數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)第六章習(xí)題課件

時(shí)序邏輯電路習(xí)題一、時(shí)序邏輯電路的基本概念二、一般時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)三、寄存器和移存器四、計(jì)數(shù)器六、習(xí)題講解五、序列碼發(fā)生器和順序脈沖發(fā)生器10/18/20221第六章時(shí)序邏輯電路6.86.2

例1

6.12(1)6.4

例2

6.3

6.176.22(b)6.25

(1)(2)6.406.35(1)10/18/20222第六章時(shí)序邏輯電路一、時(shí)序邏輯電路的基本概念1.定義2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)電路由組合電路和存儲(chǔ)電路構(gòu)成，含記憶元件；

(2)電路中含有從輸出到輸入的反饋回路；3.功能描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移表；狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；功能表；表達(dá)式；卡諾圖；電路圖；波形圖節(jié)目錄10/18/20223第六章時(shí)序邏輯電路二、一般時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)1.分析步驟

①組合電路、存儲(chǔ)電路(1)分析電路結(jié)構(gòu)②輸入信號(hào)X、輸出信號(hào)Z(2)寫(xiě)出四組方程①時(shí)鐘方程②各觸發(fā)器的激勵(lì)方程節(jié)目錄10/18/20224第六章時(shí)序邏輯電路③各觸發(fā)器的次態(tài)方程④電路的輸出方程(3)作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或波形圖(4)電路的邏輯功能描述作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表時(shí)，先列草表，再?gòu)某鯌B(tài)(預(yù)置狀態(tài)或全零狀態(tài))按狀態(tài)轉(zhuǎn)移的順序整理。

節(jié)目錄10/18/20225第六章時(shí)序邏輯電路2.設(shè)計(jì)步驟

(1)根據(jù)要求，建立原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移表或原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；

①輸入/出變量個(gè)數(shù)；③狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系（輸入條件、輸出要求）

②狀態(tài)個(gè)數(shù)；節(jié)目錄10/18/20226第六章時(shí)序邏輯電路(2)化簡(jiǎn)原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移表（狀態(tài)簡(jiǎn)化或狀態(tài)合并）；②進(jìn)行順序比較，作隱含表①作狀態(tài)對(duì)圖③進(jìn)行關(guān)聯(lián)比較④作最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表a.列出所有的等價(jià)對(duì)。b.列出最大等價(jià)類(lèi)。c.進(jìn)行狀態(tài)合并，并列出最簡(jiǎn)狀態(tài)表。節(jié)目錄10/18/20227第六章時(shí)序邏輯電路(4)選定觸發(fā)器類(lèi)型并根據(jù)二進(jìn)制狀態(tài)轉(zhuǎn)移表（或稱(chēng)編碼后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表）設(shè)計(jì)各觸發(fā)器的激勵(lì)函數(shù)和電路的輸出函數(shù)；(6)作邏輯電路圖。(3)

進(jìn)行狀態(tài)編碼（也稱(chēng)狀態(tài)分配）；(5)自啟動(dòng)性檢查；節(jié)目錄10/18/20228第六章時(shí)序邏輯電路三、寄存器和移存器1.寄存器和移存器電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.MSI移存器的功能及其典型應(yīng)用(1)74194的簡(jiǎn)化符號(hào)、功能表(2)用74194實(shí)現(xiàn)串并行轉(zhuǎn)換四、計(jì)數(shù)器1.由SSI構(gòu)成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的一般結(jié)構(gòu)

(1)同步計(jì)數(shù)器

(2)異步計(jì)數(shù)器節(jié)目錄10/18/20229第六章時(shí)序邏輯電路2.MSI二進(jìn)制、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器3.任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器(1)用觸發(fā)器和邏輯門(mén)設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器(2)用MSI計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器(3)采用MSI任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器①?gòu)?fù)0法（利用復(fù)位端）

②置數(shù)法（利用置數(shù)控制端，并行輸入端）

a.置最小數(shù)法b.預(yù)置0法c.置最大數(shù)法

節(jié)目錄10/18/202210第六章時(shí)序邏輯電路五、序列碼發(fā)生器和順序脈沖發(fā)生器1.序列碼發(fā)生器結(jié)構(gòu)類(lèi)型2.計(jì)數(shù)型序列碼發(fā)生器的設(shè)計(jì)（已知序列碼）3.移存型序列碼發(fā)生器的設(shè)計(jì)（已知序列碼）

4.順序脈沖發(fā)生器的構(gòu)成(1)輸出端較多時(shí)：采用計(jì)數(shù)器和譯碼器(2)輸出端較少時(shí)：采用環(huán)形計(jì)數(shù)器節(jié)目錄10/18/202211第六章時(shí)序邏輯電路圖P6.8六、習(xí)題講解6.8分析圖P6.8電路，畫(huà)出其全狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖并說(shuō)明能否自啟動(dòng)。節(jié)目錄10/18/202212第六章時(shí)序邏輯電路解：(1)分析電路結(jié)構(gòu)(2)寫(xiě)出四組方程①時(shí)鐘方程②各觸發(fā)器的激勵(lì)方程③各觸發(fā)器的次態(tài)方程CP1=CP2=CP；

CP3=Q1K2=1J1=1；Q2nK3=J3=1；Q3nJ2=；Q2nK1=節(jié)目錄10/18/202213第六章時(shí)序邏輯電路④電路的輸出方程Qn+1=[Qn

+]·Q13

3

2

QnQn+1=[Qn

]·CP

2

3

2

QnQn+1=[Qn

+]·CP1

1

2

Qn(3)作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(4)電路的邏輯功能描述模M=5的計(jì)數(shù)器，具備自啟動(dòng)性。節(jié)目錄10/18/202214第六章時(shí)序邏輯電路Q(chēng)3Q2Q1CP1(CP)↓CP2(CP)↓CP3(Q1)↓000000011110001110110111101110000111010000001110100000101110111000101110圖P6.8的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表節(jié)目錄10/18/202215第六章時(shí)序邏輯電路Q(chēng)3Q2Q1圖P6.8的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖000偏離狀態(tài)有效循環(huán)011001110101010100111節(jié)目錄10/18/202216第六章時(shí)序邏輯電路6.2

試作出101序列檢測(cè)器的狀態(tài)圖。該同步電路有一根輸入線(xiàn)X，一根輸出線(xiàn)Z，對(duì)應(yīng)于輸入序列101的最后一個(gè)“1”，輸出Z=1，其余情況下輸出為“0”。(1)101序列可以重疊，例如：(2)101序列不可以重疊，例如：X：010101101Z：000101001X：0101011010Z：0001000010節(jié)目錄10/18/202217第六章時(shí)序邏輯電路(1)解：①輸入變量為X、輸出變量為Z；檢測(cè)器XCPZ題6.2(1)的示意圖初態(tài)（沒(méi)有序列信號(hào)輸入時(shí)電路的狀態(tài)）為S0,設(shè)X恰為101。②狀態(tài)個(gè)數(shù)的確定；節(jié)目錄10/18/202218第六章時(shí)序邏輯電路③狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系S2S1S01/00/01/1題6.2(1)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖10101…X/Z節(jié)目錄10/18/202219第六章時(shí)序邏輯電路題6.2(1)的原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖0/01/00/011…100…X/ZS2S1S01/00/01/1節(jié)目錄10/18/202220第六章時(shí)序邏輯電路(2)解：①輸入變量為X、輸出變量為Z；檢測(cè)器XCPZ題6.2(2)的示意圖初態(tài)（沒(méi)有序列信號(hào)輸入時(shí)電路的狀態(tài)）為S0,設(shè)X恰為101。②狀態(tài)個(gè)數(shù)的確定；節(jié)目錄10/18/202221第六章時(shí)序邏輯電路③狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系S2S1S01/00/01/1題6.2(2)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖10101…X/Z節(jié)目錄10/18/202222第六章時(shí)序邏輯電路題6.2(2)的原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖0/01/00/011…100…X/ZS2S1S01/00/01/1節(jié)目錄10/18/202223第六章時(shí)序邏輯電路例1

試給出一個(gè)自動(dòng)售飲料機(jī)的原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。它的投幣口每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角硬幣后機(jī)器自動(dòng)給出一杯飲料，投入兩元（兩枚一元）硬幣后，在給出飲料的同時(shí)找回一枚五角的硬幣。解：①輸入變量為A、B，輸出變量為Y、Z；取投幣信號(hào)為輸入變量，用A、B表示，給出飲料信號(hào)和找錢(qián)信號(hào)為輸出變量，用Y、Z表示。節(jié)目錄10/18/202224第六章時(shí)序邏輯電路A、B為1分別表示投入一枚一元硬幣和一枚五角硬幣，為0表示未投入。Y、Z為1分別表示給出飲料和找回一枚五角硬幣，為0分別表示不給飲料和不找回一枚五角硬幣。假定通過(guò)傳感器產(chǎn)生的投幣信號(hào)（A=1或B=1）在電路轉(zhuǎn)入新?tīng)顟B(tài)的同時(shí)也隨之消失。節(jié)目錄10/18/202225第六章時(shí)序邏輯電路②狀態(tài)個(gè)數(shù)的確定；③狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系S2S1S001/0001/0001/10例1的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖AB/YZ節(jié)目錄10/18/202226第六章時(shí)序邏輯電路例1的原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖00/0000/0010/00AB/YZS2S1S001/0001/0001/1010/1000/0010/11節(jié)目錄10/18/202227第六章時(shí)序邏輯電路6.3

對(duì)下列原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移表進(jìn)行簡(jiǎn)化。S(t)N(t)Z(t)XX0101AAB00BCA01CBD01DDC00表習(xí)題6.3-(1)節(jié)目錄10/18/202228第六章時(shí)序邏輯電路②進(jìn)行順序比較，作隱含表解：①作狀態(tài)對(duì)圖ABCDCB×ABCDCB×ADBC××(a)(b)節(jié)目錄10/18/202229第六章時(shí)序邏輯電路③進(jìn)行關(guān)聯(lián)比較(c)×ABCDCB×ADBC××④作最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表a.列出所有的等價(jià)對(duì)。b.列出最大等價(jià)類(lèi)。c.進(jìn)行狀態(tài)合并，并列出最簡(jiǎn)狀態(tài)表。BC、AD將BC合并為狀態(tài)b，AD合并為a，則BC、AD節(jié)目錄10/18/202230第六章時(shí)序邏輯電路S(t)N(t)/Z(t)X=0X=1aa/0b/0bb/0a/1習(xí)題6.3-(1)的最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表節(jié)目錄10/18/202231第六章時(shí)序邏輯電路例2

已知原始狀態(tài)有A、B、C、D、E、F、G、H，經(jīng)畫(huà)隱含表進(jìn)行比較，得到等價(jià)狀態(tài)對(duì)：AE、AC、AG、BF、CE、CG、EG。試問(wèn)最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中有幾個(gè)狀態(tài)。解：最大等價(jià)類(lèi)為：ACEG、BF、D、H所以最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中有4個(gè)狀態(tài)。節(jié)目錄10/18/202232第六章時(shí)序邏輯電路6.4

試畫(huà)出用MSI移存器74194構(gòu)成8位串行—并行碼的轉(zhuǎn)換電路（用三片74194或兩片74194和一個(gè)D觸發(fā)器）。解：(1)用三片74194構(gòu)成。節(jié)目錄10/18/202233第六章時(shí)序邏輯電路題6.4圖1串入節(jié)目錄10/18/202234第六章時(shí)序邏輯電路題6.48位串入—并出轉(zhuǎn)換電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表準(zhǔn)備送數(shù)010CP7↑準(zhǔn)備右移0110CP6↑準(zhǔn)備右移01110CP5↑準(zhǔn)備右移011110CP4↑準(zhǔn)備右移0111110CP3↑準(zhǔn)備右移01111110CP2↑準(zhǔn)備右移01111111CP1↑準(zhǔn)備送數(shù)110清0下一操作Q0

′M0

M1

D0

′Q1

′Q2

′Q3

′Q4

′Q5

′Q6

′Q7

′Q8

′D0

′D1

′D0

′D1

′D2

′D0

′D1

′D2

′D3

′D0

′D1

′D2

′D3

′D4

′D0

′D1

′D2

′D3

′D4

′D5

′D0

′D1

′D2

′D3

′D4

′D5

′D0

′D1

′D2

′D3

′D4

′D5

′D6

′D6

′D7

′0000000CP8↑11011111110準(zhǔn)備右移0節(jié)目錄10/18/202235第六章時(shí)序邏輯電路(2)用兩片74194和一個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成。題6.4圖2串入節(jié)目錄10/18/202236第六章時(shí)序邏輯電路串入題6.4圖3節(jié)目錄10/18/202237第六章時(shí)序邏輯電路6.12用四個(gè)D觸發(fā)器設(shè)計(jì)以下電路：

(1)異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器；解：異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)為a.T′FF形式b.CP1=CP，CPi

=Qi-1

(上升沿觸發(fā))(i=2,3,…,n)節(jié)目錄10/18/202238第六章時(shí)序邏輯電路電路如下圖所示。題6.12電路圖節(jié)目錄10/18/202239第六章時(shí)序邏輯電路6.17寫(xiě)出圖P6.17電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表及模長(zhǎng)M=?題P6.17節(jié)目錄10/18/202240第六章時(shí)序邏輯電路解：由圖知，74161的預(yù)置數(shù)為Q3Q211，預(yù)置數(shù)控制端LD接Q1。電路先異步清零，則起始狀態(tài)為0000，列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表如下所示。nnn由狀態(tài)轉(zhuǎn)移表知，模長(zhǎng)M=8，且具備自啟動(dòng)性。節(jié)目錄10/18/202241第六章時(shí)序邏輯電路CP↓個(gè)數(shù)Q3Q2Q1Q0LD000000100111201000301111410000510111611000711111800000題P6.17狀態(tài)轉(zhuǎn)移表節(jié)目錄10/18/202242第六章時(shí)序邏輯電路CP↓個(gè)數(shù)Q3Q2Q1Q0LD0000

101001

1√10001

011001

1√10010101011

1√10011

011011

1√1CP↓個(gè)數(shù)Q3Q2Q1Q0LD0100

101101

1√10101

011101

1√10110101111

1√10111

011111

1√1續(xù)表續(xù)表節(jié)目錄10/18/202243第六章時(shí)序邏輯電路6.22

試分析圖P6.22(b)計(jì)數(shù)器的分頻比為多少？圖P6.22(b)節(jié)目錄10/18/202244第六章時(shí)序邏輯電路解：兩片74161都處于計(jì)數(shù)狀態(tài)(P=T=1)，第1片74161的預(yù)置數(shù)為(1001)2

，第2片74161的預(yù)置數(shù)為(0111)2

，都使用置最小數(shù)法實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。對(duì)第1片74161：M1=N1-9，M1=7對(duì)第2片74161：M2=N2-7，M2=9兩片74161采用異步級(jí)聯(lián)方式，所以總模值M為M=M1M2=7×9=63即：fCP:fZ=63:1節(jié)目錄10/18/202245第六章時(shí)序邏輯電路6.25

試用7490設(shè)計(jì)用8421BCD編碼的模7計(jì)數(shù)器。解：先把7490設(shè)計(jì)成8421BCD輸出的模10計(jì)數(shù)器(1)用R01

、R02

作反饋端；

(2)用S91

、S92

作反饋端。

(1)用R01

、R02

作反饋端，即利用異步復(fù)0法，起跳狀態(tài)為S7，即(0111)8421BCD，電路圖如下所示。節(jié)目錄10/18/202246第六章時(shí)序邏輯電路題6.25(1)圖節(jié)目錄10/18/202247第六章時(shí)序邏輯電路(2)用S91

、S92

作反饋端，即利用異步置最大數(shù)法，起跳狀態(tài)為SM-1，即S6

，(0110)8421BCD，電路圖如下所示。題6.25(2)圖節(jié)目錄10/18/202248第六章時(shí)序邏輯電路6.35用DFF設(shè)計(jì)移存型序列信號(hào)發(fā)生器，要求產(chǎn)生的序列信號(hào)為(1)11110000…；解：①求觸發(fā)器的級(jí)數(shù)得n=3。②列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表M=8，由節(jié)目錄10/18/202249第六章時(shí)序邏輯電路111111模數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移路線(xiàn)Q1Q2Q3M=1×③取n=4，列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表及相應(yīng)D1的值。節(jié)目錄10/18/202250第六章時(shí)序邏輯電路Q(chēng)4Q3Q2Q1狀態(tài)轉(zhuǎn)移路線(xiàn)模數(shù)D1

11110

11100

11000

10000

00001

00011

00