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：组合逻辑电路（combinational logic circuit）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电路特点：无反馈回路、无记忆元件电路特点：有反馈回路、有记忆元件一 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。进行逻辑抽象，得到真值表或逻辑函数式选择器件的类型逻辑化简或变换成适当的形式电路处理，得到电路图N0N1N2N3EN_L+5VD0_LD7_LD8_LD15_L用74x138设计4-16译码器思路： 16个输出需要

2、片74x138？Y0Y7ABCG1G2AG2BY0Y7ABCG1G2AG2BU1U2 任何时刻只有一片在工作。 4个输入中，哪些位控制片选哪些位控制输入用译码器和逻辑门实现逻辑函数ZYXABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774x138+5VFF = (X,Y,Z) (0,3,6,7)A2A1A0GSEOEII7I0A2A1A0GSEOEII7I0Q15_LQ8_LQ7_LQ0_LY0Y1Y2Y3GS2个74x148级联为164优先编码器扩展多路复用器扩展位如何实现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

3、片的C,B,A注意：选择端的扇出能力 （驱动16个负载）ENYYABCD0D7扩展多路复用器扩展数据输入端的数目如何实现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片输出用或门得最终输出ENYYABCD0D7D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2Y用双4选1数据选择器构成8选1数据选择器用数据选择器设计组合逻辑电路当使能端有效时，最小项之和形式ENABCD0D1D2D3D4D5D6D7YY74x151实现逻辑函数 F = (A,B,C)(0,1,3,7)CBAVCCFYZWX00 01 11 10000

4、111101111111YWX00 01 11 100110ZZZZZ0思考：利用74x151实现逻辑函数F = (W,X,Y,Z)(0,1,3,7,9,13,14)降维：由4维3维ENABCD0D1D2D3D4D5D6D7YY74x151VCCYXWFZ利用74x151实现F = (W,X,Y,Z)(0,1,3,7,9,13,14)0 2 6 4 1 3 7 5 YWX00 01 11 100110ZZZZZ0说明：用具有n位地址输入端的多路复用器，可以产生任何形式的输入变量数不大于n+1的组合逻辑函数。利用带使能端的二进制译码器作为多路分配器ABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y

5、6Y774x138DST0_LDST7_L数据输入 SRCEN_L利用74x139实现2位4输出多路分配器（P285）DSTSEL0DSTSEL1DSTSEL2地址选择 利用使能端作为数据输入端数据输入 SRCEN_L奇偶校验的应用用于检测代码在传输和存储过程中是否出现差错AEVENODD74x280HIAEVENODD74x280HI发端收端DB0:7DB0:7ERROR发端保证有偶数个1收端 ODD 有效表示出错奇数EVEN比较器的串行扩展XD11:0YD11:03:07:411:8XY+5VABIABOA0A3B0B374x85ABIABOA0A3B0B374x85ABIABOA0A3B

6、0B374x853片74x85构成12位比较器低位高位3片74x682构成24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6-7二 时钟同步状态机设计根据命题构造状态/输出表状态化简（状态最小化）状态编码（选择状态变量）建立转移/输出表，得到状态和输出方程选择触发器作为状态存储器构造激励表，得到激励方程画逻辑电路图1、逻辑抽象，得到状态图（表）2、状态编码取自然二进制数 000111作为 S0 S7 的编码对时钟信号计数，可不用输入

7、Moore机取进位信号为输出变量需要8个有效状态设计一个3位二进制模8计数器S0/0S1/0S3/0S4/0S2/0S5/0S7/1S6/00001111101010010100111003、构造转移/输出表，求取 状态转移方程 和 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*CS0S1S2S3S4S5S6S70 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0000000010001111101010010100111000

8、1Q1Q0Q2Q0* 00 01 11 101 0 0 11 0 0 13、构造转移/输出表，求取 状态转移方程 和 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 0000000010 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 Q1 Q0Q2*Q1*Q0*C01Q1Q0Q2Q1* 00 01

9、 11 100 1 0 10 1 0 1Q0* = Q0Q1* = Q1Q0 + Q1Q03、构造转移/输出表，求取 状态转移方程 和 输出方程0 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 Q1 Q0Q2*Q1*Q0*CQ0* = Q0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/输出表，求取 状态转

10、移方程 和 输出方程Q0* = Q0Q1* = Q1Q0 + Q1Q0Q2* = Q2Q1Q0 + Q2Q1 + Q2Q04、触发器选型，得到激励方程翻转Q* = Q（T触发器）Q* = ENQ + ENQQ1* = Q1Q0 + Q1Q0= Q2Q1Q0 + Q2 (Q1+Q0)= Q2Q1Q0 + Q2 (Q1Q0)EN1 = Q0EN2 = Q1Q0EN0 = 1选择有使能端的T触发器5、画逻辑电路图EN0 = 1EN1 = Q0EN2 = Q1Q0C = Q3 Q2 Q11CLKQ0Q1Q2C用J-K触发器设计方法一利用状态方程和触发器特征方程得到激励方程方法二利用状态转移表和激励表得

11、到激励方程激励表Q Q*0 00 11 01 1J K0 d1 dd 1d 0J K Q0 0 0 11 01 1保持清0置1翻转功能表J-K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J1 = Q2Q3K1 = 0 J-K触发器特征方程：Q* = JQ + KQ利用状态方程和特征方程设计Q3* = Q2Q3A

12、 + Q1AQ2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2BQ1* = Q2Q3 + Q1状态方程Q3* = Q2Q3A + Q1A = Q2Q3A + Q1A(Q3+Q3) = (Q2A + Q1A)Q3+ Q1AQ3J3 = Q2A + Q1AK3 = Q1 + AJ1 = Q2Q3K1 = 0 Q2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2B = (Q1Q3A + Q1Q3A)(Q2+Q2) + Q1Q2B = (Q1Q3A + Q1Q3A)Q2 + (Q1Q3A + Q1Q3A + Q1B)Q2K2 = (Q1Q3A + Q1Q3A + Q1B) = (Q1+Q3+A)(Q

13、1+Q3+A)(Q1+B) = Q1 + Q3AB + Q3AB J2 = Q1Q3A + Q1Q3A K2 = Q1 + Q3AB + Q3ABJ1 = Q2Q3K1 = 0 J3 = Q2A + Q1AK3 = Q1AAB 00 01 11 10Z00011000100100100100100100101110101101101101101110110110110110111111111111111111Q1Q2Q3Q1*Q2*Q3*J1K1 , J2K2 , J3K31d,0d,0d1d,0d,0d1d,0d,1d1d,0d,1dd0,1d,0dd0,1d,0dd0,0d,1dd0,0d

14、,1dd0,0d,d1d0,0d,d1d0,1d,d0d0,1d,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触发器设计雷鸟车尾灯LALBLCRARBRC输入：左转L、右转R、应急闪烁H（hazard）、时钟输出：控制6个灯亮或灭 可以完全由状态控制IDLE：全灭L1：左边1个灯亮L2：左边2个灯亮L3：左边3个灯亮R1：右边1个灯亮R2：右边2个灯亮R3：右边3个灯亮LR3：全亮状态输 出直接利用状态控制输出1、构造状态图IDLE：全灭L1：左边1个灯亮L2：左边2个灯亮L3：左边3个

15、灯亮R1：右边1个灯亮R2：右边2个灯亮R3：右边3个灯亮LR3：全亮IDLEL1LL21L311R1RR21R311LR3H1HLRH+LRLHRRHL无二义性的IDLEL1LL21L311R1RR21R311LR3H1HLRH+LRLHRRHL1、构造状态图完备性 离开某一状态的弧线上的所有转移表达式的逻辑和为1。无二义性的HRH+RH+RHRHLHLH+LH+L改进互斥性 离开某一状态的弧线上的任意一对转移表达式的逻辑积为02、状态编码Q2Q1Q00 0 00 0 10 1 10 1 01 0 11 1 11 1 01 0 01、构造状态图IDLEL1L2L3R1R2R3LR3合理的状态赋值3、得到转移列表 P4272、状态编码1、构造状态图3、得到转移列表 P427HLRLHRRHL0 0 00 0 00 0 00 0 0H+LR0 0 00 0 11 0 11 0 0IDLEQ2Q1Q0 S转移表达式S* Q2*Q1*Q0*IDLEL1R1LR3Q2Q1Q0 S转移表达式S* Q2*Q1*Q0*HLRLHRRHLH+LR0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 11 0 11 0 0IDLEIDLEL1R1LR3L10 0 10 0 1L2LR30 1 11 0 0HRH+RL20 1 10 1