第6章 时序逻辑电路4.ppt

1、1,顺序脉冲发生器是用来产生一组时间上有一定先后顺序的脉冲信号的电路。 顺序脉冲发生器可以直接用环形计数器构成,环形计数器的输出即是一系列顺序脉冲，缺点是不经济n个顺序脉冲需要用n个触发器。 通常用计数器和译码器组合成顺序脉冲发生器，但要注意译码器必须按计数器的状态输出顺序译码。,6.3.3 顺序脉冲发生器,译码器,计数器,2,译码器,3,时序图： P271,分析：异步计数器Q0先变化Q1再变化Q2再变化，有两个或两个以上状态变化时，译码器的输出端有尖 峰脉冲 如： 001010 时， 001000(P0)010(P2) 011100 时， 011010(P2)000(P0) 100(P4),

2、 应消除尖峰脉冲。,4,方法一： 选通法 利用集成电路设有的控制端作为选通脉冲的输入端,5,方法2：选用扭环形计数器和译码器组合得到 状态转换过程中任何两个相邻状态之间仅有一个触发器状态不同，因而状态转换过程中任何一个译码器的门电路都不会有两个输入端同时改变状态的情况发生，亦即不存在竞争冒险。,Q0Q1Q2,6,6.3.4 序列信号发生器,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。产生序列信号的电路称为序列信号发生器。 构成方法1：用计数器和数据选择器组成。 如： 要产生n位的序列信号则用： n进制计数器+数据选择器,7,000

3、10111,序列信号输出,在clk脉冲的作用下，Q2Q1Q0输出000111送给151的A2A1A0，则Y依次输出D0D7，即00010111。 若需要修改序列信号时，只要修改加到D0D7的高低电平信号即可，所以这种电路使用起来比较灵活方便。,8,若需产生一个位的序列，如：000111，则把计数器做成进制计数器，序列从D0D5送入即可。,000111XX,序列信号输出,9,6.4.1同步时序逻辑电路设计方法 用SSI设计：所用触发器和门电路数目最少，输入端数也最少。 用MSI设计：使用的集成电路数目最少，种类最少，连线也最少。,步骤： 一.进行逻辑抽象，得电路状态转换图或转换表 (1)确定输入

4、输出变量，确定电路状态数。 (2)定义I/0和每个电路状态含义，将状态顺序编号 (3)按题意列出电路的状态转换表或画出状态转换图。,6.4时序逻辑电路的设计方法,10,二.合并等价状态，得最简状态转换图 等价状态：若两电路状态在相同输入下有相同输出，且转换到同样一个次态，则称这两个状态为等价状态。 等价状态可以合并！,三.确定触发器数目n，进行状态分配（状态编码） 设电路状态需M个状态，则2n-1M2n 四.选定触发器类型，求出电路状态方程、驱动方程和输出方程 五.根据得到的方程式画出逻辑图 六.检查设计的电路能否自启动，如不能，则需改进！,11,例1：设计一个带有进位输出端的同步五进制加法计

5、数器 解：（一）逻辑抽象 分析：计数器工作特点：在时钟信号操作下自动依次从一个状态转为下一个状态，因此是属于 Moore 型同步时序电路。 进位信号C：有进位时为1，否则为0。 五个有效状态：S0 S4 没有等价状态，不能再化简。,S0 S1 S2 S3 S4,12,二、确定触发器数目，进行状态编码 5个状态M=5 应取触发器位数 n=3 选状态编码：000,001,010,011,100 状态分配： S0=000,S1=001,S2=010,S3=011,S4=100 状态图：000001010011100,三、画出状态表（或次态卡诺图），选定触发器类型，求出状态方程、输出方程。 根据状态方

6、程和特性方程求驱动方程。,另外三个状态101，110，111没有用到，可当作约束项处理。,13,选触发器类型：3个下降沿触发的边沿JK触发器。 分别列出次态和输出的卡诺图，求状态方程和输出方程。,状态表,次态/输出卡诺图,可见，写出次态/输出卡诺图比写状态表更方便。,0 0 1 0,0 1 0 0,0 1 1 0,1 0 0 0, ,0 0 0 1, , , ,001/0,010/0,100/0,011/0,000/1,14,Q3,Q3,Q3,Q2Q1,Q2,Q2,Q2Q1,Q3,Q3,Q2Q1,Q2Q1,Q3,Q3,Q2Q1,15,J3=Q2Q1 K3=1 J2=Q1 K2=Q1 J1=Q3

7、 K1=1,驱动：,四.根据驱动方程和输出方程画出电路图,C,1,1,16,五.检查自启动 将无效状态101,110,111带入状态方程求次态。,Q3 Q2 Q1 Q3* Q2* Q1* C 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1,能自启动。,17,例2：设计一个带有进位输出端的同步十三进制加法计数器 解：（一）逻辑抽象 分析：计数器工作特点：在时钟信号操作下自动依次从一个状态转为下一个状态，因此是属于 Moore 型同步时序电路。 进位信号C：有进位时为1，否则为0。 十三个有效状态：S0 S12 没有等价状态，不能再化简。,C=1,S0 S1 S

8、2 S3 S12,18,二、确定触发器数目，进行状态编码 13个状态M=13 应取触发器位数 n=4 选状态编码：0000 1100 分配： S0=0000,S1=0001, ,S12=1100 状态图： 000000010010001101000101 1100101110101001100001110110,19,三、画出状态表（或次态卡诺图），选定触发器类型，求出状态方程、输出方程,选触发器类型：个下降沿触发的JK触发器。,Q3Q2,Q1Q0,20,Q3,Q3,Q3*=Q2Q3+Q2Q1Q0Q3,Q3Q2,Q1Q0,Q1Q0,Q3Q2,Q2*=Q1Q0Q2+Q3Q1Q2+Q3Q0Q2 =

9、Q1Q0Q2+Q3(Q1Q0) Q2,同理：,Q1*=Q0Q1+Q0Q1,C=Q3Q2,J3=Q2Q1Q0 K3=Q2 J2=Q1Q0 K2=(Q3(Q1Q0) J1=Q0 K1=Q0 J0=(Q3Q2) K0=1,驱动：,Q0*=(Q3Q2)Q0,21,四.根据驱动方程和输出方程画出电路图,C=Q3Q2,J3=Q2Q1Q0 K3=Q2 J2=Q1Q0 K2=(Q3(Q1Q0) J1=Q0 K1=Q0 J0=(Q3Q2) K0=1,22,五.检查自启动 将无效状态1101,1110,1111带入状态方程求次态。,Q3 Q2 Q1 Q0 Q3* Q2* Q1* Q0* C 1 1 0 1 0 0

10、 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1,能自启动。,Q3*=Q2Q3+Q2Q1Q0Q3,Q2*=Q1Q0Q2+Q3(Q1Q0) Q2,Q1*=Q0Q1+Q0Q1,C=Q3Q2,Q0*=(Q3Q2)Q0,23,例3：设计一个串行数据检测器.对它的要求是:连续输入3个或3个以上的1时输出为1,其他输入情况下输出为0。 P319 解：（一）进行逻辑抽象，画出状态图和状态表 输入变量X，检测结果Y,没有输入之前状态为S0 输入个状态为S1 连续输入个状态为S2,连续输入个状态为S3 连续输入个以上状态为S3,输出Y=0,输出Y=1,输入变量X有0、1两种状

11、态,可画出原始状态转换图如下：,24,Moore型,无等价状态！,Mealy型,S2和S3有相同的次态和输出，所以是等价状态，可以合并。,S0,S3,S2,S1,S0,S3,S2,S1,25,合并后的状态图为：,二、确定触发器数目，选定状态编码 状态数M=3，所以选个触发器 选状态编码： S0=00, S1=01, S2=10,三、画出次态卡诺图，选定触发器类型，求出状态方程，输出方程,Q1Q0,X,00/0,00/0,00/0,01/0,10/0,10/1,26,若选用JK触发器,若用D触发器,四.求驱动方程,Q1Q0,X,Q1*,Q0*,Y,27,六.检查自启动,X Q1 Q0 Q1n+1

12、 Q0n+1 Y 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1,能自启动。,五.由驱动方程和输出方程画出电路图,Y=XQ1,28,例4 ：设计一个自动售饮料机的逻辑电路：它的投币口每次只能投入一枚五角或一元的硬币。投入一元五角钱硬币后机器自动给出一杯饮料；投入两元（两枚一元）硬币后，在给出饮料的同时找回一枚五角的硬币。 解： 投币信号为输入信号 投入1枚一元硬币用A=1表示，未投A=0 投入1枚五角硬币用B=1表示，未投B=0 输出信号有两个：给出饮料和找钱，用Y,Z表示 给出饮料Y=1，不给出Y=0 找钱 Z=1，不找钱Z=0 在某种状态下输入信号有三种可能：不投钱:AB=00、投入五角:

13、AB=01、投入一元:AB=10。,29,设起始状态为：S0 投入五角时为： S1 一元 ： S2（包括二枚5角） 一元五角 ： 给出饮料，不找钱，回到S0 二元 ： 给出饮料，找钱，回到S0,所以状态数为3，触发器用2个，令： S0 = 00 S1 = 01 S2= 10,AB: 00,01,10 (不可能为11）,状态图为：,00,01,10,30,次态/输出 卡诺图：,Q1Q0 00 01 11 10 00 00/00 01/00 10/00 01 01/00 10/00 00/10 11 10 10/00 00/10 00/11,AB,Q1*= Q1Q0A+Q0B+Q1AB Q0*=Q1Q0B+Q0AB YQ1B+Q1A+Q0A Z = Q1A,可得：,31,画出逻辑图：略 检查自启动：初态若为11，则分为4种情况考虑 AB=00 则：Q1*=1，Q0*=1，Y=0，Z=0 AB=01 则：Q1*=1，Q0*=0，Y=1，Z=0 AB=10 则：Q1*=0，Q0*=0，Y=1，Z=1 AB=11 不会出现,可见在输入为00时，电路的次态不能回到有效循环中去，所以，此电路不具有自启动功能。,选用D触发器和与非门构成此时序逻