ch063康华光数字电子技术第六版

会计学1ch063康华光数字电子技术第六版6.3同步时序逻辑电路的设计

同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据实际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的电路。6.3.1设计同步时序逻辑电路的一般步骤同步时序电路的设计过程第1页/共33页(1)根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表(2)状态化简-----求出最简状态图；合并等价状态，消去多余状态的过程称为状态化简等价状态：在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。①明确电路的输入条件和相应的输出要求，分别确定输入变量和输出变量的数目和符号。②找出所有可能的状态和状态转换之间的关系。③根据原始状态图建立原始状态表。第2页/共33页(3)状态编码（状态分配）；(4)选择触发器的类型(6)画出逻辑图并检查自启动能力。给每个状态赋以二进制代码的过程。根据状态数确定触发器的个数，(5)求出电路的激励方程和输出方程；（M:状态数;n:触发器的个数）2n-1<M≤2n

第3页/共33页例1用D触发器设计一个8421BCD码同步十进制加计数器。8421码同步十进制加计数器的状态表000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次态现态计数脉冲CP的顺序6.3.2同步时序逻辑电路设计举例第4页/共33页000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次态现态计数脉冲CP的顺序(2)确定激励方程组0000100100011110011010100010110001001000激励信号D3、D2、D1、D0是触发器现态的函数D3、D2、D1、D0、是触发器现态还是次态的函数？第5页/共33页画出各触发器激励信号的卡诺图

第6页/共33页画出逻辑图第7页/共33页画出完全状态图电路具有自启动能力(3)画出逻辑图，并检查自启动能力第8页/共33页例2:设计一个串行数据检测器。电路的输入信号X是与时钟脉冲同步的串行数据，输出信号为Z；要求电路输入信号X出现110序列时，输出信号Z为1，否则为0。a——初始状态;b——A输入1后;c——A输入11后;d——A输入110后。2.）定义输入输出逻辑状态和每个电路状态的含义；1.）确定输入、输出变量及电路的状态数:输入变量：A状态数：4个输出变量：Z解:(1)根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表第9页/共33页2.状态化简（2）列出原始状态转换表现态次态/输出A=0A=1aa

/0b

/0ba

/0c

/0cd/1c/0da/0b/0现态次态／输出A=0A=1aa/0b

/0ba

/0c/0ca/1c

/0abc0/01/00/01/01/00/1第10页/共33页（3）状态分配令a=00，b=01，c=11，现态Q1Q0Q1n+1Q0n+1／YA=0A=10000

/001

/00100

/011

/01100

/111

/0（4）选择触发器的类型触发器个数:两个。类型：采用对CP

下降沿敏感的

JK

触发器。abc0/01/00/01/01/00/1第11页/共33页

（5）求激励方程和输出方程现态Q1Q0Q1n+1Q0n+1／YA=0A=10000

/001

/00100

/011

/01100

/111

/0J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X状态转换真值表及激励信号K0J0K1J1激励信号YA0000000××00010100××10100000××1×00111101×0×110001×1×1111110×0第12页/共33页

卡诺图化简得激励方程输出方程第13页/共33页

（6）根据激励方程和输出方程画出逻辑图,并检查自启动能力激励方程输出方程第14页/共33页当=10时100001110/01/00/01/01/00/10/11/0输出方程能自启动检查自启动能力和输出A=0=00A=1=11第15页/共33页输出方程修改电路卡诺图化简去掉无关项第16页/共33页解：据题意可直接由波形图1、画出电路状态图。2、确定触发器的类型和个数触发器类型：上升沿触发的JK边沿触发器。

例2:试设计一个同步时序电路，要求电路中触发器Q0、Q1、Q2

及输出Y端的信号与CP时钟信号波形满足下图所示的时序关系。000100010110000001触发器个数：3个3、求出电路的激励方程和输出方程；Y

CP

Q1

Q2

Q0

第17页/共33页J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X10000010001110011001000101000100000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n

00

01

11

10

0

0

0

1

0

1

XX

XJ2

Q1nQ0n

Q2nX

00

01

11

10

0

X

X

X

1

1X

XK2

Q1nQ0n

Q2nXX10000010001110011001000101000100000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2nK0=1J1=Q0nK1=Q0nJ1J2J0K2K1K00X0X0X1XX10X1XX0X10X1XX11XX10X第18页/共33页

求激励方程的第二种方法求状态方程：Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y00000100010100010011001110001000001

00

01

11

10

0

0

0

0

1

1X

XY

Q1nQ0n

Q2nX0第19页/共33页K0=1J1=Q0n

4、画出逻辑图K2=1 K1=Q0n

00

01

11

10

0

0

0

0

1

1X

XY

Q1nQ0n

Q2nX0第20页/共33页5、检查自启动能力电路具备自启动能力Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y00000100010100010011001110001000001101010111001011110001第21页/共33页Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y00000100010100010011001110001000001101010111001011110001修改输出方程：电路的输出有错！000

00

01

11

10

0

0

0

0

1

1X

XY

Q1nQ0n

Q2nX0第22页/共33页修改后的逻辑图第23页/共33页例；用D触发器设计状态变化满足下状态图的时序逻辑电路第24页/共33页1、列出原始状态表原始状态表f/1a/0gf/1g/0ff/1a/0ef/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）第25页/共33页f/1a/0gf/1g

/0ff/1a/0ef/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）第一次化简状态表f/1e/0ff/1a/0ef/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）2、状态表化简第26页/共33页011/1000/0100011/1100/0011011/0000/0010011/0010/0001001/0000/0000A=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）已分配状态的状态表3、状态编码a=000;b=001;c=010;d=011;e=100最后简化的状态表d/1a/0ed/1e/0dd/0a/0cd/0c/0bb/0a/0aA=1A=0次态/输出（Sn+1/Y）现态（Sn）第27页/共33页三种状态分配方案状态方案1自然二进制码方案2格雷码方案3“一对一”a00000000001b00100100010c01001100100d01101001000e10011010000第28页/共33页状态转换真值表11101001000