jì)出電路。3、第二個(gè)實(shí)驗(yàn)相對(duì)較有針對(duì)性，會(huì)經(jīng)常由于狀態(tài)方程沒有改寫成理想的形 式，導(dǎo)致接不出電路，或者是接線接錯(cuò)等。在實(shí)驗(yàn)前一定要先預(yù)習(xí)等，在實(shí)驗(yàn)中 要耐心地檢查電路的正確與否，再接通電源進(jìn)行測(cè)試。4、在接線過程中，這次遇到了新的問題，由于需要連接的線路過多，線路 看起來過于復(fù)雜，存在意想不到的錯(cuò)誤，比如兩條線的前端接觸了，而導(dǎo)致短路， 還有接錯(cuò)位了等等。實(shí)驗(yàn)過程中遇到困難要仔細(xì)