ch063康華光數(shù)字電子技術(shù)第六版

會(huì)計(jì)學(xué)1ch063康華光數(shù)字電子技術(shù)第六版6.3同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)

同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)是分析的逆過程,其任務(wù)是根據(jù)實(shí)際邏輯問題的要求，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)給定邏輯功能的電路。6.3.1設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路的一般步驟同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)過程第1頁(yè)/共33頁(yè)(1)根據(jù)給定的邏輯功能建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表(2)狀態(tài)化簡(jiǎn)-----求出最簡(jiǎn)狀態(tài)圖；合并等價(jià)狀態(tài)，消去多余狀態(tài)的過程稱為狀態(tài)化簡(jiǎn)等價(jià)狀態(tài)：在相同的輸入下有相同的輸出，并轉(zhuǎn)換到同一個(gè)次態(tài)去的兩個(gè)狀態(tài)稱為等價(jià)狀態(tài)。①明確電路的輸入條件和相應(yīng)的輸出要求，分別確定輸入變量和輸出變量的數(shù)目和符號(hào)。②找出所有可能的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系。③根據(jù)原始狀態(tài)圖建立原始狀態(tài)表。第2頁(yè)/共33頁(yè)(3)狀態(tài)編碼（狀態(tài)分配）；(4)選擇觸發(fā)器的類型(6)畫出邏輯圖并檢查自啟動(dòng)能力。給每個(gè)狀態(tài)賦以二進(jìn)制代碼的過程。根據(jù)狀態(tài)數(shù)確定觸發(fā)器的個(gè)數(shù)，(5)求出電路的激勵(lì)方程和輸出方程；（M:狀態(tài)數(shù);n:觸發(fā)器的個(gè)數(shù)）2n-1<M≤2n

第3頁(yè)/共33頁(yè)例1用D觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)8421BCD碼同步十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。8421碼同步十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次態(tài)現(xiàn)態(tài)計(jì)數(shù)脈沖CP的順序6.3.2同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)舉例第4頁(yè)/共33頁(yè)000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次態(tài)現(xiàn)態(tài)計(jì)數(shù)脈沖CP的順序(2)確定激勵(lì)方程組0000100100011110011010100010110001001000激勵(lì)信號(hào)D3、D2、D1、D0是觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)的函數(shù)D3、D2、D1、D0、是觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)還是次態(tài)的函數(shù)？第5頁(yè)/共33頁(yè)畫出各觸發(fā)器激勵(lì)信號(hào)的卡諾圖

第6頁(yè)/共33頁(yè)畫出邏輯圖第7頁(yè)/共33頁(yè)畫出完全狀態(tài)圖電路具有自啟動(dòng)能力(3)畫出邏輯圖，并檢查自啟動(dòng)能力第8頁(yè)/共33頁(yè)例2:設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器。電路的輸入信號(hào)X是與時(shí)鐘脈沖同步的串行數(shù)據(jù)，輸出信號(hào)為Z；要求電路輸入信號(hào)X出現(xiàn)110序列時(shí)，輸出信號(hào)Z為1，否則為0。a——初始狀態(tài);b——A輸入1后;c——A輸入11后;d——A輸入110后。2.）定義輸入輸出邏輯狀態(tài)和每個(gè)電路狀態(tài)的含義；1.）確定輸入、輸出變量及電路的狀態(tài)數(shù):輸入變量：A狀態(tài)數(shù)：4個(gè)輸出變量：Z解:(1)根據(jù)給定的邏輯功能建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表第9頁(yè)/共33頁(yè)2.狀態(tài)化簡(jiǎn)（2）列出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換表現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出A=0A=1aa

/0b

/0ba

/0c

/0cd/1c/0da/0b/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)／輸出A=0A=1aa/0b

/0ba

/0c/0ca/1c

/0abc0/01/00/01/01/00/1第10頁(yè)/共33頁(yè)（3）狀態(tài)分配令a=00，b=01，c=11，現(xiàn)態(tài)Q1Q0Q1n+1Q0n+1／YA=0A=10000

/001

/00100

/011

/01100

/111

/0（4）選擇觸發(fā)器的類型觸發(fā)器個(gè)數(shù):兩個(gè)。類型：采用對(duì)CP

下降沿敏感的

JK

觸發(fā)器。abc0/01/00/01/01/00/1第11頁(yè)/共33頁(yè)

（5）求激勵(lì)方程和輸出方程現(xiàn)態(tài)Q1Q0Q1n+1Q0n+1／YA=0A=10000

/001

/00100

/011

/01100

/111

/0J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及激勵(lì)信號(hào)K0J0K1J1激勵(lì)信號(hào)YA0000000××00010100××10100000××1×00111101×0×110001×1×1111110×0第12頁(yè)/共33頁(yè)

卡諾圖化簡(jiǎn)得激勵(lì)方程輸出方程第13頁(yè)/共33頁(yè)

（6）根據(jù)激勵(lì)方程和輸出方程畫出邏輯圖,并檢查自啟動(dòng)能力激勵(lì)方程輸出方程第14頁(yè)/共33頁(yè)當(dāng)=10時(shí)100001110/01/00/01/01/00/10/11/0輸出方程能自啟動(dòng)檢查自啟動(dòng)能力和輸出A=0=00A=1=11第15頁(yè)/共33頁(yè)輸出方程修改電路卡諾圖化簡(jiǎn)去掉無(wú)關(guān)項(xiàng)第16頁(yè)/共33頁(yè)解：據(jù)題意可直接由波形圖1、畫出電路狀態(tài)圖。2、確定觸發(fā)器的類型和個(gè)數(shù)觸發(fā)器類型：上升沿觸發(fā)的JK邊沿觸發(fā)器。

例2:試設(shè)計(jì)一個(gè)同步時(shí)序電路，要求電路中觸發(fā)器Q0、Q1、Q2

及輸出Y端的信號(hào)與CP時(shí)鐘信號(hào)波形滿足下圖所示的時(shí)序關(guān)系。000100010110000001觸發(fā)器個(gè)數(shù)：3個(gè)3、求出電路的激勵(lì)方程和輸出方程；Y

CP

Q1

Q2

Q0

第17頁(yè)/共33頁(yè)J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X10000010001110011001000101000100000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n

00

01

11

10

0

0

0

1

0

1

XX

XJ2

Q1nQ0n

Q2nX

00

01

11

10

0

X

X

X

1

1X

XK2

Q1nQ0n

Q2nXX10000010001110011001000101000100000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2nK0=1J1=Q0nK1=Q0nJ1J2J0K2K1K00X0X0X1XX10X1XX0X10X1XX11XX10X第18頁(yè)/共33頁(yè)

求激勵(lì)方程的第二種方法求狀態(tài)方程：Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y00000100010100010011001110001000001

00

01

11

10

0

0

0

0

1

1X

XY

Q1nQ0n

Q2nX0第19頁(yè)/共33頁(yè)K0=1J1=Q0n

4、畫出邏輯圖K2=1 K1=Q0n

00

01

11

10

0

0

0

0

1

1X

XY

Q1nQ0n

Q2nX0第20頁(yè)/共33頁(yè)5、檢查自啟動(dòng)能力電路具備自啟動(dòng)能力Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y00000100010100010011001110001000001101010111001011110001第21頁(yè)/共33頁(yè)Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y00000100010100010011001110001000001101010111001011110001修改輸出方程：電路的輸出有錯(cuò)！000

00

01

11

10

0

0

0

0

1

1X

XY

Q1nQ0n

Q2nX0第22頁(yè)/共33頁(yè)修改后的邏輯圖第23頁(yè)/共33頁(yè)例；用D觸發(fā)器設(shè)計(jì)狀態(tài)變化滿足下狀態(tài)圖的時(shí)序邏輯電路第24頁(yè)/共33頁(yè)1、列出原始狀態(tài)表原始狀態(tài)表f/1a/0gf/1g/0ff/1a/0ef/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次態(tài)/輸出（Sn+1/Y）現(xiàn)態(tài)（Sn）第25頁(yè)/共33頁(yè)f/1a/0gf/1g

/0ff/1a/0ef/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次態(tài)/輸出（Sn+1/Y）現(xiàn)態(tài)（Sn）第一次化簡(jiǎn)狀態(tài)表f/1e/0ff/1a/0ef/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次態(tài)/輸出（Sn+1/Y）現(xiàn)態(tài)（Sn）2、狀態(tài)表化簡(jiǎn)第26頁(yè)/共33頁(yè)011/1000/0100011/1100/0011011/0000/0010011/0010/0001001/0000/0000A=1A=0次態(tài)/輸出（Sn+1/Y）現(xiàn)態(tài)（Sn）已分配狀態(tài)的狀態(tài)表3、狀態(tài)編碼a=000;b=001;c=010;d=011;e=100最后簡(jiǎn)化的狀態(tài)表d/1a/0ed/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次態(tài)/輸出（Sn+1/Y）現(xiàn)態(tài)（Sn）第27頁(yè)/共33頁(yè)三種狀態(tài)分配方案狀態(tài)方案1自然二進(jìn)制碼方案2格雷碼方案3“一對(duì)一”a00000000001b00100100010c01001100100d01101001000e10011010000第28頁(yè)/共33頁(yè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表11101001000