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時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐計(jì)數(shù)器CLOCK觸發(fā)器輸出組合電路輸出觸發(fā)器輸入Setup-timemarginHold-timemarginTimingdiagram電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍LatchesandFlip-Flops1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4Q1,2C1D2D3,4C3D4D74x375D鎖存器PRDQCLKQCLR74x74PRJQCLKK
QCLR74x109PRJQCLKK
QCLR74x112P484圖8-3引腳電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍Switchdebouncing+5VSW_LDSW開關(guān)閉合SW_LDSW開關(guān)打開閉合第1次接觸觸點(diǎn)抖動(dòng)SW_LDSW理想情況電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍SW_LSW0011SW_LSW0011開關(guān)閉合0011SW_LSW0011SW_LSW1100電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍SW_LSWDSW開關(guān)閉合
figure8-5該方法一般不與高速cmos型器件(74ACT**)一起使用一般與wimpy系列邏輯一起使用(HCT,LS-TTLS)QQLSQRQ+5V電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍BUSholdercircuitABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774x138EN1EN2_LEN3_LSRC0SRC1SRC2P0P1P7SDATA電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍DQCQDQCQDQCQDQCQDIN[3:0]WRDOUT[3:0]RDMultibitregistersandlatches電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍4位寄存器74x1756位寄存器74x174P488圖8-91D2D3D4DCLKCLR_L電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍8位寄存器74x374(三態(tài)輸出)OE輸出使能電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍74x377(時(shí)鐘使能)74x273(異步清零)CLK74x374(輸出使能)Figure8-10Figure8-12Figure8-13電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍寄存器(register)和鎖存器(latch)有什么區(qū)別?寄存器:邊沿觸發(fā)特性鎖存器:C有效期間輸出跟隨輸入變化74x374輸出使能8位寄存器74x373輸出使能8位鎖存器電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍什么是計(jì)數(shù)器counters:狀態(tài)圖中包含一個(gè)循環(huán)的任何時(shí)序邏輯電路都可稱為計(jì)數(shù)器ABCDE形成一個(gè)閉合的狀態(tài)圈modulos:計(jì)數(shù)器循環(huán)狀態(tài)圈中狀態(tài)的個(gè)數(shù);又稱為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,也可叫分頻Modulo-5counterExtrastatesofcounter:如果模非2的冪,則必會(huì)引入循環(huán)圈外的多余狀態(tài)如果采用3bit編碼,則還有3個(gè)狀態(tài)在循環(huán)圈外,屬于多余狀態(tài),self-start?TFlip-FlopRipplecounters(asynchronouscounters)----figure8-24Synchronouscounterswithenableseriallogic---figure8-25Synchronouscounterswithparallelenablelogic---figure8-29計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式:計(jì)數(shù)器的循環(huán)狀態(tài)一什么樣形式進(jìn)行編碼,就是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式Itisadivide-by-5counter.binarycounter電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍二進(jìn)制計(jì)數(shù)器Binarycounters:計(jì)數(shù)方式為二進(jìn)制,即狀態(tài)循環(huán)圈的狀態(tài)編碼是二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器;二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器:編碼由小到大的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器;二進(jìn)制減計(jì)數(shù)器:編碼由大到小的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器;000,0Ex1:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)模為7的二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器,要求在一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出有效1、狀態(tài)圖:根據(jù)其計(jì)數(shù)方式來構(gòu)建001,0010,0011,0100,0101,0110,1Q2Q1Q0,Y2、轉(zhuǎn)移/輸出表3、激勵(lì)/輸出表4、激勵(lì)方程與輸出方程5、根據(jù)題意討論未用狀態(tài)6、畫圖請(qǐng)問用最小成本設(shè)計(jì)和最小風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)會(huì)有什么不同?電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍二進(jìn)制計(jì)數(shù)器續(xù)110,0Ex2:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)模為7的二進(jìn)制減計(jì)數(shù)器,要求在一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)借位輸出有效1、狀態(tài)圖:根據(jù)其計(jì)數(shù)方式來構(gòu)建101,0100,0011,0010,0001,0000,1Q2Q1Q0,B2、轉(zhuǎn)移/輸出表3、激勵(lì)/輸出表4、激勵(lì)方程與輸出方程5、根據(jù)題意討論未用狀態(tài)6、畫圖請(qǐng)問用最小成本設(shè)計(jì)和最小風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)會(huì)有什么不同?電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍十進(jìn)制計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器:計(jì)數(shù)方式為BCD碼,也有加/減十進(jìn)制計(jì)數(shù)器之分;0000,00001,00010,00011,00100,01001,11000,00111,00110,00101,0Q3Q2Q1Q0,Y十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器1001,01000,00111,00110,00101,00000,10001,00010,00011,00100,0Q3Q2Q1Q0,B十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍其他計(jì)數(shù)方式的計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的步驟:1、根據(jù)計(jì)數(shù)方式構(gòu)建狀態(tài)輸出圖2、根據(jù)狀態(tài)輸出圖構(gòu)建轉(zhuǎn)移輸出表3、根據(jù)轉(zhuǎn)移輸出表構(gòu)建激勵(lì)輸出表4、根據(jù)激勵(lì)輸出表求出激勵(lì)方程和輸出方程Ex3:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)3BIT的GRAY碼計(jì)數(shù)器1、根據(jù)計(jì)數(shù)方式構(gòu)建狀態(tài)輸出圖000001011010101111110100計(jì)數(shù)方式為GRAY碼請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)步驟完成以后的設(shè)計(jì)Q2Q1Q0電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍環(huán)行計(jì)數(shù)器n位環(huán)行計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式的計(jì)數(shù)方式如下面的例子所示:1000100013位環(huán)行計(jì)數(shù)器10000100001000014位環(huán)行計(jì)數(shù)器Ex3:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)3位環(huán)行計(jì)數(shù)器步驟一:狀態(tài)圖,如上步驟二:狀態(tài)表,如下:100Q2Q1Q0010Q2*Q1*Q0*010001001100000ddd011ddd101ddd110ddd111ddd步驟三:激勵(lì)表,如下:選擇D觸發(fā)器100Q2Q1Q0010D2D1D0010001001100000ddd011ddd101ddd110ddd111ddd下頁(yè)最小成本設(shè)計(jì)n位環(huán)行計(jì)數(shù)器模為n電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍環(huán)行計(jì)數(shù)器續(xù)步驟四:畫卡諾圖求出激勵(lì)方程D2D1D0:D2=Q0;D1=Q2;D0=Q1>DQQN>DQQN>DQQNFF2FF1FF0CPD2Q0該電路是一個(gè)反饋移位寄存器:反饋函數(shù)為F=Q0F=Q0串行輸入串行輸出移位寄存器的反饋函數(shù)的輸出為串行輸入,它是各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)輸出的函數(shù)在最小成本設(shè)計(jì)中,n位環(huán)行計(jì)數(shù)器就是n位的移位寄存器的串出接到串入構(gòu)成反饋的器件該邏輯存在風(fēng)險(xiǎn)嗎?即能不能自行啟動(dòng)?根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程討論未用狀態(tài)的次態(tài)000111011101110不能回到計(jì)數(shù)循環(huán)中的狀態(tài),故不能自行啟動(dòng)電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍扭環(huán)計(jì)數(shù)器(約翰遜計(jì)數(shù)器)n位扭環(huán)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式的計(jì)數(shù)方式如下面的例子所示:0000010111111101003位扭環(huán)計(jì)數(shù)器0000000100114位扭環(huán)計(jì)數(shù)器01111000110011101111Ex4:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)3位扭環(huán)計(jì)數(shù)器步驟一:狀態(tài)圖,如上步驟二:狀態(tài)表,如下:000Q2Q1Q0001Q2*Q1*Q0*001011011111111110110100100000010ddd101ddd步驟三:激勵(lì)表,如下:選擇D觸發(fā)器Q2Q1Q0D2D1D0下頁(yè)最小成本設(shè)計(jì)000001001011011111111110110100100000010ddd101dddn位扭環(huán)計(jì)數(shù)器模2n電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍扭環(huán)計(jì)數(shù)器續(xù)步驟四:畫卡諾圖求出激勵(lì)方程D2D1D0:D2=Q1;D1=Q0;D0=Q2‘>DQQN>DQQN>DQQNFF0FF1FF2CPD2Q0該電路是一個(gè)反饋移位寄存器:反饋函數(shù)為F=Q2‘F=Q2’串行輸入串行輸出在最小成本設(shè)計(jì)中,n位扭環(huán)計(jì)數(shù)器就是n位的移位寄存器的串出的非接到串入構(gòu)成反饋的器件該邏輯存在風(fēng)險(xiǎn)嗎?即能不能自行啟動(dòng)?根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程討論未用狀態(tài)的次態(tài)010101不能回到計(jì)數(shù)循環(huán)中的狀態(tài),故不能自行啟動(dòng)電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍MSI計(jì)數(shù)器芯片:’163功能介紹:1、CLK:時(shí)鐘,‘163為同步時(shí)鐘器件2、CLR為低電平有效的同步清零控制端輸入:如果CLR有效,則在觸發(fā)沿來臨后的次態(tài)更新的結(jié)果將是“0000”;3、LD為低電平有效的同步預(yù)置控制端輸入:如果LD有效,則在觸發(fā)沿來臨后的次態(tài)更新的結(jié)果將是“DCBA”的輸入;4、只有當(dāng)ENP和ENT同時(shí)有效時(shí),狀態(tài)輸出QDQCQBQA才能輸出有效的狀態(tài);只有ENT有效,RCO才能有有效的輸出5、ABCD輸入為預(yù)置狀態(tài)的輸入;6、QDQCQBQA為計(jì)數(shù)器的狀態(tài)輸出;7、RCO為行波輸出,有稱為進(jìn)位輸出;當(dāng)輸出狀態(tài)為’1111‘時(shí),產(chǎn)生一個(gè)有效的RCO輸出;模為16的同步二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器Moore型時(shí)序邏輯電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍’163介紹續(xù)正常使用下的‘163器件’163器件時(shí)序圖0123414131211105698715,1’163器件狀態(tài)圖電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍利用74x163實(shí)現(xiàn)任意二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器——利用CLR方法一:充分利用CLR清零端前提:初狀態(tài)為計(jì)數(shù)“0”狀態(tài)012345思路:令計(jì)數(shù)狀態(tài)“5”時(shí)產(chǎn)生一個(gè)CLR有效,而在計(jì)數(shù)狀態(tài)“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、CLR都無效;這樣當(dāng)?shù)接?jì)數(shù)狀態(tài)“5”時(shí),狀態(tài)機(jī)狀態(tài)隨CLR的有效而回到計(jì)數(shù)狀態(tài)“0”EX5:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)模6的二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器關(guān)鍵問題轉(zhuǎn)換為在上述分析情況下求CLR的激勵(lì)情況QDQCQBQA000111100001111011dd10d1ddd1ddddCLRCLR=QC’+QA’=(QCQA)’電路連接在下頁(yè)規(guī)律總結(jié):該題目中末狀態(tài)為0101,即末狀態(tài)中QC和QA輸出1;而最后的結(jié)果是將QCQA進(jìn)行與非運(yùn)算,結(jié)果反饋到CLR端該規(guī)律可以推廣,如果初狀態(tài)為“0”,而要用到CLR輸入端,則只需將末狀態(tài)中輸出為邏輯“1”的狀態(tài)變量構(gòu)成一個(gè)與非門反饋回CLR端即可電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍利用74x163實(shí)現(xiàn)任意二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器——利用CLR續(xù)EX5計(jì)數(shù)器的電路實(shí)現(xiàn)CP5VEX6:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)模14的二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器利用剛次總結(jié)的規(guī)律來實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)機(jī)末狀態(tài)為計(jì)數(shù)’13‘QDQCQBQA1101將QDQCQA構(gòu)成一個(gè)與非關(guān)系反饋回CLR5VCP電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍利用74x163實(shí)現(xiàn)任意二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器——利用LD方法二:充分利用LD預(yù)置端工作條件:如果計(jì)數(shù)循環(huán)的初狀態(tài)不是“0”,而是其他計(jì)數(shù)狀態(tài)思路:令計(jì)數(shù)狀態(tài)“12”時(shí)產(chǎn)生一個(gè)LD有效,而在計(jì)數(shù)狀態(tài)“8”、“9”、“10”、“11”、“12”、LD都無效;這樣當(dāng)?shù)接?jì)數(shù)狀態(tài)“13”時(shí),狀態(tài)機(jī)狀態(tài)隨LD的有效而回到計(jì)數(shù)狀態(tài)“DCBA”的預(yù)置數(shù)所輸入的狀態(tài);這時(shí)DCBA應(yīng)該等于初狀態(tài)“0111”789101112EX7:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)模6的二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)方式如右圖所示:QDQCQBQA0001111000011110dd01dddddd1d1d11LDLD=(QDQC)’電路圖在下頁(yè)電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍利用74x163實(shí)現(xiàn)任意二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器——利用LD續(xù)5VCPEx7電路圖總結(jié):1、如果用與非門實(shí)現(xiàn)對(duì)LD的控制,可以采用對(duì)CLR控制的相同方法:即查找末狀態(tài),把輸出為
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