數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課件：第5章-part1狀態(tài)表與同步時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法

1、各知識(shí)單元的分?jǐn)?shù)分配第一章 數(shù)制與編碼 7%第二章 邏輯函數(shù)及其化簡(jiǎn) 15%第三章 組合邏輯電路 20%第四章 時(shí)序電路分析 30%第五章 同步時(shí)序電路設(shè)計(jì) 15%第六章 集成數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 5%第七章 可編程邏輯器件及其應(yīng)用 8%第5章:同步時(shí)序電路和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)5-1 狀態(tài)表與同步時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)控制單元（同步時(shí)序電路）數(shù)據(jù)處理單元：主要完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、運(yùn)算和傳輸，與外界 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主要由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、數(shù)據(jù)選擇 其等功能電路組成。5-1 同步時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法5-1-1 原始狀態(tài)表的建立5-1-2 用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)序電路5-1-3 用MSI時(shí)

2、序模塊同步時(shí)序電路 針對(duì)比較簡(jiǎn)單的同步電路，設(shè)計(jì)方法是：文字功能描述狀態(tài)表或狀態(tài)圖邏輯方程邏輯圖原始狀態(tài)圖（狀態(tài)表）原始狀態(tài)圖（狀態(tài)表）：根據(jù)設(shè)計(jì)命題的要求初步畫出的狀態(tài)圖(狀態(tài)表);可能包含多余狀態(tài);其建立無(wú)明顯規(guī)律可循，是時(shí)序電路設(shè)計(jì)中重要的一步;5-1-1 原始狀態(tài)表的建立步驟：1、分析題意，確定輸入、輸出變量;2、選擇狀態(tài)，以記憶電路輸入的歷史過(guò)程;3、對(duì)每一個(gè)狀態(tài)，考察在每一種輸入組合下應(yīng)轉(zhuǎn)入的下一個(gè)狀態(tài)，從而導(dǎo)出狀態(tài)圖和狀態(tài)表。例1：111序列檢測(cè)器S1：收到0S2：收到一個(gè)1S3：收到兩個(gè)1當(dāng)連續(xù)收到三個(gè)或三個(gè)以上1時(shí)輸出1。例2：010和1001序列檢測(cè)器S0：0S1：01S2

3、：010,10S3：100S4：1001S5：011例3：余三碼誤碼檢測(cè)器（1）余3碼：0011-1100 S0：表示復(fù)位例3：余三碼誤碼檢測(cè)器（2）例5：串行加法器S0：進(jìn)位為0S1：進(jìn)位為14-2-3 莫爾型電路的分析串行加法器和為0 、無(wú)進(jìn)位：00/0和為0 、有進(jìn)位：01/0和為1、 無(wú)進(jìn)位：10/1和為1、 有進(jìn)位：11/1例6：加1/加2同步計(jì)數(shù)器 X=0時(shí)加1計(jì)數(shù)，計(jì) 到9后再回0;X=1時(shí)加2計(jì)數(shù)，計(jì) 到8后再回0;計(jì)數(shù)器狀態(tài)為奇數(shù) 時(shí)，X不會(huì)為1;5-1 同步時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法5-1-1 原始狀態(tài)表的建立5-1-2 用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)序電路5-1-3 用MSI時(shí)序模塊同步

4、時(shí)序電路 針對(duì)比較簡(jiǎn)單的同步電路，設(shè)計(jì)方法是：文字功能描述狀態(tài)表或狀態(tài)圖邏輯方程邏輯圖5-1-2 用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)序電路指導(dǎo)思想：用盡可能少的觸發(fā)器和門電路實(shí)現(xiàn)待設(shè)計(jì)電路。一、狀態(tài)化簡(jiǎn)二、狀態(tài)分配三、導(dǎo)出激勵(lì)方程和輸出方程四、設(shè)計(jì)舉例狀態(tài)化簡(jiǎn) 所謂狀態(tài)化簡(jiǎn)就是對(duì)原始狀態(tài)表中存在的若干等價(jià)狀態(tài)進(jìn)行合并。經(jīng)狀態(tài)化簡(jiǎn)后電路的狀態(tài)數(shù)減少，可以在一定程度上減少所需觸發(fā)器的數(shù)目。 對(duì)于有q狀態(tài)的時(shí)序電路來(lái)說(shuō)，所需的觸發(fā)器的個(gè)數(shù)，其下限r(nóng)可由下式?jīng)Q定狀態(tài)等價(jià)：以Si為起始狀態(tài)，在任一可能的輸入序列作用下的輸 出序列均與以Sj為起始狀態(tài)，在同一輸入序列作用下 的輸出序列相同，稱Si與Sj等價(jià)（ SiSj）等

5、價(jià)的狀態(tài) 用一個(gè)狀態(tài)代替。狀態(tài)等價(jià)條件： 在所有可能的輸入下： 1、它們的輸出相同； 2、它們的次態(tài)滿足下列條件之一： 次態(tài)相同； 次態(tài)交錯(cuò)； 次態(tài)互為隱含條件。狀態(tài)等價(jià)條件： 在所有可能的輸入下： 1、它們的輸出相同； 2、它們的次態(tài)滿足下列條件之一： 次態(tài)相同； 次態(tài)交錯(cuò)； 次態(tài)互為隱含條件: 如果狀態(tài)A與B等價(jià)，則D與E就等價(jià)； 反之，如果D與E等價(jià)，A與B也就等價(jià)；狀態(tài)等價(jià)：以Si為起始狀態(tài)，在任一可能的輸入序列作用下的輸 出序列均與以Sj為起始狀態(tài)，在同一輸入序列作用下 的輸出序列相同，稱Si與Sj等價(jià)（ SiSj）等價(jià)的狀態(tài) 用一個(gè)狀態(tài)代替。狀態(tài)等價(jià)條件：在所有可能的輸入下： 1、

6、它們的輸出相同； 2、它們的次態(tài)滿足下列條件之一： 次態(tài)相同； 次態(tài)交錯(cuò)； 次態(tài)互為隱含條件。S1,S3,S4S2,S5S6,S7例1：狀態(tài)表化簡(jiǎn)1.作狀態(tài)對(duì)圖；2.狀態(tài)一一比較，結(jié)果填入狀態(tài)圖；3.檢查隱含條件；4.求出全部狀態(tài)等價(jià)類，狀態(tài)合并，畫出簡(jiǎn)化狀態(tài)表。1.作狀態(tài)對(duì)圖；2.狀態(tài)一一比較，結(jié)果填入狀態(tài)圖；3.檢查隱含條件；S1=S1，S6S2=S2，S3，S84.求出全部狀態(tài)等價(jià)類， 狀態(tài)合并，畫出簡(jiǎn)化狀態(tài)表S1=S1，S6S2=S2，S3，S84.求出全部狀態(tài)等價(jià)類，狀態(tài)合并，畫出簡(jiǎn)化狀態(tài)表例2：未完全描述狀態(tài)表化簡(jiǎn)S2=S2，S3S4=S4，S7S5=S5，S6 可以對(duì)任意項(xiàng)賦予一

7、個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，以便進(jìn)行狀態(tài)合并。5-1-2 用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)序電路指導(dǎo)思想：用盡可能少的觸發(fā)器和門電路實(shí)現(xiàn)待設(shè)計(jì)電路。一、狀態(tài)化簡(jiǎn)二、狀態(tài)分配三、導(dǎo)出激勵(lì)方程和輸出方程四、設(shè)計(jì)舉例目的：狀態(tài)用觸發(fā)器狀態(tài)表示，因此，要對(duì)狀態(tài)分配 二進(jìn)制代碼。方法：狀態(tài)分配影響電路的復(fù)雜程度，符合以下條件 的狀態(tài)，應(yīng)盡可能分配相鄰的代碼。 1、在同一輸入下，有相同次態(tài)的現(xiàn)態(tài)；(S1,S2、 S2,S3) 2、同一現(xiàn)態(tài)在相鄰輸入下的次態(tài)； (S1,S3、S1,S4、 S2,S3) 3、在所有輸入下，有相同輸出的現(xiàn)態(tài)。(S2,S3)二、狀態(tài)分配S1=00 S2=01S3=11 S4=10二、狀態(tài)分配、狀態(tài)編碼5-1-

8、2 用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)序電路指導(dǎo)思想：用盡可能少的觸發(fā)器和門電路實(shí)現(xiàn)待設(shè)計(jì)電路。一、狀態(tài)化簡(jiǎn)二、狀態(tài)分配三、導(dǎo)出激勵(lì)方程和輸出方程四、設(shè)計(jì)舉例三、導(dǎo)出激勵(lì)方程和輸出方程5-1-2 用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)序電路指導(dǎo)思想：用盡可能少的觸發(fā)器和門電路實(shí)現(xiàn)待設(shè)計(jì)電路。一、狀態(tài)化簡(jiǎn)二、狀態(tài)分配三、導(dǎo)出激勵(lì)方程和輸出方程四、設(shè)計(jì)舉例四、設(shè)計(jì)舉例1四、設(shè)計(jì)舉例1設(shè)計(jì)舉例2（8421碼加法計(jì)數(shù)器）設(shè)計(jì)舉例2（續(xù)）例5.7 用D觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)模6同步計(jì)數(shù)器模6計(jì)數(shù)器的狀態(tài)圖 模6計(jì)數(shù)器的編碼狀態(tài)表 模6計(jì)數(shù)器的邏輯圖 電路自啟動(dòng)性驗(yàn)證 若對(duì)該模6計(jì)數(shù)器重新分配如下的狀態(tài)代碼：S0=000，S1=001，S2=011，S3=111，S4=110，S5=100，可推出次態(tài)方程和輸出