数字设计设计总结基础篇

1、基本概念逻辑电路分为两大类：v组合逻辑电路（combinational logic circuit）v时序逻辑电路（sequential logic circuit）任何时刻的输出仅取决与当时的输入任何时刻的输出仅取决与当时的输入任一时刻的输出不仅取决与当时的输入，任一时刻的输出不仅取决与当时的输入，还取决于过去的输入序列还取决于过去的输入序列电路特点：无反馈回路、无记忆元件电路特点：无反馈回路、无记忆元件电路特点：有电路特点：有反馈回路反馈回路、有、有记忆元件记忆元件一 组合电路的综合根据给出的实际问题， 求出实现这一逻辑功能的电路。v进行逻辑抽象，得到真值表或逻辑函数式v选择器件的类型v逻

2、辑化简或变换成适当的形式v电路处理，得到电路图2N0N1N2N3EN_L+5VD0_LD7_LD8_LD15_L用用74x13874x138设计设计4-16译码器译码器思路：思路： 1616个输出需要个输出需要 片片74x13874x138？Y0Y7ABCG1G2AG2BY0Y7ABCG1G2AG2BU1U2 任何时刻只有任何时刻只有一片在工作。一片在工作。 4 4个输入中，个输入中，哪些位控制片选哪些位控制片选哪些位控制输入哪些位控制输入3用译码器和逻辑门实现逻辑函数ZYXABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774x138+5VFF = (X,Y,Z) (0,3,6,7)4A

3、2A1A0GSEOEII7I0A2A1A0GSEOEII7I0Q15_LQ8_LQ7_LQ0_LY0Y1Y2Y3GS2 2个个74x14874x148级联为级联为16164 4优先编码器优先编码器5扩展多路复用器扩展位v如何实现8输入，16位多路复用器？由8输入1位8输入16位需要16片74x151， 每片处理输入输出中的1位选择端连接到每片的C,B,A注意：选择端的扇出能力 （驱动16个负载）ENYYABCD0D76扩展多路复用器扩展数据输入端的数目v如何实现32输入，1位多路复用器？数据输入由832，需4片如何控制选择输入端？ 分为：高位低位高位译码器进行片选低位接到每片的C,B,A4片输

4、出用或门得最终输出ENYYABCD0D77D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2Y用双用双4选选1数据选择器构成数据选择器构成8选选1数据选择器数据选择器8用数据选择器设计组合逻辑电路用数据选择器设计组合逻辑电路 10niiiDmENY当使能端有效时，当使能端有效时， 10niiiDmY最小项之和形式最小项之和形式ENABCD0D1D2D3D4D5D6D7YY74x151实现逻辑函数实现逻辑函数 F = F = (A,B,C)(A,B,C)(0,1,3,7)(0,1,3,7)CBAVCCF9YZWX00 01 11 10000111101111111YWX00 01 11 100110Z

5、ZZZZ0思考：利用思考：利用74x15174x151实现逻辑函数实现逻辑函数F = F = (W,X,Y,Z)(W,X,Y,Z)(0,1,3,7,9,13,14)(0,1,3,7,9,13,14)降维：由降维：由4 4维维3 3维维10ENABCD0D1D2D3D4D5D6D7YY74x151VCCYXWFZ利用利用74x15174x151实现实现F = F = (W,X,Y,Z)(W,X,Y,Z)(0,1,3,7,9,13,14)(0,1,3,7,9,13,14)0 2 6 4 1 3 7 5 YWX00 01 11 100110ZZZZZ0说明：用具有说明：用具有n位地址位地址输入端的多

6、路复用器，输入端的多路复用器，可以产生任何形式的输可以产生任何形式的输入变量数不大于入变量数不大于n+1的的组合逻辑函数。组合逻辑函数。11利用带使能端的二进制译码器作为多路分配器利用带使能端的二进制译码器作为多路分配器ABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774x138DST0_LDST7_L数据输入数据输入 SRCEN_L利用利用74x13974x139实现实现2 2位位4 4输出多路分配器（输出多路分配器（P285P285）DSTSEL0DSTSEL1DSTSEL2地址地址选择选择 利用使能端作为数据输入端利用使能端作为数据输入端数据输入数据输入 SRCEN_L12奇偶校验

7、的应用用于检测代码在传输和存储过程中是否出现差错用于检测代码在传输和存储过程中是否出现差错AEVENODD74x280HIAEVENODD74x280HI发发端端收收端端DB0:7DB0:7ERROR发端保证有偶数个发端保证有偶数个1 1收端收端 ODD ODD 有效表示出错有效表示出错奇数奇数EVENEVEN13比较器的串行扩展XD11:0YD11:03:07:411:8XY+5VABIABOA0A3B0B374x85ABIABOA0A3B0B374x85ABIABOA0A3B0B374x853 3片片74x8574x85构成构成1212位比较器位比较器低位低位高位高位143 3片片74x6

8、8274x682构成构成2424位比较器位比较器P0P7 P=QQ0Q7 PQP0P7 P=QQ0Q7 PQP0P7 P=QQ0Q7 PQ7:015:823:16P23:0Q23:0PEQQPGTQ比较器的并行扩展P338 6.1.4P340 图图6-715二 时钟同步状态机设计v根据命题构造状态/输出表v状态化简（状态最小化）v状态编码（选择状态变量）v建立转移/输出表，得到状态和输出方程v选择触发器作为状态存储器v构造激励表，得到激励方程v画逻辑电路图161、逻辑抽象，得到状态图（表）、逻辑抽象，得到状态图（表）2、状态编码、状态编码取自然二进制数取自然二进制数 000111作为作为 S0

9、 S7 的编码的编码对时钟信号计数，可不用输入对时钟信号计数，可不用输入 Moore Moore机机取进位信号为输出变量取进位信号为输出变量需要需要8 8个有效状态个有效状态设计一个3位二进制模8计数器S0/0S1/0S3/0S4/0S2/0S5/0S7/1S6/0000111110101001010011100173、构造转移构造转移/输出表，求取输出表，求取 状态转移方程状态转移方程 和和 输出方程输出方程S0/0S1/0S3/0S4/0S2/0S5/0S7/1S6/00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Q2 Q1 Q0Q2*Q1*Q0* CS0

10、S1S2S3S4S5S6S70 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0000000010001111101010010100111001801Q1Q0Q2Q0* 00 01 11 101 0 0 11 0 0 13、构造转移构造转移/输出表，求取输出表，求取 状态转移方程状态转移方程 和和 输出方程输出方程Q0* = Q00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Q2 Q1 Q0Q2*Q1*Q0* C0 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 000000001190 0 00 0 1

11、0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 000000001Q2 Q1 Q0Q2*Q1*Q0* C01Q1Q0Q2Q1* 00 01 11 100 1 0 10 1 0 1Q0* = Q0Q1* = Q1Q0 + Q1Q03、构造转移构造转移/输出表，求取输出表，求取 状态转移方程状态转移方程 和和 输出方程输出方程200 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 000000001Q2

12、Q1 Q0Q2*Q1*Q0* CQ0* = Q0输出方程：输出方程：C = Q3 Q2 Q1Q1* = Q1Q0 + Q1Q001Q1Q0Q2Q2* 00 01 11 100 0 1 01 1 0 1Q2* = Q2Q1Q0 + Q2Q1 + Q2Q03、构造转移构造转移/输出表，求取输出表，求取 状态转移方程状态转移方程 和和 输出方程输出方程21Q0* = Q0Q1* = Q1Q0 + Q1Q0Q2* = Q2Q1Q0 + Q2Q1 + Q2Q04、触发器选型，得到激励方程、触发器选型，得到激励方程翻转翻转Q* = Q（T触发器）触发器）Q* = ENQ + ENQQ1* = Q1Q0 +

13、 Q1Q0= Q2Q1Q0 + Q2 (Q1+Q0)= Q2Q1Q0 + Q2 (Q1Q0)EN1 = Q0EN2 = Q1Q0EN0 = 1选择有使能端的选择有使能端的T T触发器触发器225、画逻辑电路图、画逻辑电路图EN0 = 1EN1 = Q0EN2 = Q1Q0C = Q3 Q2 Q11CLKQ0Q1Q2C23用J-K触发器设计v方法一利用状态方程和触发器特征方程得到激励方程v方法二利用状态转移表和激励表得到激励方程激励表激励表Q Q*0 00 11 01 1J K0 d1 dd 1d 0J K Q0 0 0 11 01 1保持保持清清0置置1翻转翻转功能表功能表24J-K触发器特征

14、方程：触发器特征方程：Q* = JQ + KQ利用状态方程和特征方程设计Q1* = Q2Q3 + Q1 = Q2Q3(Q1+Q1) + Q1 = Q2Q3Q1+ Q2Q3Q1 + Q1 = Q2Q3Q1 + Q1Q3* = Q2Q3A + Q1AQ2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2BQ1* = Q2Q3 + Q1状态方程状态方程J1 = Q2Q3K1 = 0 25J-K触发器特征方程：触发器特征方程：Q* = JQ + KQ利用状态方程和特征方程设计利用状态方程和特征方程设计Q3* = Q2Q3A + Q1AQ2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2BQ1* = Q2

15、Q3 + Q1状态方程状态方程Q3* = Q2Q3A + Q1A = Q2Q3A + Q1A(Q3+Q3) = (Q2A + Q1A)Q3+ Q1AQ3J3 = Q2A + Q1AK3 = Q1 + AJ1 = Q2Q3K1 = 0 26Q2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2B = (Q1Q3A + Q1Q3A)(Q2+Q2) + Q1Q2B = (Q1Q3A + Q1Q3A)Q2 + (Q1Q3A + Q1Q3A + Q1B)Q2K2 = (Q1Q3A + Q1Q3A + Q1B) = (Q1+Q3+A)(Q1+Q3+A)(Q1+B) = Q1 + Q3AB + Q3AB J2

16、 = Q1Q3A + Q1Q3A K2 = Q1 + Q3AB + Q3ABJ1 = Q2Q3K1 = 0 J3 = Q2A + Q1AK3 = Q1A27AB 00 01 11 10Z00011000100100100100100100101110101101101101101110110110110110111111111111111111Q1Q2Q3Q1*Q2*Q3*J1K1 , J2K2 , J3K31d,0d,0d1d,0d,0d1d,0d,1d1d,0d,1dd0,1d,0dd0,1d,0dd0,0d,1dd0,0d,1dd0,0d,d1d0,0d,d1d0,1d,d0d0,1d,

17、d0d0,d0,0dd0,d0,0dd0,d0,1dd0,d1,1dd0,d1,d1d0,d0,d1d0,d0,d0d0,d0,d0利用激励表进行J-K触发器设计28雷鸟车尾灯LALBLCRARBRC输入：左转输入：左转L、右转、右转R、应急闪烁、应急闪烁H（hazard）、时钟）、时钟输出：控制输出：控制6个灯亮或灭个灯亮或灭 可以完全由状态控制可以完全由状态控制29IDLE：全灭：全灭L1：左边：左边1个灯亮个灯亮L2：左边：左边2个灯亮个灯亮L3：左边：左边3个灯亮个灯亮R1：右边：右边1个灯亮个灯亮R2：右边：右边2个灯亮个灯亮R3：右边：右边3个灯亮个灯亮LR3：全亮：全亮状态状态输

18、输 出出直接利用状态控制输出直接利用状态控制输出301、构造状态图、构造状态图IDLE：全灭：全灭L1：左边：左边1个灯亮个灯亮L2：左边：左边2个灯亮个灯亮L3：左边：左边3个灯亮个灯亮R1：右边：右边1个灯亮个灯亮R2：右边：右边2个灯亮个灯亮R3：右边：右边3个灯亮个灯亮LR3：全亮：全亮IDLEL1LL21L311R1RR21R311LR3H1HLRH+LRLHRRHL无二义性的无二义性的31IDLEL1LL21L311R1RR21R311LR3H1HLRH+LRLHRRHL1、构造状态图、构造状态图完备性完备性 离开某一状态的弧离开某一状态的弧线上的所有转移表达线上的所有转移表达式的逻辑和为式的逻辑和为1 1。无二义性的无二义性的HRH+RH+RHRHLHLH+LH+L改进改进互斥性互斥性 离开某一状态的弧离开某一状态的弧线上的任意一对转移线上的任意一对转移表达式的逻辑积为表达式的逻辑积为0 0322、状态编码、状态编码Q2Q1Q00 0 00 0 10 1 10 1 01 0 11 1 11 1 01