同步可逆计数器和序列检测器

1、课程实验报课程名称：数字电路与逻辑设计专业班级：计实 1001 班 学 号： U201014488 姓 名：王宸敏 指导教师：周 次：第十周 同组人员：熊凯 报告日期： 2012年 5 月 18日计算机科学与技术学院实验名称利用所给组件，设计一个同步模 4可逆计数器，其框图如图 5.9所示。图中， X 为控制 变量，当 X=0 是进行加一计数， X=1 时进行减一计数； Y2 、Y1 为计数状态； Z 为进位或借 位输出信号。实验目的掌握同步时序电路实验的设计方法，验证所设计的同步时序逻辑电路，加深对“同步” 和“时序”这两个名词的理解。三、实验所用仪器和组件1.2.3.二输入四“与非”门2

2、片，型号为74LS004.二输入四“或非”门1 片，型号为74LS025.三输入三“与非”门1 片，型号为74LS106.二输入四“异或”门1 片，型号为74LS867.六反相器组件 2 片，型号为74LS04双 D 触发器组件 2 片，型号为 74LS74 负沿双 JK 触发器 2 片，型号为 74LS73四、实验设计方案及逻辑图1. 首先画出状态图如下：2.做出真值表如下所示：XY2Y1y 2n 1y1n 1D2D1Z00001010001101000110000101011110100110111010010011110000110011103.由真值表得到 D1、D2及 Z 的卡诺图如

3、下：D2：X y2y1000111100010111010D2 xy2y1 xy2y1 xy2y1 xy2y1xy1y 2D1：X y2y1000111100100111001D1 y1Z：X y2y1000111100001010100Zxy2y1 xy2y1x y2y1 xy 2y14.由 D1、D2及 Z的表达式可以设计出电路图如下，采用D 触发器：五、描述实验现象，并运用所学的知识进行分析、处理及讨论1. 当输入 x=0 时，电路实现的是模 4加法，即每来一个脉冲计数状态加一，同时逢4 进位，即输出 z=1。因为电路图是按照状态图、真值表、状态表、表达式得到的，因此实现的 正好是满足功

4、能的电路。2. 当输入 x=1 时，电路实现的是模 4减法，即每来一个脉冲计数状态减一，同时逢4 借位，即输出 z=1。因为电路图是按照状态图、真值表、状态表、表达式得到的，因此实现的 正好是满足功能的电路。实验名称利用所给组件按 Mealy 型和 Moore 型同步时序逻辑电路的设计方法设计一个“1001”序列检测器，其框图如图 5.10 所示。该电路的逻辑功能是，在输入端 X 上串行输入随机二进制码，输入信号为电平信号。 每当输入的代码中出现“ 1001”序列时，在输出端 Z 产生一个高电平，即 Z=1 ，其他情况 下 Z=0 。典型输入、输出序列如下：X: 0 1 0 0 1 0 1 0

5、 1 1 0 0 1 0 0 1Z: 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1二、实验目的掌握同步时序电路实验的设计方法，验证所设计的同步时序逻辑电路，加深对“同步” 和“时序”这两个名词的理解。三、实验所用仪器和组件1.2.3.二输入四“与非”门2 片，型号为74LS004.二输入四“或非”门1 片，型号为74LS025.三输入三“与非”门1 片，型号为74LS106.二输入四“异或”门1 片，型号为74LS867.六反相器组件 2 片，型号为74LS04双 D 触发器组件 2 片，型号为 74LS74 负沿双 JK 触发器 2 片，型号为 74LS73四、 实验设计方

6、案及逻辑图1. 依题意可知，可以设有 5 种状态：A：表示初状态； B：表示接收到1'；C：表示接收到10'；D：表示接收到 100'； E：表示接收到 1001 '2. 画出状态图如下：3. 由状态图得到状态表如下：X=0X=1AA/0B/0BC/0B/0CD/0B/0DA/0E/1EC/0B/04. 由状态表作隐含表进行状态化简：由隐含图可知， B、E 是等效类， 因此可以将 B、E 合并，其中令 a=A, b=B,E, c=C, d=D 化简后的状态表如下所示：x=0x=1aa/0b/0bc/0b/0cd/0b/0da/0b/15. 根据化简后的状态表，按

7、照相邻法则编码得到： a=00, b=01, c=11, d=10, 即：x=0x=10000/001/00111/001/01110/001/01000/001/16. 采用 D 触发器，得到真值表如下：XY2Y1y2n 1y1n 1D2D1Z000000000010111100111010001000000100010101010101011101010110010117. 再由真值表得到 D2、 D1 及 Z 的卡诺图和表达式： D2：X y2y1000111100011010000D2xy1 x y1X y2y1000111100010011111D1:D1 x y1y2 x y1 y

8、 2Z:X y2y1000111100000010001Zxy1y 2xy1 y28. 由 D1、D2及 Z 的表达式可以设计出电路图如下，采用 D触发器：五、 描述实验现象，并运用所学的知识进行分析、处理及讨论输入典型序列时，当且仅当出现“1001”序列时输出为 1，其它情况下输出为 0。因为 电路图是按照状态图、真值表、状态表、表达式得到的，再通过一些逻辑门的组合输出结 果，因此实现的正好是满足功能的电路。六、回答思考题1. 同步时序电路与组合电路有何区别？ 答：同步时序电路中用到了触发器，其中触发器能够保存电路之前的状态，使得电路 的输出可以与输入和之前的状态相关；而组合电路不具有保存电

9、路状态的功能。2. 你所设计的电路中是否存在多余状态？若有， 将会电路的正常工作状态产生怎样的 影响？答：由于我设计的电路中进行了状态化简，因此是最简的电路，不存在多余状态。若 有多余的状态，不会对电路得到的结果产生影响，只会产生一定的时延。3. Mealy 型和 Moore 型同步时序电路的主要区别是什么？答： Mealy 型与状态和当前的输入有关，而 Moore 只与状态有关。七、实验感受及体会本次实验主要是进行同步时序电路的设计，第一个实验的容比较简单，相当于题目 已经给好了各状态的编码，通过状态图、状态表得到真值表、卡诺图以及表达式就可以设 计出符合条件的逻辑电路了。唯一需要注意的就是通过表达式将其化简成使用最少的逻辑 门的电路，使电路最简，同时功能齐全。第二个实验就需要根据所给状态进行状态化简， 在利用相邻编码的原则进行编码，之后的过程