数字电子技术 第六章 习题课

1、列移位状态表列移位状态表确定确定D DL L的取值，求驱动方程：的取值，求驱动方程： Q QQ Q QDCBCBAL周期序列：周期序列：00001101000011014 0 1 1 0 1 04 0 1 1 0 1 05 1 1 0 1 0 05 1 1 0 1 0 06 1 0 1 0 0 06 1 0 1 0 0 07 0 1 0 0 0 07 0 1 0 0 0 08 1 0 0 0 0 18 1 0 0 0 0 1态序态序D DL LQ QA AQ QB BQ QC CQ QD D序列序列0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 11 0 0 0 0 1 11 0 0 0 0 1 1

2、2 0 0 0 1 1 02 0 0 0 1 1 03 0 0 1 1 0 13 0 0 1 1 0 100100111 0010110010110100Q QA AQ QB BQ QC CQ QD DDL解：解：例例1 1：用移位寄存器：用移位寄存器74LS19474LS194构成构成周期序列周期序列0000110100001101产生器。产生器。电路电路CBCBACBCBALQ Q QQQ Q QQ Q QDS1S0=10S1S0=10左移左移思考：请检查自启动功能。思考：请检查自启动功能。例例2 2：用移位寄存器：用移位寄存器74LS19474LS194构成构成4 4位位m m序序列（列

3、（111 1000 1001 1010111 1000 1001 1010）产生器。）产生器。解：解：1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 0 0 011111111111011101100110010001000000100010010001001000100100110010011001100110011110111011010101010111011011101111111111101010101移位状态分析移位状态分析: :1515个独立状态个独立状态, ,左移。

4、左移。状态变化顺序状态变化顺序1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 0 0 01111111111101110110011001000100000010001001000100100010010011001001100110110011011011101101010101011101101110111111111110101010100010001001000100100010010011001001100110110011011011101101010100101010

5、110111011011101111111111111001100111011101000100000000000Q QA AQ QB BQ QC CQ QD D状态图状态图: :4 1 0 0 0 1 04 1 0 0 0 1 05 0 0 0 1 0 05 0 0 0 1 0 06 0 0 1 0 0 16 0 0 1 0 0 17 0 1 0 0 1 17 0 1 0 0 1 115 0 1 1 1 1 015 0 1 1 1 1 08 1 0 0 1 1 08 1 0 0 1 1 09 0 0 1 1 0 19 0 0 1 1 0 110 0 1 1 0 1 010 0 1 1 0 1

6、 011 1 1 0 1 0 111 1 1 0 1 0 112 1 0 1 0 1 112 1 0 1 0 1 113 0 1 0 1 1 113 0 1 0 1 1 114 1 0 1 1 1 114 1 0 1 1 1 1态序态序序列序列Q QA AQ QB BQ QC CQ QD DD DL L0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 01 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 0 02 1 1 1 0 0 02 1 1 1 0 0 03 1 1 0 0 0 13 1 1 0 0 0 1BALQQD移位状态表移位状态表: :思考：思考：添加自启动电路。添加自启动电路。只添加只添加1

7、 1个或非门可否实现自个或非门可否实现自 启动。启动。CPCLRCLRS1S0SR A B C D SLQAQBQCQD 74194101CP=1序列输出序列输出CPCLRCLRS1S0SR A B C D SLQAQBQCQD 7419411CP=1序列输出序列输出1111 1当当194状态为：状态为：QAQBQCQD0000时，时，S1S011，进行置数，使进行置数，使QAQBQCQD1111。例例3. 计数译码型序列信号发生器计数译码型序列信号发生器 设计以计数器设计以计数器161为核心，产生为核心，产生0001 0011 0101 111序列的信序列的信号发生器。号发生器。选自选自电子

8、线路设计电子线路设计实验实验测试测试（谢自美）（谢自美）分析：分析：1515位序列码，对应位序列码，对应1515个状态，个状态，故整个电路可用故整个电路可用1515进制计数进制计数器和译码电路组成。器和译码电路组成。序列信号状态表：序列信号状态表：15个计数状态个计数状态对对应应的的序序列列输输出出10 电路：电路：1000 01 11 1000011110Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 01111111101031223QQQQQQQQY “1110”“1110”与与非非, ,置置0 0法构法构成成1515进制计进制计数器。数器。例例4 4：用移位寄存器：用移位寄存器74LS1

9、9474LS194构成构成“1101”1101”序列检测序列检测器器 当当X依次输入依次输入1、1、0、1时，输出时，输出Z1；否则；否则Z0。因此。因此Z表示检测到表示检测到“1101”序列。序列。CPCLRCLRS1S0SR A B C D SLQAQBQCQD 101CPZX&1说明：最后一个说明：最后一个1还可以作为下一组还可以作为下一组“1101”的第一个的第一个1，这称为，这称为允许输入序列码重叠。这种序列检测称之为重叠型序列检测器。允许输入序列码重叠。这种序列检测称之为重叠型序列检测器。思考：用思考：用74194设计一个设计一个非重叠型序列检测器。非重叠型序列检测器。如输

10、入为：如输入为：00110110110100时，时， 输出为：输出为：00000100000100741941101例例5 5 用可逆计数器用可逆计数器74LS19174LS191实现实现1212归归1 1计数计数异步置数，异步置数，LDLD低有效。低有效。使能控制端使能控制端S S，S=1 S=1 保持；保持；S=0S=0，计数，计数加加/ /减控制端（减控制端（D/UD/U），），(=0(=0加计数加计数,=1,=1减计数减计数) )进进/ /借位输出端借位输出端Co/BoCo/Bo，当加计数到，当加计数到15,15,或减计数或减计数 到到0 0时时,Co/Bo=1,Co/Bo=1。讲解：

11、讲解：1.1.用用1 1片片7419174191加加1 1个个D D触发器触发器 实现实现1212归归1 1电路。电路。思考：思考：2.2.用用2 2片片7419174191设计设计1212归归1 1电路。电路。/S/S/LD/LDCo/BoCo/Bo/RCo/RCoU/DU/D(1)(1)列计数状态表列计数状态表(2)(2)翻转规律，翻转规律，共有两次翻转：共有两次翻转： 0,10010,1001后，十位翻后，十位翻1 1，个位清，个位清0 0， （用置（用置0 0构成十进制，控制信号可构成十进制，控制信号可由暂态由暂态0,10100,1010产生）产生） 1,00101,0010后后,十位

12、翻十位翻0,0,个位置个位置00010001， （十位用清（十位用清0 0法，个位由减法，个位由减1 1得到。得到。控制信号可由暂态控制信号可由暂态1,00111,0011产生）产生）异步置数，异步置数，LDLD低有效低有效逻辑图：逻辑图：M=QM=QE EQ QB B( (对应对应1001010010）（对应（对应1010 0BDQQLD ）（对应（对应0011 1ABEQQQRD CP, 0 产产生生 LD1 1、LD=QLD=QD DQ QB B （10101010）用置）用置0 0法构成十进制计数，同时产生十位法构成十进制计数，同时产生十位CPCP信号。信号。2 2、M=QM=QE E

13、Q QB B （1 00101 0010）变加为减计数）变加为减计数(M=0(M=0时时: :加加;M=1;M=1时时: :减减) )。下一个下一个CPCP使个位减使个位减1 1。3 3、RD=MRD=MQ QA A 在在M M1 1（1 00101 0010）之后）之后, ,个位减个位减1 1Q QA A1 1十位清十位清0 0。控制方程：控制方程：输出：输出：Q QE E Q QD DQ QC C Q QB B Q QA A LD=Q LD=QB BQ QD D 用置用置0 0法构成十进制计数。法构成十进制计数。Q QD DQ QC CQ QB BQ QA A10101010时置时置000

14、0000000产生触发器的产生触发器的CP,CP,使其由使其由0101。 M=Q M=QE EQ QB B 变加为减计数变加为减计数(M=0(M=0时时: :加加;M=1;M=1时时: :减减) ) 当计数到当计数到1 00101 0010时时,M=1,M=1,变加为减。这样变加为减。这样, ,下一个脉冲下一个脉冲( (第第1313个个CP)CP)来时，个位由来时，个位由00100010减成减成0001(0001(完成个位归完成个位归1 1) )。 R RD D=Q=QA AM M 十位清十位清0 0。分析：分析： M M在计数到在计数到1212（1 0010)1 0010)时才为时才为M=1

15、,M=1,在第在第1313个个CPCP使个位减使个位减1 1（Q QA A=1=1）后。触发器清）后。触发器清0 0端端R RD D0 Q0 QE E=0(=0(完成十位清完成十位清0 0) ) 。例例6 6 用用161161实现实现1212归归1 1计数计数选自选自电子线路设计电子线路设计实验实验测试测试（谢自美）（谢自美）分析：分析：两片两片161161构成同步计数电路（构成同步计数电路（片高位、片高位、片低位），片低位）， 由使能端控制级联计数。由使能端控制级联计数。161161异步清零（异步清零（片有清零，片有清零，片无清零），片无清零）， 同步置数（同步置数（片置片置1 1，片置片置

16、0 0） 。计数到计数到0 10010 1001后，后，片可以计数，再来片可以计数，再来CPCP，十位加，十位加1 1， 个位变为个位变为10101010后立即清后立即清0 0。总计数值为。总计数值为1 00001 0000。计数到计数到1 00101 0010后，后，LD1LD1LD2LD20 0，再来，再来CPCP，片置片置0 0， 片置片置1 1。总计数值为。总计数值为0 00010 0001。Q Q2020Q Q1313Q Q1212Q Q1111Q Q1010例例7 电路设计电路设计 智能机器人能够识别并绕开障碍物，在充斥着智能机器人能够识别并绕开障碍物，在充斥着障碍物的环境里自由行

17、走。它的前端有一个接触传障碍物的环境里自由行走。它的前端有一个接触传感器，感器，当遇到障碍物当遇到障碍物时传感信号时传感信号X=1X=1，否则传感信，否则传感信号号X=0X=0。它有两个控制信号。它有两个控制信号Z Z1 1和和Z Z0 0控制脚轮行走，控制脚轮行走， Z Z1 1=1=1时时控制机器人控制机器人左转左转，Z Z0 0=1=1时控制机器人时控制机器人右转右转，Z Z1 1Z Z0 0=00=00时控制机器人时控制机器人直行直行。 机器人遇到障碍物时的转向机器人遇到障碍物时的转向规则是：若上一规则是：若上一次是左转，则这一次右转，直到未探测到障碍物时次是左转，则这一次右转，直到未

18、探测到障碍物时直行；若上一次是右转，则这一次左转，直到未探直行；若上一次是右转，则这一次左转，直到未探测到障碍物时直行。测到障碍物时直行。试用试用D D触发器设计一个机器人触发器设计一个机器人控制器，控制机器人的行走方式。控制器，控制机器人的行走方式。 选自选自数字电路与系统设计数字电路与系统设计（邓元庆）（邓元庆）解：根据题意，机器人有以下四种可能的工作状态：解：根据题意，机器人有以下四种可能的工作状态： 当前直行，但上一次是左转，设为状态当前直行，但上一次是左转，设为状态A； 探测到障碍物，正在右转，设为状态探测到障碍物，正在右转，设为状态B ； 当前直行，但上一次是右转，设为状态当前直行

19、，但上一次是右转，设为状态C ； 探测到障碍物，正在左转，设为状态探测到障碍物，正在左转，设为状态D 。 0/000/00A AD DC CB B1/011/011/101/100/000/001/101/100/000/001/011/010/000/00X Xn n/Z/Z1 1n nZ Z0 0n n状态图状态图原始状态表原始状态表 Xn Sn01AA/00B/01BC/00B/01CC/00D/10DA/00D/10Sn+1/Z1nZ0n00011110设定状态设定状态编码编码编码状态表编码状态表 XnQ1nQ0n010000/00 01/010111/0001/011111/0010

20、/101000/0010/10Q Q1 1n+1n+1Q Q0 0n+1n+1/Z/Z1 1n nZ Z0 0n n说明：说明：根据状态编码表需求出：根据状态编码表需求出：Z1 Z0 D1 D0 。因选用因选用D触发器，故触发器，故Q1n+1D1 ， Q0n+1D0 。反之，。反之，也可由也可由Q1n+1 、 Q0n+1求得求得D1 、 D0 。编码状态表编码状态表 XnQ1nQ0n010000/00 01/010111/0001/011111/0010/101000/0010/10Q Q1 1n+1n+1Q Q0 0n+1n+1/Z/Z1 1n nZ Z0 0n nQ1nQ0n Xn 00

21、01 11 10 11(a) Z1n01Q1nQ0n Xn 00 01 11 101 1(b) Z0nQ1nQ0n Xn 00 01 11 1011 11(c) Q1n+1Q1nQ0n Xn 00 01 11 10111 1(d) Q0n+1Z1n = XnQ1n Q1n+1 = XnQ1n + XnQ0n Z0n = XnQ1n Q0n+1 = XnQ1n + XnQ0n 010101D D1 1n= = Q1n+1 D DO On= = Q0n+1 编码状态表编码状态表 XnQ1nQ0n010000/00 01/010111/0001/011111/0010/101000/0010/10Q

22、 Q1 1n+1n+1Q Q0 0n+1n+1/Z/Z1 1n nZ Z0 0n nQ1nQ0n Xn 00 01 11 10 11(a) Z1n01Q1nQ0n Xn 00 01 11 101 1(b) Z0nQ1nQ0n Xn 00 01 11 1011 11(c) Q1n+1Q1nQ0n Xn 00 01 11 10111 1(d) Q0n+1Z1n = XnQ1n Q1n+1 = XnQ1n + XnQ0n Z0n = XnQ1n Q0n+1 = XnQ1n + XnQ0n 010101D D1 1n= = Q1n+1 D DO On= = Q0n+1 编码状态表编码状态表 XnQ1n

23、Q0n010000/00 01/010111/0001/011111/0010/101000/0010/10Q Q1 1n+1n+1Q Q0 0n+1n+1/Z/Z1 1n nZ Z0 0n nQ1nQ0n Xn 00 01 11 10 11(a) Z1n01Q1nQ0n Xn 00 01 11 101 1(b) Z0nQ1nQ0n Xn 00 01 11 1011 11(c) Q1n+1Q1nQ0n Xn 00 01 11 10111 1(d) Q0n+1Z1n = XnQ1n Q1n+1 = XnQ1n + XnQ0n Z0n = XnQ1n Q0n+1 = XnQ1n + XnQ0n 0

24、10101D D1 1n= = Q1n+1 D DO On= = Q0n+1 D D触发器设计触发器设计编码状态表编码状态表 XnQ1nQ0n010000/00 01/010111/0001/011111/0010/101000/0010/10Q Q1 1n+1n+1Q Q0 0n+1n+1/Z/Z1 1n nZ Z0 0n nQ1nQ0n Xn 00 01 11 10 11(a) Z1n01Q1nQ0n Xn 00 01 11 101 1(b) Z0nQ1nQ0n Xn 00 01 11 1011 11(c) Q1n+1Q1nQ0n Xn 00 01 11 10111 1(d) Q0n+1Z

25、1n = XnQ1n Q1n+1 = XnQ1n + XnQ0n Z0n = XnQ1n Q0n+1 = XnQ1n + XnQ0n 010101D D1 1n= = Q1n+1 D DO On= = Q0n+1 D D触发器设计触发器设计机器人控制器电路机器人控制器电路Z1n = XnQ1n D1n = XnQ1n + XnQ0n Z0n = XnQ1n D0n = XnQ1n + XnQ0n 1 11D1DC1C1Q Q1 1Q Q1 1CPCP1D1DC1C1Q Q0 0Q Q0 0Z Z1 1Z Z0 0& & & &1111X X例例8 用计数器用计数

26、器74163实现图示状态图描述的同步时序实现图示状态图描述的同步时序电路功能电路功能 。状态图状态图S S4 410/110/100/100/101/101/100/100/101/101/100/000/000/000/010/110/110/110/100/100/100/100/101/101/101/101/110/110/100/000/0X X1 1X X0 0/Z/ZS S5 5S S6 6S S0 0S S3 3S S2 2S S1 1状态分配状态分配： Q QC CQ QB BQ QA AS0-000S1-001S2-010S3-011S4-100S5-101S6-110选自

27、选自数字电路与系统设计数字电路与系统设计（邓元庆）（邓元庆）编码状态图编码状态图10010010/110/100/100/101/101/100/100/101/101/100/000/000/000/010/110/110/110/100/100/100/100/101/101/101/101/110/110/100/000/0X X1 1X X0 0/Z/Z101101110110000000011011010010001001状态分配状态分配： Q QC CQ QB BQ QA AS0-000S1-001S2-010S3-011S4-100S5-101S6-110Q QC CQ QB B

28、Q QA A共有共有7 7个状态，无个状态，无111111状态，可作无关状态处理。状态，可作无关状态处理。有有2 2个输入个输入X X1 1X X0 0 ，X X1 1X X0 000,01,1000,01,10，X X1 1X X0 01111。有有1 1个输出个输出Z Z。分析：分析：7416374163的控制激励表（部分）的控制激励表（部分） 现态现态 输入输入次态次态工作方式工作方式激励激励输出输出QCnQBnQAnX1 X0 QCn+1QBn+1QAn+1CLRCLRLDLDC B AC B AP TZn0 0 00 00 0 0保持保持110 00 11 0 0置数置数101 0

29、0 11 00 0 1计数计数111 110 0 10 00 1 0计数计数111 111 00 0 1保持保持110 1求控制激励表：求控制激励表：根据状态图根据状态图, ,依照不同的现态、次态和输入的组合，依照不同的现态、次态和输入的组合， 设定设定161161工作方式，求出各个激励和输出。工作方式，求出各个激励和输出。编码状态图编码状态图10010010/110/100/100/101/101/100/100/101/101/100/000/0 00/000/010/110/110/110/100/100/100/100/101/101/101/101/110/110/100/000/0

30、X X1 1X X0 0/Z/Z1011011101100000000110110100100010017416374163的控制激励表的控制激励表 现态现态 输入输入次态次态工作方式工作方式激励激励输出输出QCnQBnQAnX1 X0 QCn+1QBn+1QAn+1CLRCLRLDLDC B AC B AP TZn0 0 00 00 0 0保保 持持110 00 11 0 0置置 数数101 0 0 11 00 0 1计计 数数111 110 0 10 00 1 0计计 数数111 111 00 0 1保保 持持110 10 1 00 00 1 0保保 持持110 10 10 0 1计计 数

31、数111 110 1 10 00 0 0置置 数数100 0 0 00 10 1 1保保 持持110 11 0 00 01 0 1计计 数数111 110 11 0 0保保 持持110 11 0 10 01 0 1 保保 持持110 11 01 1 0计计 数数111 111 1 00 00 0 0置置 数数100 0 0 01 01 1 0保保 持持110 1 1 1 1 0 0 0计计 数数111 10为了能够自启动，使为了能够自启动，使“111”“000”111”“000”，为计数工作方式，输出为，为计数工作方式，输出为0 0。7416374163的部分控制激励表的部分控制激励表 现态现

32、态 输入输入激励激励输出输出QCnQBnQAnX1 X0 CLRCLRLDLDC B AC B AP TZn0 0 00 0110 00 1101 0 0 11 0111 110 0 10 0111 111 0110 10 1 00 0110 10 1111 110 1 10 0100 0 0 00 1110 11 0 00 0111 110 1110 11 0 10 0110 11 0111 111 1 00 0100 0 0 01 0110 11 1 1 111 10CLR=1CLR=1T=1T=1C=QC=QB Bn nB=0B=0A=0A=0部分部分控制激励控制激励求解：求解：列控制激

33、励表的目的：列控制激励表的目的：是求出各个激励和输出，它们是是求出各个激励和输出，它们是Q QC Cn nQ QB Bn nQ QA An n和和X X1 1 X X0 0的的函数，以保障系统在正确激励条件下，状态按要求转换。函数，以保障系统在正确激励条件下，状态按要求转换。以上各变量中的以上各变量中的取值：取值：A A、B B：取：取0 0T T：取：取1 1C C：有些取：有些取0,0,有些取有些取1 1。7416374163的部分控制激励表的部分控制激励表 现态现态 输入输入激励激励输出输出QCnQBnQAnX1 X0 CLRCLRLDLDC B AC B AP TZn0 0 00 01

34、10 00 1101 0 0 11 0111 110 0 10 0111 111 0110 10 1 00 0110 10 1111 110 1 10 0100 0 0 00 1110 11 0 00 0111 110 1110 11 0 10 0110 11 0111 111 1 00 0100 0 0 01 0110 11 1 1 111 10CLR=1CLR=1T=1T=1C=QC=QB Bn nB=0B=0A=0A=0部分部分控制激励控制激励求解：求解：1010110100Q QC CQ QB BQ QA AC001C的求解：的求解：列控制激励表的目的：列控制激励表的目的：是求出各个激

35、励和输出，它们是是求出各个激励和输出，它们是Q QC Cn nQ QB Bn nQ QA An n和和X X1 1 X X0 0的的函数，以保障系统在正确激励条件下，状态按要求转换。函数，以保障系统在正确激励条件下，状态按要求转换。取取0 0 LD LD、P P、Z Z的数据选择表的数据选择表 现态现态 输入输入激励激励输出输出QCnQBnQAnX1 X0 LDLDP TZn0 0 00 010 00 10 11 011 110 0 10 011 111 010 10 1 00 010 10 111 110 1 10 00 00 110 11 0 00 011 110 110 11 0 10

36、010 11 011 111 1 00 00 01 010 11 1 0 11 10X X1 1+X+X0 01 11 1X X0 01 11 1X X1 10 0X X1 1X X1 1X X0 00 0X X0 0X X1 10 01 1X X0 01 11 1X X0 01 11 1X X1 11 10 0 00 0 00 0 10 0 10 1 00 1 00 1 10 1 11 0 01 0 01 0 11 0 11 1 01 1 01 1 11 1 1Z ZP PLDLDQ QC C Q QB B Q QA ALD、P、Z的求解：的求解： 通过观察，得到在通过观察，得到在Q QC

37、Cn nQ QB Bn nQ QA An n的每个状态下，变量与的每个状态下，变量与X X1 1 X X0 0的的逻辑表达式，列出数据选择表。逻辑表达式，列出数据选择表。1 10 000 00ST MUXST MUX7415174151 A A2 2 A A1 1 A A0 0 Y YY YD D0 0D D1 1D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D6 6D D7 7ST MUXST MUX 74151 74151 A A2 2 A A1 1 A A0 0 Y YY YD D0 0D D1 1D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D6 6D D7 7 ST MU

38、XST MUX7415174151 A A2 2 A A1 1 A A0 0 Y YY YD D0 0D D1 1D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D6 6D D7 77416374163COCOCLRCLRCPCPP PT T Q QD D Q QC C Q QB B Q QA ALDLDD C B AD C B A1 11 1CPCP0 0X X1 1X X1 1X X0 00 0X X0 0X X1 10 01 10 0X X0 01 11 1X X0 01 11 1X X1 11 10 01 11 1X X0 01 11 1X X1 10 011X X1 1X X0

39、0Z ZQ QC C Q QB B Q QA A0 0 00 0 00 0 10 0 10 1 00 1 00 1 10 1 11 0 01 0 01 0 11 0 11 1 01 1 01 1 11 1 1Z ZX X1 1+X+X0 01 11 1X X0 01 11 1X X1 10 0CLR=1CLR=1T=1T=1C=QC=QB Bn nB=0B=0A=0A=0如：求如：求Z Z的电路的电路P P、LDLD的实现同的实现同Z Z电路电路Z ZP PLDLDZ Z、LDLD、P P的电路由数选器的电路由数选器7415174151实现。实现。例例9 分析图示电路的功能。分析图示电路的功能。DCBQQQCLR DRQS73YZ 151212Y Y YZ 3101Y Y YZ CLRCLR1 11 1& &CPCPS S1 1S S0 0S SR R A B C D S A B C D SL LQ QA A Q QB B Q QC C Q QD D 7419474194 7415474154 A3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15