ch063康华光数字电子技术第六版PPT教学课件

1、 同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据实际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的电路。 由由 给给 定定 的的 逻逻辑辑 功功 能能 建建 立立原原 始始 状状 态态 图图和和 原原 始始 状状 态态表表 状状态态 化化简简 状状态态 分分配配 选选择择 触触发发器器类类型型 确确定定 激激励励方方程程组组 和和 输输出出方方程程组组 画画出出 逻逻辑辑图图并并检检查查自自启启动动能能力力 同步时序电路的设计过程第1页/共33页(1)根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表(2)状态化简-求出最简状态图 ；合并等价状态，消去多余状态的过程称为状态化简等价状态：在相同的输入

2、下有相同的输出，并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。明确电路的输入条件和相应的输出要求，分别确定输入变量和输出变量的数目和符号。找出所有可能的状态和状态转换之间的关系。根据原始状态图建立原始状态表。第2页/共33页(3)状态编码（状态分配）；(4)选择触发器的类型(6)画出逻辑图并检查自启动能力。给每个状态赋以二进制代码的过程。根据状态数确定触发器的个数，(5)求出电路的激励方程和输出方程 ；（M:状态数;n:触发器的个数）2n-1M2n 第3页/共33页例1 用D触发器设计一个8421 BCD码同步十进制加计数器。 8421码同步十进制加计数器的状态表nQ3nQ2nQ1nQ01+3n

3、Q1+2nQ1+1nQ1+0nQ000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次 态现 态计数脉冲CP的顺序第4页/共33页nQ3nQ2nQ1nQ01+3nQ1+2nQ1+1nQ1+0nQ000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次 态现 态计数脉冲CP的顺序(2) 确定激励方程组00001001000111100110101

4、000101100010010003D2D1D0D激励信号D3、 D2、 D1、 D0是触发器现态的函数D3、 D2、 D1、 D0、是触发器现态还是次态的函数？第5页/共33页 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 D0 D1 Q n 1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 Q n 1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 画出各触发器激励信号的卡诺图 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 D2 Q n 1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 D3 Q n 1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 nnnnnQQ

5、QQQD012033 nnnnnnnQQQQQQQD01202122 nnnnnQQQQQD013011 nQD00 第6页/共33页 R C1 1D FF0 Q0 R C1 1D FF2 R C1 1D FF1 Q1 R C1 1D FF3 Q0 Q1 Q2 Q3 Q2 Q3 画出逻辑图 CP +VDD RESET nnnnnQQQQQD012033 nnnnnnnQQQQQQQD01202122 nnnnnQQQQQD013011 nQD00 CP R C1 1D FF0 Q0 R C1 1D FF2 Q2 R C1 1D FF1 Q1 R C1 1D FF3 Q3 Q3 Q0 Q1 Q2

6、 +VDD RESET 第7页/共33页画出完全状态图电路具有自启动能力 0000 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 1001 Q3Q2Q1Q0 1110 1111 1010 1011 1100 1101 (3) 画出逻辑图，并检查自启动能力第8页/共33页例2:设计一个串行数据检测器。电路的输入信号X是与时钟脉冲同步的串行数据，输出信号为Z；要求电路输入信号X出现110序列时，输出信号Z为1，否则为0。a 初始状态;b A输入1后;c A输入11后;d A输入110后。 2.）定义输入 输出逻辑状态和每个电路状态的含义；1.）确定输入、输出变量及

7、电路的状态数:输入变量：A状态数：4个输出变量：Z解: (1)根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表第9页/共33页（2）列出原始状态转换表现态现态次态次态/输出输出A=0A=1aa / 0b / 0ba / 0c / 0cd/ 1c/ 0da/ 0b/ 0现态现态次态输出次态输出A=0A=1aa/ 0b /0ba / 0c/0ca/1c /0abc0/01/00/01/01/00/1 a d c b 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/1 1/0 初始状态初始状态 S A/Y 第10页/共33页（3）状态分配令 a = 00，b = 01，c = 11， 0/0 1/0

8、 0/1 1/0 1/0 0/0 00 11 01 现态现态Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000 / 001 /00100 / 011 /01100 / 111 /0（4） 选择触发器的类型触发器个数: 两个。 类型：采用对 CP 下降沿敏感的 JK 触发器。abc0/01/00/01/01/00/1第11页/共33页现态现态Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000 / 001 /00100 / 011 /01100 / 111 /0 1 0 J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=XnQ1nQ01+1nQ1+0nQ状态转换真值表及激励信号K0J0K1J1

9、激励信号YA0000000000101001010000 0100111101 0110001111111100第12页/共33页 0 0 1 0 J1 A Q1 n Q0 n AQY1 0 1 K1 A Q1 n Q0 n 0 0 0 0 0 1 Y A Q1 n Q0 n 0 1 0 1 0 1 J0 K0 A Q1 n Q0 n A Q1 n Q0 n AJ 0AK 0AQJ01 AK 1第13页/共33页 FF0 A CP C1 1J 1K FF1 C1 1J 1K Y Q0 Q1 AQY1 AJ 0AK 0AQJ01 AK 1第14页/共33页1Q0Q100001110/01/00/

10、01/01/00/10/11/0AQY1 AQQY01 1 Y1Q0Q0 Y1Q0Q第15页/共33页 FF0 A CP C1 1J 1K FF1 C1 1J 1K Y Q0 Q1 AQY1 AQQY01 第16页/共33页解：据题意可直接由波形图1、画出电路状态图。 000 /Y /0 011 /0 /1 /0 010 Q2Q1 Q0 /0 001 100 2、确定触发器的类型和个数触发器类型：上升沿触发的JK边沿触发器。 例2:试设计一个同步时序电路，要求电路中触发器Q0、Q1、Q2及输出Y端的信号与CP时钟信号波形满足下图所示的时序关系。000100010110000001触发器个数：

11、3个 3、求出电路的激励方程和输出方程 ；Y CP Q1 Q2 Q0 第17页/共33页 1 0 J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X10000010001110011001000101000100000 YQ0n+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 Q2nXX10000010001110011001000101000100000 YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n21K 201Q QnnJ K0=102

12、QnJ J1=Q0nK1=Q0nJ1J2J0K2K1K00 X0 X0 X1 XX 10 X1 XX 0X 10 X1 XX 11 XX 10 X第18页/共33页 求激励方程的第二种方法 000 /Y /0 011 /0 /1 /0 010 Q2Q1 Q0 /0 001 100 求状态方程： Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1 Y00000100010100010011001110001000001 00 01 11 10 0 0 0 1 0 1 0 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10 0 0 1 0 1 1 0 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10 0 1

13、0 0 1 1 0 Q1nQ0n Q2n Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 nnn0210QQQ nnnn20112QQQQ nnnnn010111QQQQQ 00 01 11 10 0 0 0 0 1 1X XY Q1nQ0n Q2nX0nY2Q 第19页/共33页nnn0210QQQ nnnnn101011QQQQQ nnnQKQJQ1 K0=1J1=Q0n 4、 画出逻辑图 nnnnn221012Q0QQQQ nnJ102QQ K2 = 1nJ20Q nY2Q K1=Q0n CP 1J C1 1K 1 Q0 Q0 Q2 1J C1 1K Q1 1J C1 1K Q1 FF0 FF1 F

14、F2 1 Y 00 01 11 10 0 0 0 0 1 1X XY Q1nQ0n Q2nX0第20页/共33页5、检查自启动能力 000 /0 100 011 /0 001 /1 /0 010 /0 101 111 110 /0 /0 /0 电路具备自启动能力 1020QQQnnn110101QQ QQ Qnnnnn12012QQ Q QnnnnQ2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1 Y00000100010100010011001110001000001101010111001011110001第21页/共33页Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1 Y00000100

15、010100010011001110001000001101010111001011110001修改输出方程：电路的输出有错！000nnnY012QQQ nY2Q 00 01 11 10 0 0 0 0 1 1X XY Q1nQ0n Q2nX0第22页/共33页210QQQnnnY CP 1J C1 1K 1 Q0 Q0 Q2 1J C1 1K Q1 1J C1 1K Q1 FF0 FF1 FF2 1 Y CP 1J C1 1K 1 Q0 Q0 Q2 1J C1 1K Q1 1J C1 1K Q1 FF0 FF1 FF2 1 Y 2QnY 修改后的逻辑图第23页/共33页 0/0 0/0 b

16、c g d f 0/0 0/0 0/0 0/0 1/1 1/1 1/1 1/0 1/0 1/0 0/0 e a 1/1 第24页/共33页 0/0 0/0 b c g d f 0/0 0/0 0/0 0/0 1/1 1/1 1/1 1/0 1/0 1/0 0/0 e a 1/1 1、列出原始状态表原始状态表f / 1a / 0gf / 1g / 0ff / 1a / 0ef / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）第25页/共33页f / 1a / 0gf / 1g / 0ff / 1a / 0ef

17、/ 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）第一次化简状态表f / 1e / 0ff / 1a / 0ef / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）2、状态表化简第26页/共33页011 / 1000 / 0100011 / 1100 / 0011011 / 0000 / 0010011 / 0010 / 0001001 / 0000 / 0000A=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）已分配状态的状态

18、表3、状态编码a=000;b=001;c=010 ;d=011;e=100最后简化的状态表d / 1a / 0ed / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）第27页/共33页三种状态分配方案状态状态方案方案1自然二进制自然二进制码码方案方案2格雷码格雷码方案方案3“一对一一对一”a0 0 00 0 00 0 0 0 1b0 0 10 0 10 0 0 1 0c0 1 00 1 10 0 1 0 0d0 1 10 1 00 1 0 0 0e1 0 01 1 01 0 0 0 0第28页/共33页状态转换真值表nQ1nQ012 nQnQ211 nQ10 nQ11101001000000