数字电路与逻辑设计 课件 9-时序逻辑电路3

时序逻辑电路3片上微控制系统原理与项目设计第九讲授课内容触发器寄存器同步时序电路分析同步时序电路设计计数器上节课——寄存器存储信息1bit：DFFMbits:采用多个D触发器保存一组二进制信息的电路称为寄存器，也称为数据寄存器。上节课——移位寄存器若干个D触发器级联构成的D触发器组称为移位寄存器。数据从S输入，每个时钟节拍接收一位保存在D触发器内。moduleShiftRegm(CP,S,Q);inputCP,S;outputreg[m-1:0]Q;always@(posedgeCP)Q<={Q[m-2:0],S};endmodule同步时序电路的分析将电路转换为状态图，并指出功能，称为对电路进行分析。电路的分析不仅有助于更好地理解时序电路设计，而且还可用于了解以前设计的电路的行为，由别的设计人员创建的电路检查我们设计的电路是否具有正确的行为触发器描述的电路同步时序电路的分析过程一般按以下步骤进行：①根据逻辑图求出时序电路的输出方程和各触发器的激励方程；②根据已求出的激励方程和所用触发器的特征方程获得时序电路的状态方程；③根据时序电路的状态方程和输出方程建立状态表；④根据状态表画出状态图；⑤确定初始状态和输入波形，根据状态表画出波形图；⑥分析电路的逻辑功能。【例】有三个LED控制电路图如图所示，分析该同步时序电路的逻辑功能。①激励方程②状态方程⑥逻辑功能分析

③列出状态表④列出状态图⑤画波形图三个LED轮流发光，发光周期为3T，这种轮流点亮的灯也称为跑马灯。脉冲分配器。具有自启动能力。HDL描述的电路同步时序电路的分析过程一般按以下步骤进行：①根据语句找出时序电路的输入、输出和状态；②分析语句的含义，初步给出部分功能；③列出状态图或状态表；④分析电路的逻辑功能。【例】控制电路的HDL代码如下，分析该逻辑电路的功能。moduleLedCtrl(CP,Z);inputCP;outputreg[2:0]Z;reg[1:0]Q;always@(posedgeCP)Q<=Q+1;always@(Q) case(Q)2'b00:Z<=3'b110;2'b01,2'b11:Z<=3'b101;2'b10:Z<=3'b011;endmodule①确定输入、输出和状态。CP上升沿有效，Z为3位输出，Q为二位状态量，最多4个状态。②语句分析

③状态图课堂练习试分析下列电路clkStateregisteryzFSMoutputsFSMinputsn0n1s0s1x同步时序电路的设计状态图是同步时序电路设计的前提。（1）采用D触发器设计逻辑电路时①根据状态图画出状态表，同时对无关状态进行处理以保证系统的自启动性；②根据状态表列出状态方程和输出方程的最小项表达式，逻辑变量为X和Q的组合；③列出激励方程，并画出逻辑电路图。（2）采用HDL描述时①根据状态图画出状态表，同时对无关状态进行处理以保证系统的自启动性；

②直接采用always和case/if语句直接对状态和输出进行赋值。外科医生通过按下按钮激活激光。假设激光应该保持正好30ns。假设系统的时钟周期为10ns，因此3个时钟周期持续30ns。假设按钮中的b与时钟同步，并在正好1个时钟周期内保持高电平。?如何实现？

试试使用3个DFF？Controllerxbclklaserpatient这个系统不够好！为什么？如果外科医生在三个周期之内第二次按下按钮会发生什么？可能导致激光停留时间过长。状态图定义状态和状态之间的转换示例：让x在每个时钟周期更改其切换（0到1和1到0）两种状态：“关闭”（x=0）和“打开”（x=1）在时钟上升沿从关闭转换到开，或从开转换到关没有起始状态的箭头指向初始状态（电路首次启动时）Output:xOnOffx=0x=1clk^clk^状态图的例子——0111序列发生器生成

0,1,1,1,0,1,1,1,...序列每个值代表一个时钟周期将其描述为状态图四种状态：关闭、打开1、打开2和打开3时钟上升沿过渡到下一个状态OffOffOn1On1On2On2On3On3OffclkxStateOutputs:Outputs:xOn1OffOn2On3clk^clk^clk^x=1x=1x=0x=1clk^四个状态

在b为0（b'）时处于“关闭”状态等待

输出x=0

当b为1（和上升时钟边沿）时，转换到On1 输出x=1

在接下来的两个时钟边沿，过渡到On2，然后过渡到On3，这也设置x=1On2On1On3Offclk^clk^x=1x=1x=1x=0clk^b’*clk^b*clk^Input:b;Output:xOn2On1On3Offx=1x=1x=1x=0b’clk^clk^^clk*clk^*clk^bInputs:b;Outputs:xOn2On1On3Offx=1x=1x=1x=0b’bInput:b;Output:x练习【例】某逻辑电路的状态转移如图，试采用D触发器和HDL等两种方式描述电路。采用D触发器描述①列出状态表②列状态方程③列激励方程，并画出逻辑电路采用HDL描述①列出状态表②HDL描述为moduleT4_5_3(CP,Q);inputCP;outputreg[2:0]Q;always@(posedgeCP)case(Q)3'b000:Q<=3'b001;3'b001:Q<=3'b011;3'b011:Q<=3'b101;3'b101:Q<=3'b110;default:Q<=3'b000;//无关项强制转移到0000endcaseendmodulemoduletest;regCP;wire[2:0]Q;T4_5_3T_4_5_3a(.CP(CP),.Q(Q));