Moore与Mealy型同步时序逻辑电路的分析与设计

1、实验十 Moore与Mealy型同步时序逻辑电路的分析与设计、实验目的：1掌握同步时序逻辑电路的分析与设计方法。2. 掌握时序逻辑电路的测试方法。3. 了解时序电路自启动设计方法。4了解同步时序电路状态编码对电路优化作用。二、实验原理：1. Moore与Mearly型同步时序逻辑电路的分析方法：时序逻辑电路的分析，按照电路图（逻辑图），选择芯片，根据芯片管脚， 在逻辑图上标明管脚号；搭接电路后，根据电路要求输入时钟信号（单脉冲信号 或连续脉冲信号），求出电路的状态转换图或时序图（工作波形），从中分析出电 路的功能。2. Moore与Mearly型同步时序逻辑电路的设计方法：（1）分析题意，求出

2、状态转换图。（2）状态分析化简：确定等价状态，电路中的等价状态可合并为一个状态。（3）重新确定电路状态数N,求出触发器数n,触发器数按下列公式求：2n-1<N<2n （N为状态数、n为触发器数）。（4）触发器选型（D JK）。（5）状态编码，列出状态转换表，求出状态方程、 驱动方程。（6）画出时序电路图。（7）时序状态检验，当N <2n时，应进行空转检 验，以免电路进入无效状态不能启动。（8）功能仿真，时序仿真。3. 同步时序逻辑电路的设计举例： 试用D触发器设421码模5加法计数器。（1） 分析题意：由于是模5（ 421码）加法计数器，其状态转换图如图1所示：（2）状态转换

3、化简：由题意得该电路无等价状态。（3） 确定触发器数：根据，2n-1<N <2n，n=3。（4）触发器选型：选择D触发器。（5）状态编码：Q3 Q2 Q1按421码规律变化。(6)列出状态转换表，如表1.(7) 利用卡诺图如图2,求状态方程、驱动方程。(8) 自启动检验：将各无效状态代入状态方程，分析状态转换情况，画出完整的状态转换图，如图3所示，检查是否能自启动S3(9)画出逻辑图，如图4所示«4j42i三、实验仪器：1. 示波器1台。2函数信号发生器1台。3. 数字万用表1台。4. 多功能电路实验箱1台;MM.电mDnHKD四、实验内容：1. 模5 （421码）加法计

4、数器功能检验：按图4搭接电路，Cp接单脉冲信号P+, Q3Q2Q分别接逻辑指示灯L3L2L1,英卜間搶时序电分輛Rd接逻辑开关K12, Sd1、Sd2、Sd3分别接逻辑开关K1、K2、K3;接通电源后利用Rd使计数器复位后，加单脉冲，观察计数 器工作情况，写出时序表，各无效状态利用Sd1、Sd2、Sd3置数后，加单脉冲观察期次状态，话画出完整的状态转换图；2. 模5（421码）加法计数器时序图观测：将Cp改接TTL信号（f=10kHz），用双踪示波器观察并记录 Cp, Q3 Q2、Q1波形。3. 设计模10（8421BCD加法计数器。4. 设计模10（5421BCD加法计数器。5. Mearl

5、y型同步逻辑时序电路分析：（1） 按下图搭接电路，Cp接单脉冲信号P+，Q2Q1分别接逻辑指示灯L2L1, X 接逻辑开关K1；接通电源后，先令K= “0”，加单脉冲、观察电路工作情况，写 出时序表；再令&= “ 1”，加单脉冲观察电路的工作情况写出时序表，画出完整 状态转换图。（2）若电路不存在自启动状态，能否修改逻辑，使电路能自启动？6. Mearly型同步逻辑时序电路设计：（1） 图2所示为某同步时序逻辑电路的状态转换图，图中A、B为输入变量，丫、 Z为输出变量；若用两个JK触发器来实现该电路，且 S0S3的状态分别取Q2 Q1为00、01、10、11表示，试设计该时序电路。（2

6、）按设计电路完成连接，自拟实验步骤进行设计验证是否满足设计要求。五、实验分析:1.该时序表可与表2相同，完整的状态转换图如图 3。可通过Sd1、Sd2、Sd3 置数后，进入各种状态。然后按单脉冲信号可观察L3L2L1的亮暗来对比完整的状态转换图是否正确。2将Cp改接为TTL信号，用示波器分别接Cp, Q3 Q2 Q1并观察波形。如下 图：3.（ 1）令K= “0”时，状态转换表如下:计数顺序Q2Q1输出丫00001000001010000100100001101000令Ki= “0”时，状态转换表如下:计数顺序Q2Q1输出丫00 00nnnn10102111300001011000完整的状态转

7、换图为:ABQ2Q10001111000*01010111*101100(2)利用卡诺图求驱动方程、状态方程:Q2的卡诺图：QABQ2Q10001111000*01100111*1001001*的卡诺图:可得 Q2*=( Q+A)Q2 +A'QQQ 上A'Q +'AQ'可选取两个JK触发器，其中第一个触发器的J1接Q+A, K1接A+Q;而第二个 JK触发器中，J2接A', K3接A'+Q。当然可根据所给的芯片进行相应的变换。同理可得输出方程为：ABQ2Q10001111000*01000111*100011丫的卡诺图：ZY=QQ '+A

8、QZ=AQ经过搭接电路后可得相应的状态转换ABQ2Q10001111000*01000011*100001的卡诺图:六、个人总结:1、模5加法计数器实验中，利用Rd Sd1、Sd2、Sd3可以得到各种状态，并接通过按Cp单脉冲来观察状态的转换，观测实验结果，通过置位端调整，来检 查电路是否能自启动。利用TTL信号时，需要用到示波器和波形发生器等， 在使 用示波器需要将触发调为外部触发才能观察到稳定的波形。通过波形可以近似地 观察到时序图的波形。2、而Mealy型同步时序逻辑电路则相对麻烦，需要花费时间来连接电路。 在分析过程中，当X=“ 0”时，不管电路置入什么状态均会转换到置 0状态。表 明状态方程跟输入X有关。电路设计中根据状态转换图画出卡诺图后就可以化简 写出状态方程，在根据相应的触发器特性方程来改写状态方程进而设计出电路。3、第二个实验相对较有针对性，会经常由于状态方程没有改写成理想的形 式，导致接不出电路，或者是接线接错等。在实验前一定要先预习等，在实验中 要耐心地检查电路的正确与否，再接通电源进行测试。4、在接线过程中，这次遇到了新的问题，由于需要连接的线路过多，线路 看起来过于复杂，存在意想不到的错误，比如两条线的前端接触了，而导致短路， 还有接错位了等等。实验过程中遇到困难要仔细