数电时序逻辑电路设计.pptx
6.3 同步时序逻辑电路的设计同步时序逻辑电路的设计6.3.1 设计同步时序逻辑电路的一般步骤设计同步时序逻辑电路的一般步骤6.3.2 同步时序逻辑电路设计举例同步时序逻辑电路设计举例第1页/共29页6.3 同步时序逻辑电路的设计 同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据其任务是根据实实际逻辑问题的要求际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的，设计出能实现给定逻辑功能的电路电路。6.3.1 设计同步时序逻辑电路的一般步骤同步时序电路的设计过程同步时序电路的设计过程第2页/共29页(1)根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表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。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。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。根据原始状态图建立原始状态表。第3页/共29页S0S1S2S30/01/11/00/00/01/11/00/00/00/01/11/1输入X=0时输入X=1时S3,S2等价减少触发器的个数S0S1S21/00/01/00/01/10/0(2)状态化简状态化简-求出最简状态图求出最简状态图；合并等价状态，消去多余状态合并等价状态，消去多余状态等价状态：等价状态：在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个次在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。态去的两个状态称为等价状态。第4页/共29页(3)状态编码（状态分配）；状态编码（状态分配）；(4)选择触发器的类型选择触发器的类型(6)画出逻辑图并检查自启动能力。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。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，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求出电路的激励方程和输出方程；（M:状态数状态数;n:触发器的个数）触发器的个数）2n-1M2n 注意：在注意：在M 2n的情况下，从的情况下，从2n个状态组合中取个状态组合中取M个状态的组个状态的组合可以有多种方案，而每种方案中代码组合的排列顺序又有合可以有多种方案，而每种方案中代码组合的排列顺序又有很多种，若编码方式选得合适，设计结果可以比较简单。很多种，若编码方式选得合适，设计结果可以比较简单。第5页/共29页例例1 用用D触发器设计一个触发器设计一个8421 BCD码同步十进制加计数器。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码同步十进制加计数器的状态表000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次次 态态现现 态态计数脉冲计数脉冲CP的顺的顺序序6.3.2 同步时序逻辑电路设计举例第6页/共29页000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次次 态态现现 态态计数脉冲计数脉冲CP的顺的顺序序(2)(2)确定激励方程组确定激励方程组0000000100011110011010100010110001001000激励信号激励信号D3、D2、D1、D0是触发器是触发器现态的函数现态的函数D3、D2、D1、D0、是触发器现是触发器现态还是次态的函数？态还是次态的函数？第7页/共29页画出各触发器激励信号的卡诺图画出各触发器激励信号的卡诺图 第8页/共29页(3)(3)画出逻辑图，并检查自启动能力画出逻辑图，并检查自启动能力第9页/共29页画出完全状态图画出完全状态图电路具有自启动能力电路具有自启动能力(3)(3)画出逻辑图，并检查自启动能力画出逻辑图，并检查自启动能力第10页/共29页例例2:设计一个串行数据检测器。电路的输入信号设计一个串行数据检测器。电路的输入信号A是与时钟是与时钟脉冲同步的串行数据，其时序关系如下图所示。输出信脉冲同步的串行数据，其时序关系如下图所示。输出信号为号为Z；要求电路在；要求电路在A信号输入出现信号输入出现110序列时，输出信序列时，输出信号号Z为为1，否则为，否则为0。a 初始状态初始状态;b A输入一个输入一个1后后;c A输入输入11后后;d A输入输入110后。后。2.2.）定义输入）定义输入 输出逻辑状态和每个电路状态的含义；输出逻辑状态和每个电路状态的含义；1.1.）确定输入、输出变量及电路的状态数）确定输入、输出变量及电路的状态数:输入输入变量：变量：A状态数：状态数：4个个输出输出变量：变量：Z解解:1、根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表、根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表第11页/共29页 2.2.状态化简状态化简列出原始状态转换表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第12页/共29页3、状态分配令令 a=00，b=01，c=11，现态现态Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000/001/00100/011/01100/111/04、选择触发器的类型触发器个数触发器个数:两个。两个。类型：采用类型：采用对对 CP 下降沿敏感的下降沿敏感的 JK 触发器。触发器。abc0/01/00/01/01/00/1第13页/共29页 5.5.5.5.求激励方程和输出方程求激励方程和输出方程现态现态Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000/001/00100/011/01100/111/0J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X状态转换真值表及激励信号状态转换真值表及激励信号K0J0K1J1激励信号YA0000000000101001010000 0100111101 0110001111111100第14页/共29页 卡诺图化简得卡诺图化简得卡诺图化简得卡诺图化简得激励方程激励方程激励方程激励方程输出方程输出方程输出方程输出方程第15页/共29页 6.6.根据激励方程和输出方程画出逻辑图根据激励方程和输出方程画出逻辑图,并检查自启动能力并检查自启动能力激励方程激励方程激励方程激励方程输出方程输出方程输出方程输出方程第16页/共29页当当当当 =1010时时时时100001110/01/00/01/01/00/10/11/0输出方程输出方程输出方程输出方程能自启动能自启动能自启动能自启动检查自启动能力和输出检查自启动能力和输出检查自启动能力和输出检查自启动能力和输出A A=0=0 =00 =00A A=1=1 =11 =11激励方程激励方程激励方程激励方程输出方程输出方程输出方程输出方程第17页/共29页输出方程输出方程输出方程输出方程修改电路修改电路修改电路修改电路第18页/共29页例例例例；用用用用D D D D 触发器设计状态变化满足下状态图的时序逻辑电路触发器设计状态变化满足下状态图的时序逻辑电路触发器设计状态变化满足下状态图的时序逻辑电路触发器设计状态变化满足下状态图的时序逻辑电路第19页/共29页1、列出原始状态表、列出原始状态表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20页/共29页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）第一次化简状态表第一次化简状态表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、状态表化简第21页/共29页011/1000/0100011/1100/0011011/0000/0010011/0010/0001001/0000/0000A=1A=0次态次态/输出输出（Sn+1/Y）现态现态（Sn）已分配状态的状态表已分配状态的状态表2、状态编码、状态编码a=000;b=001;c=010;d=011;e=100最后简化的状态表最后简化的状态表d/1a/0ed/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次态次态/输出（输出（Sn+1/Y）现态现态（Sn）第22页/共29页三种状态分配方案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23页/共29页状态转换真值表状态转换真值表11101001000000011110111000010110011010100000001001101100001001000100100000000000Y (D0)(D1)(D2)A3、求激励方程、输出方程、求激励方程、输出方程第24页/共29页 第25页/共29页画出逻辑电路画出逻辑电路第26页/共29页画出完整的状态图，检查所设计的计数器能否自启动画出完整的状态图，检查所设计的计数器能否自启动.第27页/共29页作业P3236.3.3第28页/共29页感谢您的观看。第29页/共29页
