時序邏輯電路分析與設計（IV）

1、時序邏輯電路分析與設計 (IV)孫衛(wèi)強內容提要o時序邏輯電路的分類o時序電路的分析方法n同步時序電路的分析方法n異步時序電路的分析方法o常用的時序邏輯電路n計數器n寄存器和移位寄存器n序列脈沖發(fā)生器n序列信號發(fā)生器o時序邏輯電路的設計方法n同步時序電路設計n異步時序電路設計時序邏輯電路設計的一般方法邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖o 例1 設計一個有進位輸出端的十三進制計數器2.得到狀態(tài)圖1.抽象為13個狀態(tài)的時序電路，電路在第12個狀態(tài)時輸出1邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖例1 設計一個有進

2、位輸出端的十三進制計數器3. S0S12分別用00001100的四位二進制碼表示。得到次態(tài)表。邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖例1 設計一個有進位輸出端的十三進制計數器狀態(tài)編碼下一狀態(tài)S00000S1S10001S2S20010S3S121100S03. S0S12分別用00001100的四位二進制碼表示。得到次態(tài)/輸出卡諾圖。邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖例1 設計一個有進位輸出端的十三進制計數器狀態(tài)編碼下一狀態(tài)S00000S1S10001S2S20010S3S121100S03. S0S1

3、2分別用00001100的四位二進制碼表示。得到次態(tài)/輸出卡諾圖。邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖例1 設計一個有進位輸出端的十三進制計數器Q3n+1卡諾圖13323210nQQ QQ Q QQQ2n+1卡諾圖12321320210nQQ Q QQ Q QQ QQQ1n+1卡諾圖111010nQQQQ QQ0n+1卡諾圖103020nQQ QQ Q輸出C的卡諾圖23CQ Q4. (a)得到次態(tài)方程和輸出方程1332321012321320210111010103020nnnnQQ QQ Q QQQQ Q QQ Q QQ QQQQQQ QQQ Q

4、Q Q23CQ Q次態(tài)方程輸出方程邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖例1 設計一個有進位輸出端的十三進制計數器1332321012321320210111010103020nnnnQQ QQ Q QQQQ Q QQ Q QQ QQQQQQ QQQ QQ Q1nQJQKQJK觸發(fā)器的特征方程次態(tài)方程4. (b)得到驅動方程邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖4. (b)得到驅動方程驅動方程J3=Q2Q1Q0K3=Q2J2=Q1Q0K2=(Q3(Q1Q0)J1=Q0K1=Q0J0=(Q3Q2)K0=1邏輯

5、抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖例1 設計一個有進位輸出端的十三進制計數器5. 畫出電路連接圖利用次態(tài)方程和狀態(tài)圖，檢查能否自啟動邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖例1 設計一個有進位輸出端的十三進制計數器電路的自啟動檢查1101111011111332321012321320210111010103020nnnnQQ QQ Q QQQQ Q QQ Q QQ QQQQQQ QQQ QQ Q狀態(tài)下一狀態(tài)11010010111000101111000023CQ Q/1/1/1例2 設計一個串行數據檢測器o

6、 要求：連續(xù)檢測一個二進制碼流，如果連續(xù)輸入3個或者以上的1時輸出1，否則輸出0S0S1S2S3輸入0個1輸入1個1輸入2個1輸入3個或更多的1例2設計一個串行數據檢測器2.得到狀態(tài)圖1.將串行輸入抽象為邏輯變量X，輸出為邏輯變量Y化簡邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖3.利用卡諾圖進行化簡。例2設計一個串行數據檢測器邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖S0S1S2無效狀態(tài)3.利用卡諾圖進行化簡。11101010nnQXQXQQXQ Q例2設計一個串行數據檢測器邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡

7、表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖1YXQ4. 得到電路的次態(tài)方程和輸出方程。11101010nnQXQXQQXQ Q1101110100()()1nnQXQ QXQQXQ QQ1nQJQKQ1YXQ利用JK觸發(fā)器實現，修改次態(tài)方程例2設計一個串行數據檢測器邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖J1=XQ0K1=XJ0=XQ1K0=1驅動方程5.畫出電路圖和狀態(tài)轉移圖無效狀態(tài)自動進入有效狀態(tài)，因此電路能夠自啟動。例2設計一個串行數據檢測器邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖J1=XQ0K1=XJ0

8、=XQ1K0=11YXQ4.對卡諾圖進行化簡，得到電路的次態(tài)方程和輸出方程。11101010nnQXQXQQXQ Q11101010nnQXQ QQXQ Q1nQD利用D觸發(fā)器實現，修改次態(tài)方程例2設計一個串行數據檢測器邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖110010DXQ QDXQ Q驅動方程5.畫出電路圖和狀態(tài)轉移圖例2設計一個串行數據檢測器邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅動方程畫出邏輯電路圖110010DXQ QDXQ Q同步時序電路設計方法簡單的回顧邏輯抽象畫狀態(tài)轉移圖并化簡通過卡諾圖化簡表達式得到狀態(tài)方程和驅

9、動方程畫出邏輯電路圖1.確定輸入輸出表示方法2.確定狀態(tài)數目1.畫出狀態(tài)轉移圖2.對狀態(tài)進行編碼，并進行化簡1.利用卡諾圖化簡各狀態(tài)方程2.化簡驅動方程1.選定使用的觸發(fā)器類型2.按照類型對狀態(tài)方程進行變形3.得到驅動方程1.按照驅動方程畫出電路圖2.檢查電路的自啟動性時序邏輯電路的自啟動設計無法自啟動！環(huán)形計數器希望在不改變其環(huán)形結構的前提下將其修改為自啟動的。時序邏輯電路的自啟動設計o 假設選擇有效循環(huán)10000100001000011000o 使其它狀態(tài)自動進入到這些狀態(tài)nQ0Q1Q2Q3的下一態(tài)必然是：XQ0Q1Q2,X是0或1n例如1100，經過一個周期以后，肯定是X110，我們希望是0110 ，因為0110的下一個狀態(tài)更容易變成0001！n例如1011，經過一個周期以后，肯定是X101，我們希望是0101，因為0101的下一個狀態(tài)更容易變成0010！關鍵在于控制Q0的狀態(tài)變化方法！時序邏輯電路的自啟動設計修改以前的狀態(tài)轉移圖和卡諾圖X0X01XXXXXXX0XXXQ0Q1Q2Q3Q0n+10001 111000011110時序邏輯電路的自啟動設計修改原來的狀態(tài)轉移圖得到新的狀態(tài)轉移圖（實際上是將原本的無效狀態(tài)全部變?yōu)橛行顟B(tài)！）1000100000000000Q0Q1Q2Q3Q0n+10001 111000011110時序邏輯電路的自啟動設計o 從而可以得到FF0的