Moore與Mealy型同步時序邏輯電路的分析與設(shè)計

1、實驗十 Moore與Mealy型同步時序邏輯電路的分析與設(shè)計、實驗?zāi)康模?掌握同步時序邏輯電路的分析與設(shè)計方法。2. 掌握時序邏輯電路的測試方法。3. 了解時序電路自啟動設(shè)計方法。4了解同步時序電路狀態(tài)編碼對電路優(yōu)化作用。二、實驗原理：1. Moore與Mearly型同步時序邏輯電路的分析方法：時序邏輯電路的分析，按照電路圖（邏輯圖），選擇芯片，根據(jù)芯片管腳， 在邏輯圖上標(biāo)明管腳號；搭接電路后，根據(jù)電路要求輸入時鐘信號（單脈沖信號 或連續(xù)脈沖信號），求出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時序圖（工作波形），從中分析出電 路的功能。2. Moore與Mearly型同步時序邏輯電路的設(shè)計方法：（1）分析題意，求出

2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（2）狀態(tài)分析化簡：確定等價狀態(tài)，電路中的等價狀態(tài)可合并為一個狀態(tài)。（3）重新確定電路狀態(tài)數(shù)N,求出觸發(fā)器數(shù)n,觸發(fā)器數(shù)按下列公式求：2n-1<N<2n （N為狀態(tài)數(shù)、n為觸發(fā)器數(shù)）。（4）觸發(fā)器選型（D JK）。（5）狀態(tài)編碼，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，求出狀態(tài)方程、 驅(qū)動方程。（6）畫出時序電路圖。（7）時序狀態(tài)檢驗，當(dāng)N <2n時，應(yīng)進(jìn)行空轉(zhuǎn)檢 驗，以免電路進(jìn)入無效狀態(tài)不能啟動。（8）功能仿真，時序仿真。3. 同步時序邏輯電路的設(shè)計舉例： 試用D觸發(fā)器設(shè)421碼模5加法計數(shù)器。（1） 分析題意：由于是模5（ 421碼）加法計數(shù)器，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1所示：（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換

3、化簡：由題意得該電路無等價狀態(tài)。（3） 確定觸發(fā)器數(shù)：根據(jù)，2n-1<N <2n，n=3。（4）觸發(fā)器選型：選擇D觸發(fā)器。（5）狀態(tài)編碼：Q3 Q2 Q1按421碼規(guī)律變化。(6)列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表1.(7) 利用卡諾圖如圖2,求狀態(tài)方程、驅(qū)動方程。(8) 自啟動檢驗：將各無效狀態(tài)代入狀態(tài)方程，分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況，畫出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖3所示，檢查是否能自啟動S3(9)畫出邏輯圖，如圖4所示«4j42i三、實驗儀器：1. 示波器1臺。2函數(shù)信號發(fā)生器1臺。3. 數(shù)字萬用表1臺。4. 多功能電路實驗箱1臺;MM.電mDnHKD四、實驗內(nèi)容：1. 模5 （421碼）加法計

4、數(shù)器功能檢驗：按圖4搭接電路，Cp接單脈沖信號P+, Q3Q2Q分別接邏輯指示燈L3L2L1,英卜間搶時序電分輛Rd接邏輯開關(guān)K12, Sd1、Sd2、Sd3分別接邏輯開關(guān)K1、K2、K3;接通電源后利用Rd使計數(shù)器復(fù)位后，加單脈沖，觀察計數(shù) 器工作情況，寫出時序表，各無效狀態(tài)利用Sd1、Sd2、Sd3置數(shù)后，加單脈沖觀察期次狀態(tài)，話畫出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；2. 模5（421碼）加法計數(shù)器時序圖觀測：將Cp改接TTL信號（f=10kHz），用雙蹤示波器觀察并記錄 Cp, Q3 Q2、Q1波形。3. 設(shè)計模10（8421BCD加法計數(shù)器。4. 設(shè)計模10（5421BCD加法計數(shù)器。5. Mearl

5、y型同步邏輯時序電路分析：（1） 按下圖搭接電路，Cp接單脈沖信號P+，Q2Q1分別接邏輯指示燈L2L1, X 接邏輯開關(guān)K1；接通電源后，先令K= “0”，加單脈沖、觀察電路工作情況，寫 出時序表；再令&= “ 1”，加單脈沖觀察電路的工作情況寫出時序表，畫出完整 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（2）若電路不存在自啟動狀態(tài)，能否修改邏輯，使電路能自啟動？6. Mearly型同步邏輯時序電路設(shè)計：（1） 圖2所示為某同步時序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，圖中A、B為輸入變量，丫、 Z為輸出變量；若用兩個JK觸發(fā)器來實現(xiàn)該電路，且 S0S3的狀態(tài)分別取Q2 Q1為00、01、10、11表示，試設(shè)計該時序電路。（2

6、）按設(shè)計電路完成連接，自擬實驗步驟進(jìn)行設(shè)計驗證是否滿足設(shè)計要求。五、實驗分析:1.該時序表可與表2相同，完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 3。可通過Sd1、Sd2、Sd3 置數(shù)后，進(jìn)入各種狀態(tài)。然后按單脈沖信號可觀察L3L2L1的亮暗來對比完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是否正確。2將Cp改接為TTL信號，用示波器分別接Cp, Q3 Q2 Q1并觀察波形。如下 圖：3.（ 1）令K= “0”時，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下:計數(shù)順序Q2Q1輸出丫00001000001010000100100001101000令Ki= “0”時，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下:計數(shù)順序Q2Q1輸出丫00 00nnnn10102111300001011000完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)

7、換圖為:ABQ2Q10001111000*01010111*101100(2)利用卡諾圖求驅(qū)動方程、狀態(tài)方程:Q2的卡諾圖：QABQ2Q10001111000*01100111*1001001*的卡諾圖:可得 Q2*=( Q+A)Q2 +A'QQQ 上A'Q +'AQ'可選取兩個JK觸發(fā)器，其中第一個觸發(fā)器的J1接Q+A, K1接A+Q;而第二個 JK觸發(fā)器中，J2接A', K3接A'+Q。當(dāng)然可根據(jù)所給的芯片進(jìn)行相應(yīng)的變換。同理可得輸出方程為：ABQ2Q10001111000*01000111*100011丫的卡諾圖：ZY=QQ '+A

8、QZ=AQ經(jīng)過搭接電路后可得相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換ABQ2Q10001111000*01000011*100001的卡諾圖:六、個人總結(jié):1、模5加法計數(shù)器實驗中，利用Rd Sd1、Sd2、Sd3可以得到各種狀態(tài)，并接通過按Cp單脈沖來觀察狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，觀測實驗結(jié)果，通過置位端調(diào)整，來檢 查電路是否能自啟動。利用TTL信號時，需要用到示波器和波形發(fā)生器等， 在使 用示波器需要將觸發(fā)調(diào)為外部觸發(fā)才能觀察到穩(wěn)定的波形。通過波形可以近似地 觀察到時序圖的波形。2、而Mealy型同步時序邏輯電路則相對麻煩，需要花費時間來連接電路。 在分析過程中，當(dāng)X=“ 0”時，不管電路置入什么狀態(tài)均會轉(zhuǎn)換到置 0狀態(tài)。表 明狀態(tài)方程跟輸入X有關(guān)。電路設(shè)計中根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫出卡諾圖后就可以化簡 寫出狀態(tài)方程，在根據(jù)相應(yīng)的觸發(fā)器特性方程來改寫狀態(tài)方程進(jìn)而設(shè)計出電路。3、第二個實驗相對較有針對性，會經(jīng)常由于狀態(tài)方程沒有改寫成理想的形 式，導(dǎo)致接不出電路，或者是接線接錯等。在實驗前一定要先預(yù)習(xí)等，在實驗中 要耐心地檢查電路的正確與否，再接通電源進(jìn)行測試。4、在接線過程中，這次遇到了新的問題，由于需要連接的線路過多，線路 看起來過于復(fù)雜，存在意想不到的錯誤，比如兩條線的前端接觸了，而導(dǎo)致短路， 還有接錯位了等等。實驗過程中遇到困難要仔細(xì)