时序逻辑电路的设计方法

1、5.2时序逻辑电路的设计方法本次重点内容:1、同步吋序逻辑屯路的设计方法。2、界步时序逻辑电路的设计方法。教学过程5.2.1同步时序逻辑电路的设计一、同步时序逻辑电路的设计方法设计关键：根据设计要求t确定状态转换的规律t求出各触发器的驱动方程。设计步骤：（先简单介绍，通过以下的举例后，再进行总结，特別再点出设计关键）1. 根据设计要求，设定状态，确定触发器数目和类型。画出状态转换图。2. 状态化简前提：保证满足逻辑功能要求。方法：将等价状态（多余的重复状态）合并为一个状态。3. 状态分配，列出状态转换编码表通常采用自然二进制数进行编码。n为电路的状态数。每个触发器表示一位二进制数，因此，触发器

2、的数口n可按下式确定2>n>2n-14. 画状态转换卡诺图，求出状态方程、输出方程选择触发器的类型（一般可选jkf/f或df/f,由于jk触发器使用比较灵活，因 此，在设计中多选用jk触发器。）将状态方程和触发器的特性方程进行比较-驱动方 程。5. 根据驱动方程和输出方程画逻辑图。6. 检查电路有无自启动能力。如设计的电路存在无效状态时，应检查电路进入无效状态后，能否在时钟脉冲作 用下自动返冋有效状态工作。如能冋到有效状态，则电路有自启动能力；如不能，则 需修改设计，使电路具有自启动能力。二、同步时序逻辑电路的设计举例例1试设计一个同步七进制加法计数器。解：设计步骤(1) 根据设计

3、要求，设定状态，画状态转换图。七进制7个状态t用so, s1, s6表示 状态转换图如下所示：(2) 状态化简。本例屮7个状态都是有效状态。(3) 状态分配，列状态转换编码表。根据式2*>n>2n_1, ->n = 7, n = 3,即采用三个触发器。选用三位自然二进制加法计数编码-> 列岀状态转换编码表。状态转换顺序现态次态输出nq2nqi小nqoc n+1q2n+1qic n+1 qoys0000010s.0010100s,0100110s.30111000s,1001010s51011100s61100001(4) 选择触发器的类型，求出状态方程，駆动方程和输出方

4、程。根据状态转换编码表一>得到各触发器次态和输出函数的卡诺图。得输出方程为：状态方程q< 二 q5qfq,q6q；q?+iq?= q,q；+q 弼1qo+1= q；q牯q；q汁趾选用jk触发器驱动方程。将状态方程与特性方程呼刊=jqn + kqntt较得（j2 = qrqo，k2=qj严q粘k严q?q；i jo = q?q,ko =1（5）根据驱动方程和输出方程冊i逻辑电路图。（6）检查电路有无自启动能力。电路有一个无效状态111,将该状态代入状态方程中得000。这说明一旦电路进入 无效状态吋，只耍再输入一个计数脉冲cp,电路便回到有效状态000。因此，具有自 启动能力。例2设计一

5、个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。解：设计步骤（1）根据设计要求设定状态，画状态转换图。由于串行输出y的脉冲序列为10100,故电路应有5个状态，即n = 5,它们分别用 so , s1 , s4表示。输入第一个时钟脉冲cp时，状态由s0转到s1 ,输出y =1：输入第二个cp吋，状态由s1转为s2 ,输出y=0；其余依次类推。(2) 状态分配，列出状态转换编码表。根据式2"n>21-1可知,在n=5时，n=3,即采用三位二进制代码。(3) 选择触发器类型，求输出方程、状态方程和驱动方程。根据状态转换编码表-得各触发器次态和输出函数的卡诺图，进一步得hh输出方程状态方程q

6、?二 qsqfq 冷 qsqfqf+iq?= q,q；+q 弼1qfqfq廿 q?q# +诵选用jk融发器。驱动方程。将状态方程与特性方程qn+1=jq + kqn比较得j2=q,k2=1w，k1=qs< jo=q5，k0=l(4)根据驱动方程和输出方程冊i逻辑图。(5)检查电路有无自启动能力。该电路的3个无效状态10、110、111代入状态方程屮进行计算后获得的010、010、000都为有效状态，这说明一旦电路进入无效状态时，只要继续输入时钟脉冲cp,电路便可自动返冋有效状态工作。电路有自启动能力。思考：若设计异步吋序屯路，与同步吋序屯路应有何不同?5.2.2同步时序逻辑电路的设计步骤

7、:1、由状态编码表画触发器输出波形图。2、有波形图确定各触发器的时钟。3、计算驱动端的表达式。4、画逻辑电路图。5、验证能否自启动。例：设计五状态异步增1计数器。1、状态编码表状态q3q2qi0000100020013001401050002、波形图:3、触发器时钟的确定：由编码表知，电路要用3个触发器，选用jk触发器，3个触发器的时钟分别为 cpi、cp2> cp3,由波形图可确定如下:cp=cp,因j k触发器的翻转必须使时钟 有负跳变，观察波形图可知，qi的吋钟只能取自cp （计数脉冲），由于cp第5个 脉冲负跳变到来后，要求qi不翻转，所以ji和ki需进行计算。对于触发器q2, cp2=q】，从波形图看，只要qi有负跳变，q2就应当翻转，当 j2 = k2=1吋就能满足这一要求，所以j2和k2不必计算了。对于触发器q3，cp3 = cp,从波形图看，cp为1, 2, 3时q3都不应该翻传，即时 钟有多余的负跳变，所以h和心需进行计算。4、计算jiki j3, k3的表达式。根据状态转换表：小nq3小nq2c nqin+1q.3n+1 q2c n+1qij3k3jlk10000010x1x0010100xx10100110x1x0111001xx1100