青島科技大學(xué)數(shù)電第六章 時序邏輯電路 . 時序邏輯電路的設(shè)計方法

5.4時序邏輯電路的設(shè)計方法

同步時序邏輯電路的設(shè)計方法步驟：一邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1.分析給定的邏輯問題，確定輸入變量、輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取結(jié)果作輸出邏輯變量；2.定義輸入、輸出邏輯狀態(tài)和每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號；3.按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。二狀態(tài)化簡若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣的一個狀態(tài)去，則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)。等價狀態(tài)可以合并，，這樣設(shè)計的電路狀態(tài)數(shù)少，電路越簡。三狀態(tài)分配狀態(tài)分配也叫狀態(tài)編碼a.確定觸發(fā)器的數(shù)目；b.確定電路的狀態(tài)數(shù),應(yīng)滿足2n－1<M≤2n;c.進行狀態(tài)編碼，即將電路的狀態(tài)和觸發(fā)器狀態(tài)組合對應(yīng)起來。四選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程a.選定觸發(fā)器的類型；b.由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）和選定的狀態(tài)編碼、觸發(fā)器的類型，寫出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程。五根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖六檢查設(shè)計的電路能否自啟動若電路不能自啟動，則應(yīng)采取下面措施：a.通過預(yù)置數(shù)將電路狀態(tài)置成有效循環(huán)狀態(tài)中；b.通過修改邏輯設(shè)計加以解決。同步時序邏輯電路設(shè)計過程框圖如圖所示。例5.4.1試設(shè)計一個帶有進位輸出端的十三進制計數(shù)器。解：由于電路沒有輸入變量，故屬于穆爾型同步時序電路。設(shè)進位輸出信號為C，有進位輸出為C＝1,無進位輸出時C＝0。根據(jù)題意，M＝13,其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可示意為圖所示。由于M＝13,故應(yīng)取n=4，取其中的13個狀態(tài)，不能再簡化。按十進制數(shù)取0000～1100十三個狀態(tài)其狀態(tài)表為其各輸出次態(tài)的卡諾圖如下各輸出端的卡諾圖如下則可寫出電路的狀態(tài)方程和輸出方程為若選用JK觸發(fā)器，則由于其特性方程為故應(yīng)把上述狀態(tài)方程化為JK觸發(fā)器特性方程的標(biāo)準(zhǔn)形式，即則可得出各觸發(fā)器的驅(qū)動方程為由驅(qū)動方程可畫出十三進制計數(shù)器的邏輯電路，如圖所示最后，檢查能否自啟動，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下故電路可以自啟動。例5負.4惠.2方設(shè)慌計一嬸個串偏行數(shù)麥據(jù)檢儉測器后。對邁它的樣要求拘是：握連續(xù)爬輸入祝3個甘或3緒個以賭上的牙1時姻輸出鐵為1移,其胳它情殊況下劣輸出遞為0蒸.解：真設(shè)輸爽入數(shù)侵據(jù)為脫輸入兔變量副，用鎖X表艘示；抱檢測仿結(jié)果海為輸蘇出變康量，走用Y竹表示杰，其畢狀態(tài)隊轉(zhuǎn)換部表為其中曠S0為沒返有1畏輸入劫的以拘前狀真態(tài)，脂S1為輸磨入一莫個1音以后燈的狀響態(tài)，層S2為輸途入兩宣個1菊以后盡的狀印態(tài)，驢S3為連麻續(xù)輸免入3釀個或帥3個辯以上綁1的摟狀態(tài)擁。由狀塔態(tài)表宜可以患看出詢，S2和S3為等哨價狀棍態(tài)，比可以射合并燒成一總個。其化姑簡后扎狀態(tài)倘圖為由于期電路跑的狀般態(tài)為矩3個動，故辭M＝牢3,須應(yīng)取嗓觸發(fā)提器的笛數(shù)目個為n帆＝2烤.取0梯0、芝01柜和1列0分疫別對率應(yīng)S0、S1和S3,若貨選定擾的觸晌發(fā)器評為J餓K觸紀(jì)發(fā)器恨，則蜜其輸堂出端憶的卡日諾圖杰為分開希的卡誰諾圖堤為化簡浸后電嫁路的腐狀態(tài)錦方程港為可得算驅(qū)動霜方程迫為輸出委方程緒為其對非應(yīng)的懶邏輯幕電路淋如圖盟所示其狀盲態(tài)轉(zhuǎn)針換圖吐為由狀側(cè)態(tài)轉(zhuǎn)扒換圖矮可知期，此圓電路聲可以畜自啟答動。儀由于圣電路嗚有輸職入信創(chuàng)號，閉故為正米利期型時你序邏泡輯電矛路。例5叔.4抖.3鳴設(shè)幕計一元個自波動售譜貨飲釣料機眾的邏較輯電價路。彩它的壩投幣鋒口每唇次只愉能投鮮入一慈枚五撫角或其一元司的硬糖幣。架投入索一元爪五角翅錢硬租幣后蹦機器猴自動網(wǎng)給出卡一杯溉飲料今；投歸入兩正元（湖兩枚債一元層）硬導(dǎo)幣后胳，在話給出梢飲料瓦的同蔽時找匹回一秒枚五罷角的夢硬幣血。解：處設(shè)投塔幣信雄號為肅輸入支變量攻A和希B，甚投入罪一枚鞏一元紛硬幣辮時為嫩A＝仿1.環(huán)否則徹為A倉＝0逗;投舍入一肉枚五賽角硬深幣時拴為B體＝1膏,否呀則為緣瑞B(yǎng)＝粘0；度輸出膛為Y居和Z鼓，給恢出飲辜料為未Y＝暈1,由否則凍為Y吐＝0脆;找赤回一青枚五橫角硬妻幣時屢為Z太＝1茫,否語則為保Z＝纖0.則其劫狀態(tài)姥轉(zhuǎn)換蒼表為設(shè)S0為未直投幣律電路獻的初柏始狀啟態(tài)，管S1為投心入五予角硬些幣后朋的狀網(wǎng)態(tài)，啟S2為投劫入一肺元硬遠幣（援包括睜一枚狀一元慌硬幣雖和兩壺枚五濱角硬扭幣）勺后的挪狀態(tài)喝。對應(yīng)彼的狀配態(tài)轉(zhuǎn)罵換圖者為注：銷由于蒜實際民中不錦可能鵝同時剩投入傭一枚體一元牛硬幣拖和五把角硬券幣，曲故A需B＝熟11塵的情脫況不盲出現(xiàn)妻，做爸約束責(zé)項處塊理。設(shè)S0、S1和S2分別灶用0喪0、典01乓和1贈0表灑示，達則取龜觸發(fā)嶼器的蒜位數(shù)罵為M禽＝3則電掛路的召次態(tài)劇/輸摸出的勢卡諾敏圖為分解繩成觸燥發(fā)器史輸出型狀態(tài)達和輸沫出端卵的卡縱諾圖傅為若選陵用D施觸發(fā)鋸器，和則電窮路的牌狀態(tài)金方程娛為驅(qū)動奴方程劫為輸出甩方程巡壽為根據(jù)重驅(qū)動噸方程曲和輸絕出方部程可虧畫出吸實現(xiàn)貍的邏決輯電逐路，店如書胳28溝6圖字所示險.電路逼的狀棕態(tài)轉(zhuǎn)盡換圖摘為注：當(dāng)電路進入到無效狀態(tài)11時，不能自動進入有效循環(huán)，故此電路不能自啟動。另外對于AB＝01或AB＝10雖然能進入到有效循環(huán)中，但收費結(jié)果是錯的。故電路應(yīng)加入異步置零端將電路置為00狀態(tài)。*5.魯4.姻2番時序哈邏輯修電路鄭的自讀啟動閑設(shè)計前一葬節(jié)的受時序迷電路盆設(shè)計便中，點電路郵的自撇啟動圣檢查稻是在離最后他一步西進行雨的，擋如果嘩不能銜自啟膜動，符還要景返回冤來從熔新修讀改設(shè)各計。抖如果透在設(shè)州計過貼程中烈能夠齒考慮牧自啟銹動的坦問題棉，就悠可以刃省略邁檢查揉自啟封動這吃一步鍋驟了焰。例5盈.4禁.4公設(shè)餅計一阿七進翁制計荒數(shù)器表，要岡求它鳥能夠帳自啟胳動。涉已知午該計柿數(shù)器籠的狀諷態(tài)轉(zhuǎn)潛換圖飲及狀砌態(tài)編竹碼如瓶圖所傍示。解：由所昆給的權(quán)狀態(tài)龍圖得盡出電主路次懼態(tài)的煮卡諾零圖為各個五輸出諸端的隙卡諾敘圖為則輸狹出端蠶的狀即態(tài)方魔程為由于北進位四信號蠅是在圖01托1狀瘡態(tài)譯戴出，劇故輸掘出方擋程為注意苗：在上責(zé)述合撥并1敬中，歲如果族將×垃項圈呼入，懇則當(dāng)食作1蓋處理饑；否防則作儉0處濱理。趣這就瘡是無么形中惹給無劈燕效狀走態(tài)（促×）敵指定騰了次固態(tài)。槽如果艷想電距路自充啟動射，必預(yù)須是趣無效攀狀態(tài)瘦的次炭態(tài)應(yīng)倦改為遇有效散狀態(tài)鍛。前面迷所得餓的電婚路狀膏態(tài)方遭程都凱是沒國包含象×，束也就藥是將季它取改成0手00足,仍芒是無車效狀籌態(tài)，廉電路章則不乖會自肥啟動烏。如咸果將獨××卷×取踏成有惡效狀社態(tài)則恒電路狡就會另自啟矮動。染若修般改Q2n＋貢1的卡甚諾圖披如下那么舊電路鵝的狀由態(tài)方詞程改胸為若由判JK臂觸發(fā)弊器構(gòu)延成，欣則應(yīng)喚將上池述狀昌態(tài)方角程改私寫成壓JK趟觸發(fā)潤器特槐性方俊程的歉標(biāo)準(zhǔn)爐形式眨，即則驅(qū)寬動方勉程為根據(jù)城驅(qū)動舌方程惡和輸瞞出方扮程可六畫出培七進趙制計惕數(shù)器匆的邏糕輯電號路如棋圖所慘示。它的缸狀態(tài)揉轉(zhuǎn)換落圖為故電勉路可宅以自扶啟動金。注：赤修改因輸出性端邏衣輯式許時，么也可渡以修則改其忌它兩伏端，陽這視胃得到累的狀拘態(tài)方參程最爺簡而歇定。例5幸.4校.5腔設(shè)密計一張個能央自啟編動的罵3位推環(huán)形傻計數(shù)溉器。晚要求汁它的度有效懸循環(huán)睜狀態(tài)鄙為1唉00篩→0住10呆→輝00民1吳→1委00遇.注意道：在究無效記狀態(tài)未不止窩一個穴的情芒況下址，為桃保證戶電路紡能夠保自啟跳動，塊必須扇使每邊個無截效狀謝態(tài)都章能直貨接或殲間接哲地轉(zhuǎn)戒為某壓一有釘效狀項態(tài)。解：根據(jù)憲題目葡要求宋可得違電路旦的狀稱態(tài)轉(zhuǎn)梨換圖棄和電嚼路次交態(tài)的彈卡諾傻圖為分解登卡諾跪圖，植得出薦各輸撓出端丹的卡休諾圖冠為則最豈簡的臘電路細狀態(tài)悲方程奮為按照勒上式很得到虹的狀功態(tài)轉(zhuǎn)處換圖世為顯然衰按照臭上面居的狀并態(tài)方氧程設(shè)娃計的棚電路彎是不翻能自棚啟動窄的。由下涂面的漂狀態(tài)臟表可計以看錫出在化戰(zhàn)簡狀變態(tài)方區(qū)程的昏同時舍，每刻個無客效的蠟次態(tài)緩已經(jīng)幻玉確定耽了，搶其卡移諾圖紫變成狹：應(yīng)該浸修改或狀態(tài)有方程日，以妹實現(xiàn)旗自啟免動為了限保持性移位司寄存向器內(nèi)擁部結(jié)洗構(gòu)不予變，航應(yīng)只斧修改憂第一藥位觸戶發(fā)器宜的輸骨入，寒故通詢過修條改每玩?zhèn)€無柔效的種Q1的次祖態(tài)，科使它主們的封次態(tài)果進入遭到有比效狀乏態(tài)。Q1n＋吧1的卡壯諾圖罷修改辛為則電多路的墓次態(tài)記的卡云諾圖宜變?yōu)樾薷臄r后電隱路的瓶狀態(tài)桃方程貿(mào)為若用色D觸編發(fā)器些實現(xiàn)痕這個柴計數(shù)柿器，烤其驅(qū)猜動方舞程為根據(jù)嫁上式仔畫出壯的邏勿輯電積路如四圖所克示*異步朱時序咬邏輯渴電路渾的設(shè)裙計方聯(lián)法由于怒異步養(yǎng)時序脂電路贏中的統(tǒng)觸發(fā)獵器不鼻是同較時動降作的估，所要以在艱設(shè)計胳異步陳時序保電路畢時除缸了需巡壽要完非成設(shè)場計同矩步時籠序電接路所舊需步尊驟外能，還律要為騎每個情觸發(fā)沫器選玩定合大適的蠟時鐘絕信號慮。例5錦.4輩.6呼試斤設(shè)計師一個說84仁21紅編碼規(guī)的異己步十隨進制執(zhí)減法涂計數(shù)魚器，店并要儲求所閱設(shè)計如的電妨路能影自啟醬動。解：根據(jù)狼題意基84睜21井編碼誓地異納步十可進制裝減法圣計數(shù)尾器的櫻狀態(tài)親轉(zhuǎn)換復(fù)表及糞狀態(tài)鳳轉(zhuǎn)換唐圖為由于荒對應(yīng)封十個杠狀態(tài)潔是必帆不可慣少的告，因葬此不設(shè)需進湯行化址簡。若選息定觸魂發(fā)器宜的類撕型為鍬JK唇觸發(fā)貼器，蝦則需匯選定奴各個掙觸發(fā)喂器的煩時鐘福信號度。為自觸發(fā)危器挑捐選時軟鐘信幕號的握原則由為：梢1.皇觸發(fā)倚器的優(yōu)狀態(tài)丹應(yīng)該送翻轉(zhuǎn)躲時必修須有近時鐘熊信號立發(fā)生半（上辱升沿挨或下排降沿圾）；奔2.療觸發(fā)級器的模狀態(tài)題不應(yīng)道翻轉(zhuǎn)炊時，互“多腦余的飲”時卸鐘信匆號越兄少越宜好，骨有利材于觸駁發(fā)器宮狀態(tài)伍方程慕和驅(qū)其動方趁程的室化簡靠。由狀陽態(tài)轉(zhuǎn)每換圖括畫出傲電路拜的時次序圖徑為由時序圖可得，第