d-1交大数电各章课件

电子信息与电气数字电子技术交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法本节主要内容:一、同步时序逻辑电路的设计方法二、时序逻辑电路的自启动设计三、异步时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/25一、同步时序逻辑电路的设计方法具体逻辑问题逻辑电路总体要求：所用触发器和门电路的数目最少，触发器和门电路的输入端数目也最少.使用中、大规模集成电路时，集成电路的种类和数目最少，相互连线也最少.总体费用尽可能最少.第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/25设计同步时序逻辑电路的一般步骤:进行逻辑抽象，得出电路的状态转换图或状态转换表分析给定的逻辑问题，确定输入变量、输出变量以及电路的状态数。定义输入、输出逻辑状态和每个电路状态的含义，并将电路状态顺序

。列出电路的状态转换表或画出电路的状态转换图。第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/25状态化简状态化简的目的：将等价状态合并，获得最简的状态转换图等价状态：如果两个电路状态在相同的输入下有相同的输出，并且转换到相同的次态。状态分配(状态编码)1).确定构成时序逻辑电路状态的触发器的数目。2n1

M

2n第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/252020/11/25交通大学电子信息与电气2).给每个电路状态规定对应的触发器状态组合，即状态编码根据方程式画出逻辑图检查所设计的电路能否自启动第五节 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑问题状态转换图(表)最简状态转换图(表)电路方程式逻辑电路图选定触发器类型检查电路能否自启动2n4.

选定触发器的类型，求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程P

CM

M!交通大学电子信息与电气例1.

设计一带有进位输出端的十三进制计数器解：1).逻辑抽象，得出电路的状态转换图和状态转换表计数器是完成对时钟脉冲信号进行计数功能的时序逻辑电路，是在时钟信号的驱动下，其触发器自动地按照所要求的进制依次从一个状态向另一个状态的翻转。无输入逻辑变量；只有进位输出信号。取进位输出信号为输出逻辑变量C，有进位输出是C=1，无进位输出时C=0。十三进制计数器应有十三个有效状态，分别表示为S0、S1、S2、…、S12

.2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法S0/0S1/0S2/0S3/0S4/0S5/0S6/0S7/0/0

S9/0

S8/1S12/0S11/0S10根据要求画出十三进制计数器电路状态转换图第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/25状态化简十三进制计数器有而且必须有十三个不同的状态表示已经输入的脉冲数，所以该电路状态转换图为最简.状态分配(状态编码)

M=13，故触发器的个数为n=423

13

24由于对状态分配无特殊要求，取自然二进制数的0000~1100作为S0~S12的编码。第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法十三进制计数器电路状态转换表交通大学电子信息与电气2020/11/2500011110000001/00010/00100/00011/0010101/00110/01000/00111/0110000/1xxxx/xxxxx/xxxxx/x101001/01010/01100/01011/0十三进制计数器电路次态/输出第五节 时序逻辑电路的设计方法4).选定触发器的类型，求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程电路的次态和进位输出唯一地取决于电路的现态的取值，因此可以根据状态转换表得出表示次态逻辑函数和进位函数的图.交通大学电子信息与电气2020/11/253Qn100

01

11

1000011110000000100XXX111100

01

11

1000011110001011010XXX00102Qn13

2n1302213第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/2500

01

11

1000011110100110010XXX1001Qn1100

01

11

1000011110010101010XXX01010Qn11

1n11n10第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/25QnQn1

0QnQn32000000010000111XXX100000第五节 时序逻辑电路的设计方法C

Q3Q2C00

01

11

10Q3

Q3Q2

Q2Q1Q0n12

1

0

Q

QQQn1

Q

Q

Q

Q

Q

Q2

3

2

1

3

2

011

01

0Qn1

Q

Q

Q

Q2

00

3

0Qn1

Q

Q

Q

QC

Q3Q2上海交通大学电子信息与电气工程学院2020/11/253 3

2

2

1

0

Qn1

Q

Q

Q

QQ2

3

2

1

3

2

0

2

1

Q

QQQn1

Q

Q

Q

Q

Q

QniniiQ

JQ

KQn1

Q3

Q2

Q2Q1Q0

(Q3

Q3

)

(Q2Q1Q0

)Q3

Q2Q3

(Q1Q0

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(Q1

Q0

)Q3Q2

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)Q2

(Q1

Q0

Q3

)Q211

01

0Qn1

Q

Q

Q

Q3

0

2

00Qn1

Q

Q

Q

Q

(Q3

Q2

)Q0

1

Q0

(Q3

Q2

)Q0

1

Q0J3

Q2Q1Q0K3

Q2J

2

Q1Q0K2

Q3

Q1Q0

Q0

Q1

Q0Q1J1

Q0C

Q3Q2K1

Q0J0

Q3Q2K0

1第五节 时序逻辑电路的设计方法选择JK触发器上海交通大学电子信息与电气工程学院2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法同步十三进制计数器电路CP1J>C1K&1J>C11K1J>C11kQ0Q1Q2FF2FF0FF1&1J>C11KQ3FF3&&&&1C5).根据方程式画出电路的逻辑图C

Q3Q2J3

Q2Q1Q0K3

Q2J

2

Q1Q0K2

Q3

Q1Q0J1

Q0K1

Q0J0

Q3Q2K0

1上海交通大学电子信息与电气工程学院2020/11/252020/11/25上海交通大学电子信息与电气工程学院第五节

时序逻辑电路的设计方法0000

/00010

/0

0011

/0

0100/00101/00110/0/01001/0

/01000

0111/11100/01011/01010/1111111101101/1

/10001

/06).检查电路能否自启动Qn1

Q

Q

Q

QQ3

3

2

2

1

0Qn1

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q2

3

2

1

3

2

0

2

1Qn1

Q

Q

Q

Q1

1

0

1

0Qn1

Q

Q

Q

Q0

3

0

2

0C

Q3Q2能自启动(Q3Q2Q1Q0)第五节 时序逻辑电路的设计方法10Sn1

/Y

SnXS0

S1

S2

S3S0/0

S0/0

S0/0

S0/0S1/0S2/0

S3/1

S3/1例2.

设计一串行数据检测器，要求：连续输入3个或3个以上的1时输出为1，其他输入情况下输出为0。解：1).逻辑抽象，画出状态转换图输入变量：串行输入数据，用X表示输出变量：检测结果，用Y表示设初始状态为S0，输入一个1后为S1，连续输入两个1后为S2，连续输入三个或三个以上1后为S3。交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法S1S3S21/11/01/1状态转换图0/01/0S00/00/00/0X/YSi交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法S21/11/00/0S11/02).状态化简/分配S0S3S20/01/11/01/01/10/00/00/00/0取Q1Q0的00,01和10分别代表S0,S1,S2状态数M=3触发器n=20/0S1

S0交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法00/000/0XX/X00/001/010/0XX/X10/111

1001Xn0电路次态/输出00

013).选定触发器的类型，求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程.交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法X0100X001X1X0100X010X0X0100X000X10n1

01

XQ0J1

XQ0XQXQ101

(

K1

XJ0

XQ1K0

1100

01

11

10Qn1000

01

11

10Qn1Y00

01

11

10Y

XQ1a.触发器选用JK触发器组成电路niniiQ

KQ

JQn1交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法CP&1J>C11KQ0FF0FF1&1J>C11KQ11&XYJ1

XQ0K1

XJ0

XQ1K0

1Y

XQ14).画出电路的逻辑图交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法交通大学电子信息与电气2020/11/250n1

1

Y

XQ1b.触发器使用D触发器

Qn1

D0

第五节 时序逻辑电路的设计方法1

0

Y

XQ14).画出电路的逻辑图CP>C1&1DFF0FF1&>C11D&XY&&交通大学电子信息与电气2020/11/252020/11/25上海交通大学电子信息与电气工程学院第五节 时序逻辑电路的设计方法0001100/01/11/00/01/0111/10/05).检查电路的能否自启动图0/0X/YQ1Q0该电路能自启动Qn1

XQ

XQ1

1

0Qn1

XQ

Q0

1

01Y

XQ第五节 时序逻辑电路的设计方法例3.

设计一自动售货饮料机的逻辑电路。投币口每次只能投一枚五角或一元硬币。投入一元五角钱硬币后机器自动给出一杯饮料；投入两元硬币后，机器在给出饮料的同时，找回一枚五角硬币。解：1).逻辑抽象，画出状态转换图输入变量：投币信号；投入一枚一元硬币时用A=1表示.未投时A=0；投入一枚五角硬币时用B=1表示,未投时B=0输出变量：饮料和找钱；分别用Y,Z表示；给出饮料时Y=1，不给饮料时Y=0；找回一枚五角硬币时Z=1，不找时Z=0。交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法ABS

n1

/YZS0S0S1S200011110S0/00S1/00X/XXS2/00S1/00S2/00X/XXS0/10S2/00S0/10X/XXS0/112).状态分配设投币前电路的初始状态为S0，投币五角后为S1，投币一元后为S2(包括两次分别投入五角，或一次投入一元)，投入的硬币达到一元五角后，返回到初始状态S0。投币电路状态转换表交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法S0S1S200/0001/0000/0000/0001/1010/1110/1010/00投币电路状态转换图01/00AB/XYSiM=3，触发器数目n=2取Q1Q0的00,01和10分别代表S0,S1,S2交通大学电子信息与电气2020/11/25第五节 时序逻辑电路的设计方法00/0001/00XX/XX10/0001/0010/00XX/XX00/10XX/XXXX/XXXX/XXXX/XX10/0000/10XX/XX00/1100

01

11

10AB000111103).选定触发器的类型，求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程.投币电路次态/输出交通大学电子信息与电气2020/11/252020/11/25上海交通大学电子信息与电气工程学院第五节 时序逻辑电路的设计方法AB

0000011110QnQn1

00

0

X

10

1

X

0X

X

X

X1

0

X

001

11

10AB

0000011110QnQn1

00

1

X

01

0

X

0X

X

X

X0

0

X

00Qn1101

11

10Qn11

1

1

0

0Qn1

Q

AB

Q

Q A

Q

B0

1

0

0Qn1

Q

Q B

Q

AB2020/11/25交通大学电子信息与电气第五节 时序逻辑电路的设计方法AB

00AB

000000X0000100X10111XXXX111001X11000X000X0XXXX00X1Y01

11

10Z01

11

10Y

Q1B

Q1

A