08强化班教案8(计数器).ppt

计算机结构与逻辑设计 强化班08级 第八次课 测验评述 P 4093 41 JKJKQn 1功能00010置00100Qn保持1011Qn翻转11101置1 若J K则J D Q1Q2Q3Q4Q4JSH LDK74195CRD1D2D3D4 Q1Q2Q3Q4Q4JSH LDK74195CRD1D2D3D4 Vcc Vcc CP Q11Q21Q31Q41Q12Q22Q32Q42 1 看成一个8位的移位寄存器 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8 4 从Q4至Q5需倒相 变反 8位码 排列 00000000 00001000 00001100 00001110 00001111 10001111 11001111 11101111 11111111 01110001 11110011 11110111 00110000 00010000 错误情况 未当成一个8位寄存器处理 较繁 将反馈网络看错了 最多的问题 对时序的概念不清楚 未考虑竞争问题 某状态时反馈的结果不是立刻反映在本状态中 而是对下一个状态发生影响 如 错误情况 取前取后 考虑竞争的因素 在同步系统中 各触发器都在时钟作用后变化 因而波形的变化是落后于时钟作用边沿的 所以应取前面的信号 00000000 00001000 00001100 00001110 00001111 10001111 11001111 11101111 11111111 01110001 11110011 11110111 00110000 00010000 0 11110111111011 0 0 题3 29 分析图3 29电路 画出其状态转换图 1DC1 1DC1 X cp z 外输入 X 外输出 Z 内输入 状态 Q2 Q1 内输出 激励 D2 D1一 列方程 二 作状态卡诺图 Q2 XnQ2n XnQ1n 11 1 11 二 作状态卡诺图 11 1 11 1 Z XQ2Q1 二 作状态卡诺图 11 1 11 1 00000111 00001100 0 0 0 0 0 0 0 1 充分利用卡诺图填图的技巧 省去逐行计算的过程 节约时间 便于检查 条件 对卡诺图填图熟练 状态卡诺图的优点 三 作状态转换图 00 0 0 X Z 01 1 0 0 0 1 0 11 0 0 1 0 10 0 0 1 1 主要错误1 1 作状态转换卡诺图时对状态的概念未弄清 状态是什么 用触发器状态按一定顺序排列成的一组代码 Q2nQ1n 当前状态Q2n 1Q1n 1 下一状态 主要错误 1 作状态转换卡诺图时对状态的概念未弄清 有人以XQ2Q1为当前状态 以Q2Q1Z为下一状态 100 010 如何从次态去找再下一个次态 有人定义Q2Q1Z为状态 画8个状态 有些情况下也可以 但卡诺图不对 本题属米里型电路 不能用 1 0 0 1 0110 现态PS 次态NS 转换条件 输出0 0 0 0 1 1 坐标是当前状态Qn与当前输入Xn 内容是下一状态 Qn 1 与当前输出Zn X Z 同步时序电路中 通常是每个时钟周期一个状态 由电路的当前输入和当前的状态确定下一个周期的状态 输出指的是电路的当前输出 而不是下一个周期的输出对某些类型的时序逻辑电路 其输出在一个时钟周期中是可以多次变化的 n 1nn 1n 2 QnXnQn Zn Zn f Xn Yn Z XQ2Q1 时序逻辑电路的类型 按状态更新方式分脉冲型 同步 各触发器同一时钟异步 各触发器时钟不同电平型 靠反馈线记忆信息按输出方式分米里型 输出与外输入有关摩尔型 输出只与状态有关 01 001 001 001 010 000 011 111 0 00 0 1 X 10 0 1 0 1 11 1 0 1 01 0 0 0 主要错误2 2 以Q2Q1为状态 原则上可以 二 作状态卡诺图 Q2nQ1nX0001111001Q2n Q1n 1 XnQ2n Q2 XnQ2n XnQ1n 11 1 二 作状态卡诺图 Q1n 1 Xn Q2n 1111 Q2 XnQ2n XnQ1n 11 11 二 作状态卡诺图 1 三 作状态转换图 01 001 001 001 010 000 011 111 0 00 1 0 X Z 10 1 0 0 0 1 0 11 0 0 1 1 01 0 0 0 0 三 作状态转换图 Q2nQ1nX0001111001Q2n 1Q1n 1 Zn 01 001 001 001 010 000 011 111 0 00 1 0 X Z 10 1 0 0 0 1 0 11 0 0 1 1 01 0 0 0 0 不少人公式用的是Q1n 1 Xn Q2n因而卡诺图中填的是Q2Q1 但卡诺图的坐标使用的是Q2Q1 造成了当前状态与下一状态的不一致 有人就将Q定义为Q 对触发器符号理解错误 有人状态图做得不对有1人只作了2个状态有1人只标了输出未标输入有多人只标输入未标输出有数人做了8个状态 作状态图的要领 一般要有2n个状态 n是触发器的个数 每个状态应有2k条向外的迁移线 k是外输入的个数 A B C D E 00 01 10 11 X1X2 标注为X Z 迁移条件 状态示例 Q3Q2Q1 自学检查 一 复习题 计数器的功能与特点是什么 为什么说计数器是一个状态环 计数器的4个定语是什么 怎样理解 写出同步模5递减计数器的状态图 100 011 010 001 000 0 0 0 0 1 改为可逆计数器 100 011 010 001 000 0 0 0 0 1 读74LS193的功能表 读逻辑符号 写出其状态图 读VHDL语言CO 1 WHENcount 15ANDCI 1 ELSECO 0 IFN CR 0 THENcount 0000 ELSIFedgerising c THENIFN LD 0 THENcount D ELSIF EN 1 ANDCI 1 THENcount count 1 ELSIFcount count ENDIF ENDIF 集成计数器同步级联的要点是什么 各控制端 包括时钟 并联低位片的进位输出CO与高位片的进位输入相连低位片的进位输入加高电平 按下图连接的电路在测试时发现其状态变化规律为 00 01 02 03 04 05 06 07 08 19 10 11 12 13 14 15 16 17 18 29 20 请分析其原因 并给以纠正 Vcc CP Vcc Vcc CP个位进位十位 89012 01 画出用74LS160设计的模5计数器的逻辑图 1 用反馈清0法2 用反馈置数法 1 Vcc Vcc Vcc Vcc 何谓状态等价 判别等价状态有何用途 A EB FC G ABCC A C AAA 何谓状态编码 状态编码有何意义 用MSI集成电路设计时序逻辑电路的原则是什么 举例 设计一个序列信号发生器 产生连续序列01011 按设计思想有计数器法和移位计数器法2种 按电路结构可分SSI 传统 方法和MSI应用2种方法 计数器方法 设计思想设计一个状态循环 计数器 使其每个状态的外输出符合序列要求 设计过程 设计是分析的逆过程传统做法 SSI 画状态图 经状态简化 状态编码 状态转换真值表 逻辑方程 电路图MSI区别在第三步为求出输出的标准表达式 选择器件 电路图 无法简化 按二进制顺序编码 A 000B 001C 010D 011E 100 SSI方法 Q2n 1 Q1nQ0n Q1n 1 Q1n Q0n Zn Q2n Q0n 用Q2Q1Q0构成一个模5二进制计数器 再用一个与非门实现序列输出Z MSI方法 用集成计数器实现模5计数器 用门电路或用集成译码器加与非门实现序列输出 CP Q1Q2Q3Q4COENLD74160CICRD1D2D3D4 1 Vcc Vcc CP Z m 1 3 4 移位寄存器方法 设计思想序列本身就是一个循环移位的过程 例如可以用一个5位的移位寄存器做成一个环形计数器就 赋以初值 即可实现 从任一触发器输出 问题是 1 不能自启动 2 位数太多 不是最简单 设计过程相同 只是状态表的列法不同 尽量用最少位数的移位寄存器现用3位 即用3个触发器Q1Q2Q3构成 01011 01 有重复状态 要加一个触发器 01011 010 注意码Q4Q3Q2Q1中信号的流向 是Q1流向Q4 移位特征 只有第一位变化 其余皆从其前一位移过来 即D4 Q3 D3 Q2 D2 Q1 所以只要设计第一位的激励输入D1 1 0 0 1 1 cp Q4 Q3 Q2 Q1 3 验证自启动性能 能自启动 1 0 0 1 1 11111110110 0000 0100 如不能自启动怎么办 例扭环计数器的状态图为 0000100011001110000100110111111100101001010010100101101101101101 拆环法 00100 0 布置自学与实验 自学内容 自学范围 第四章 4 1 4 4重点 4 1 4 2 1 4 2 3 4 3 1 4 4 1 4 4 2 4 1基本运算电路的设计方法与电路实现正规方法其他思路P 163全加器电路从何得到 多位加法器的构成原理从上述讨论中可对设计方法得出什么结论 自学内容 思考题 将多位加法器的超前进位方法与前面关于计数器快速进位相对照 可得出什么结论 对这两个方法只要一般了解 通过移位运算的实现方法对整个运算电路的实现方法又可得出什么结论 比较器的总体思想与级联方法 4 2 加法ALU的结构与运行 为什么要这样安排 有什么好处 减法的实现方法有哪几种 各有什么优缺点 乘法运算是这样实现的 从对乘法运算的讨论中 可看出设计一个运算器应按怎样的步骤进行 从乘法运算的各种方法可看出设计运算电路的主要矛盾是什么 4 3与 4 4 逻辑运算有哪些用处 其运算方法与算术运算有何区别 实现BCD运算可以有哪些方法 修正算法的基本思想是什么 课程性质的变化与新的学习方法 前3章是基础 后4章是应用对应用要注意从整体去分析 理解 不要拘泥于细节 注意框图之间的联接与运行过程 是一个新的飞跃 但也要联系前面所学的知识 不要完全割裂 本章分二部分 前一部分介绍算术运算电路的设计方法 后一部分介绍ALU的组成方法与运行 实验方法 遇到问题千万不要贸然拔掉重来 浪费时间 可能没有解决问题一定要找到错误所在 才能有所收获排除故障有成就感排除故障要科学 有方法 关键是要动脑筋 多思考 故障原因 低级错误 电源 地线 接线错误接触不良碰线短路器件损坏依次巡查 查线 从后向前查 ABCD PQ F F 逻辑错误 查线S a 0 电源脱开F碰地输入信号无变化P Q是否始终为1 P Q与电源短路向前查P Q能变化查芯片 错 坏方法 换 从后向前查 ABCD PQ F F S a 1 地线脱开与电源短路输入信号无变化P或Q是否始终为0 P或Q与地短路向前查P Q能变化查芯片 错 坏方法 换 时序电路排除故障 除了组合逻辑电路的方法外 增加找规律 状态分析 排除故障例如 触发器显示结果0 1 0 1 4 5 4 5 8 9 0 1 0 1 4 5 4 5 8 9 0000000100000001010001010100010110001001 Q1出了问题 查Q1输出 查Q1输入 查线 换芯片试验 参考练习题 基本题4 1 4 8 4 13 4 21 4 23 4 36 4 39 4 60 1 组合电路设计 2 ALU的组织扩展题4 9 4 12 4 22 4 37 4 38 测验题 P 409题3 43P 413题3 64 实验的技巧 实验中反映的问题 关于电源信号与电源分不清 电视机加220伏交流电 电源接收的电视节目 信号关于动态测试动态信号与高 低电平都是信号 不可同时加在一个输入端 信号源 非逻辑实现 A1 A 高电平 接电源接开关TTL SSI 悬空 示波器上看到的波形是否就是有用的信号 须检查它的幅度是否符合要求 先看波形 再用表测 例如有的信号只有几个毫伏 是干扰信号 不是所求的 险象 信号 有人在使用方波信号源时 未加直流电压 虽然其峰峰值为5伏 但对电路而言 其高电平只有2 5伏 有时看到下面的信号 幅度很大 线条较宽 检查其频率会发现很低 这是示波器地线未接好 引进的50周交流干扰 方波是由正弦波与其奇次谐波合成 高次谐波能量越强 则波形边沿越陡 越接近方波 方波的成分 示波器有频率限制 不可能将所有的谐波皆反映出来 如果信号的频率低 例如用20MHz的示波器观察1kHz的波形 则其20000次谐波皆能显示 波形将很漂亮 但若观察10MHz的方波 则其20次以上的谐波将被丢失 看到的波形就有很大的变化 若用来观察20MHz的波形 就只能看到正弦形状了 脉冲通过线性网络后的变化 上冲 下冲 实验评述 跳出书本 大胆思考 培养创新精神 要坚信任何书皆有错误任何书皆有可改进之处 血型配对题G3G2G1G0R3R2R1R0SS G3G2G1G0R3R2R1R0 G3G2G1G0R3R2R1R0 R3R2R1R0 G3G2G1G02个8输入与门 2个4输入与门 1个4输入或门编码方法S G1G0 G1G0R0 R1R0 R1R0G0S G1G0 G1R0 G0R1 R1R0 加强工程观念 血型配对问题 供血受血OABABOABAB 确认 框图 OABABOABAB 确认 供血受血 组合电路 输出处理 框图 编码器 确认 供血受血 OABABOABAB 编码器 A1A0B1B0 组合电路 输出处理 配