序列信号发生器.ppt

补充：序列信号发生器（sequencegenerator),序列信号：在数字信号的传输和数字系统的测试中，有时需要用到一组特定的串行数字信号，通常把这种串行数字信号叫做序列信号。能够循环地产生序列信号的电路称为序列信号发生器。序列的长度：序列信号有多少位，就称序列长度为多少。例如：序列为00011，则序列长度为5。,补充：序列信号发生器（sequencegenerator),序列信号发生器的构成方法有多种：,1.使用环形计数器设计“10000”型序列信号发生器；2.使用扭环计数器设计“111000”（n个“1”，n个“0”）型序列信号发生器；3.任意类型的序列信号发生器3-1.使用D触发器设计3-2.使用计数器和多路复用器设计序列信号发生器；3-3.用移位寄存器和反馈组合电路（分立门电路，译码器，多路复用器）设计（环行计数器和扭环计数器属于此类）；4.用线性反馈移位寄存器计数器设计最大长度的序列,1.顺序脉冲发生器（10000类序列）,有效状态,1000,0001,0100,0010,利用环形计数器器构成“1000”序列发生器注意自校正（环形计数器）,74x194的任何一位Q输出（如Q0）都可以实现“1000”序列。,2.用扭环计数器设计“11110000”序列发生器,CLK,Q0,Q1,Q2,Q3,有效圈,利用扭环计数器构成“11110000”序列发生器注意自校正（Johnson计数器）,74x194的任何一位Q输出（如Q0）都可以实现“11110000”序列。,例：设计一个110100序列信号发生器方法：利用D触发器设计利用计数器和多路复用器器设计利用移位寄存器和反馈组合电路（分立门电路，译码器，多路复用器）设计,3.任意序列信号发生器,3.1利用D触发器设计一个110100序列信号发生器,1、画状态转换图,2、状态编码,000101表示S0S5,时序电路的不同状态表示输出序列中不同位。设输出信号为Y。,3、列状态转换输出表,3.1利用D触发器设计一个110100序列信号发生器,4、得到激励方程和输出方程,1,1,1,d,d,D0=Q0,1,1,d,d,D1=Q2Q1Q0+Q1Q0,3.1利用D触发器设计一个110100序列信号发生器,1,1,d,d,D2=Q2Q0+Q1Q0,1,1,1,d,d,Y=Q2Q1+Q1Q0,3.1利用D触发器设计一个110100序列信号发生器,5、检查电路的自启动能力,000,001,010,011,100,101,110,111,电路是自启动的.,6、得到电路图(略),3.1利用D触发器设计一个110100序列信号发生器,3.2用计数器和多路复用器器构成序列信号发生器,方法：1）如果序列长度为L，则将计数器接成L进制的计数器：“n1n1+L”(置数法或清零法）2）将多路复用器的数据输入“Dn1Dn1+L”接成要产生序列的信号。3）将计数器的输出端接到多路复用器的地址输入端。,例：产生一个6位的序列信号110100,（置数法）,数据选择器74x151的输入D0-D5接成110100。计数器74x163接成0-5计数，并连接到74x151的选择输入端CBA，以选择74x151的D0-D5作为输出，从而产生所需序列。,例：产生一个6位的序列信号110100,（清零法）,数据选择器74x151的输入D0-D5接成110100。计数器74x163接成0-5计数，并连接到74x151的选择输入端CBA，以选择74x151的D0-D5作为输出，从而产生所需序列。,3.2用计数器和多路复用器构成序列信号发生器,例：产生一个8位的序列信号00010111,CLOCK,0,数据选择器74x151的输入D0-D7接成00010111。计数器74x163接成0-7计数，并连接到74x151的选择输入端CBA，以选择74x151的D0-D7作为输出，从而产生所需序列。,类似，可以用计数器和多路复用器产生长度不大于8的序列信号，如“1000”、“111000”等。,3.3用移位寄存器和反馈组合电路实现序列发生器,设计原理：,根据要产生的序列得到串行输入表达式，再根据此表达式得到串行输入的电路，这是一个组合电路，可以用逻辑门电路实现，也可以用译码器或者多路复用器实现。,3.3.1用分立的D触发器构成移位寄存器实现序列发生器3.3.2用MSI移位寄存器（74X194）实现序列发生器,步骤：1）确定移位寄存器的位数。设序列信号的长度为L，则要求移位寄存器的位数n满足条件：2nL首先选择满足此条件的最小值N1，根据数据左移，画出状态图（序列信号的长度为L，则画出的状态图中一定有L个状态），检查状态图中的L个状态是否两两不同，如果是，则N1可用，进入步骤3；否则进行步骤2。,3.3用移位寄存器和反馈组合电路实现序列发生器,3.3用移位寄存器实现序列发生器,3.3.1用分立的D触发器构成移位寄存器实现序列发生器3.3.2用MSI移位寄存器（74X194）实现序列发生器,步骤（续）：2）将移位寄存器的位数增加1，即变为(N1+1),重新画出状态图，再检查状态图中的L状态是否两两不同，如果是，则（N1+1）可用；否则将移位寄存器的位数再增加1，即变为(N1+2),重复上面过程，直到状态图中的L状态两两不同为止。这时的移位寄存器的位数才是最后的值。3）再根据状态图画出状态转换表，求出左移时最低位输入的卡诺图，并求出其表达式。如果有无关项，还要求检察电路的自启动能力。4）根据最低位输入表达式，用分立门电路，或者译码器，或者多路复用器实现反馈输入的组合电路。移位寄存器的某位输出即为所要求的序列信号。,3.3.1用D触发器构成的移位寄存器实现序列信号发生器,例：产生一个8位的序列信号00010111,解：因为序列长度为8，所以至少需要3个D触发器构成左移的移位寄存器。,状态图：Q2Q1Q0,状态图中的8个状态两两互不相等。,10111000,Q2*Q1*Q0*,000001010101011111110100,D0=Q0*,Q2,Q1Q0,01,00,01,11,10,D0,D0=Q2Q1Q0+Q2Q1+Q2Q0,电路的状态转换表：,00101010101111111000000,Q2Q1Q0,所以，Q2输出的序列即为00010111。,原状态,新状态,例：产生一个8位的序列信号00010111,DQCKQ,DQCKQ,DQCKQ,CLOCK,D0,Q1,Q2,Q0,例：产生一个8位的序列信号00010111,D0=Q2Q1Q0+Q2Q1+Q2Q0,任何一个D触发器的输出均可得到所需序列。,例：产生一个4位的序列信号1101,解：1）因为序列长度为4，所以先选择2位的左移移位寄存器（即，2个D触发器）。,状态图：Q1Q0,可见，这四个状态中有两个状态相同，所以2位的移位寄存器不合适。下面选择3位的移位寄存器，重新画出状态图为：,状态图：Q2Q1Q0,可见，这四个状态各不相同，所以3位的移位寄存器合适。,3.3.1用D触发器构成的移位寄存器实现序列信号发生器,1110,Q2*Q1*Q0*,110101011111,D0=Q0*,Q2,Q1Q0,01,00,01,11,10,D0,D0=Q2+Q1,2）电路的状态转换表：,101011111110,Q2Q1Q0,所以，Q2输出的序列即为1101。,状态图：Q2Q1Q0,110,011,原状态,新状态,例：产生一个4位的序列信号1101,状态图：Q2Q1Q0,110,011,3）检察自启动，无用状态的转换见上面状态图中的红色区域，可见它们是有效循环圈的分支，因此电路是自启动的。,Q2,Q1Q0,01,00,01,11,10,D0,D0=Q2+Q1,例：产生一个4位的序列信号1101,DQCKQ,DQCKQ,DQCKQ,CLOCK,D0,Q1,Q2,Q0,D0=Q2+Q1=(Q2Q1),例：产生一个4位的序列信号1101,4）电路图,任何一个D触发器的输出均可得到所需序列。,3.3.2用移位寄存器74X194和逻辑门构成序列信号发生器,例：产生一个8位的序列信号00010111,状态图：用74x194的低3位输出QBQCQD,10111000,QBQCQD,000001010101011111110100,LIN,所以，QB输出的序列即为00010111。,例：产生一个8位的序列信号00010111,QB,QCQD,01,00,01,11,10,LIN,LIN=QBQCQD+QBQC+QBQD,3.3.2用移位寄存器74X194和逻辑门构成序列信号发生器,例：产生一个8位的序列信号00010111,LIN=Q2Q1Q0+Q2Q1+Q2Q0,3.3.2用移位寄存器74X194和逻辑门构成序列信号发生器,74x194的任何一个Q输出均可得到所需序列。,例：产生一个10位的序列信号1010010111,3.3.3用移位寄存器74X194和多路复用器74x151构成序列信号发生器,解：1）状态图：,例：产生一个10位的序列信号1010010111,3.3.3用移位寄存器74X194和多路复用器74x151构成序列信号发生器,解：2）状态转移表,Q3Q2Q1Q0Q3*Q2*Q1*Q0*LIN,1010,0100,0100,1001,0010,0101,1011,0111,1111,1110,1101,1001,0010,0101,1011,0111,1111,1110,1101,1010,0101111010,例：产生一个10位的序列信号1010010111,3.3.3用移位寄存器74X194和多路复用器74x151构成序列信号发生器,解：3）确定LIN的表达式,ddd1,111d,d001,d010,4）对未用状态的处理,是自启动的。,除了0000状态移入“1”外，其余未用状态均移入“0”。,例：产生一个10位的序列信号1010010111,3.3.3用移位寄存器74X194和多路复用器74x151构成序列信号发生器,解：3）确定LIN的表达式,LIN=(Q3Q2Q1Q0)(0,2,4,5,7,11,14)=Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0,例：产生一个10位的序列信号1010010111,3.3.3用移位寄存器74X194和多路复用器74x151构成序列信号发生器,解：5）画出电路。,LIN=(Q3Q2Q1Q0)(0,2,4,5,7,11,14)=Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0+Q3Q2Q1Q0,假设Q3Q2Q1分别接74x151的地址输入CBA，则D0=Q0,D1=Q0,D2=1,D3=Q0,D5=Q0,D7=Q0,D4=D6=0.,例：产生一个10位的序列信号1010010111,3.3.3用移位寄存器74X194和多路复用器74x151构成序列信号发生器,解：5）画出电路。,74x194的任何一个Q输出均可得到所需序列。,例：产生一个4位的序列信号1101,解：1）因为序列长度为4，所以先选择2位的左移移位寄存器（即，2个D触发器）。,状态图：Q1Q0,可见，这四个状态中有两个状态相同，所以2位的移位寄存器不合适。下面选择3位的移位寄存器，重新画出状态图为：,状态图：Q2Q1Q0,可见，这四个状态各不相同，所以3位的移位寄存器合适。,3.3.4用移位寄存器74X194和译码器器74x138构成序列信号发生器,例：产生一个4位的序列信号1101,3.3.4用移位寄存器74X194和译码器器74x138构成序列信号发生器,1110,Q2*Q1*Q0*,110101011111,D0=Q0*,对未用状态的处理，除了010状态移入“0”外，其余未用状态均移入“1”。,2）电路的状态转换表：,101011111110,Q2Q1Q0,所以，Q2输出的序列即为1101。,状态图：Q2Q1Q0,原状态,新状态,例：产生一个4位的序列信号1101,3.3.4用移位寄存器74X194和译码器器74x138构成序列信号发生器,LIN=D0=Q2Q1Q0(0,1,3,4,5),3）串行输入的表达式,例：产生一个4位的序列信号1101,3.3.4用移位寄存器74X194和译码器器74x138构成序列信号发生器,LIN=Q2Q1Q0(0,1,3,4,5),4）电路图,74x194的任何一个Q输出均可得到所需序列。,3.4线性反馈移位寄存器（LFSR)计数器的应用：,Example8-14:下面电路通过一个正脉冲使电路的起始状态为“1111”，分析下面电路的状态图，确定其输出序列。,CLKCLRS1S0LINDQDCQCBQBAQARIN,74x194,+5V,CLOCK,1,3.4线性反馈移位寄存器（LFSR)计数器的应用：,Q3Q2Q1Q0,状态图：,Q3输出序列：111101011001000，长度为15。,补充：序列检测器Sequencedetector,1.用触发器（D、JK）设计序列检测器（见第7章的例题）2.用移位寄存器和逻辑门电路设计序列检测器3.用移位寄存器和译码器设计序列检测器,1.移位寄存器和逻辑门实现序列检测功能,例题：设计一个110串行序列检测电路，,利用移位寄存器实现,当电路检测到,输入A连续出现110时，输出Z为1,1.移位寄存器和逻辑门实现序列检测功能,例题：设计一个110串行序列检测电路，,利用移位寄存器实现,Z,当电路检测到,输入A连续出现110，且输入B为1时，输出Z为1。,1.移位寄存器和逻辑门实现序列检测功能,设计一个1011串行序列检测电路，,利用移位寄存器实现,当电路检测到,输入A连续出现1011，输出Z为1。,类似，可以设计“100”、“111”、“1110”等序列监测器。,Z,2.移位寄存器和译码器实现序列检测功能,设计一个110串行序列检测电路，,74x138,ABC,Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7,Y,类似，可以设计101，111，010等序列检测器。,+5V,G1,G2AG2B,2.移位寄存器和译码器实现序列检测功能,设计一个1101串行序列检测电路，,类似，可以设计长度为4的其它序列的检测器。,CLKCLRS1S0LINDQDCQCBQBAQARIN,74x194,74x154,ABCD,Y0Y1Y2Y3Y13Y14Y15,Y,G1G2,时序逻辑部分小结,第7章时序逻辑设计原理第8章时序逻辑设计实践,基本时序元件锁存器和触发器时钟同步状态机结构、类型时钟同步状态机的分析（方法、步骤）时钟同步状态机的设计（方法、步骤）,S-R型、D型、J-K型、T型逻辑符号、功能表、特征方程、时序特性不同触发器之间的相互转换,第7章时序逻辑设计原理,第8章时序逻辑设计实践,小规模集成（SSI）芯片锁存器和触发器中规模集成（MSI）芯片多位锁存器和寄存器计数器移位寄存器序列发生器序列检测器,计数器,行波计数器、同步二进制加法计数器的结构计数器的应用实现任意模m计数器（分频器