《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》第6章-(5)

1、移存型計(jì)數(shù)器1圖6.5.25 移存型計(jì)數(shù)器的一般結(jié)構(gòu)FnFn-1F2F1組合邏輯CP2 （1）屬于同步計(jì)數(shù)器，存在反饋網(wǎng)絡(luò)。 （2）第一級(jí)觸發(fā)器的激勵(lì)由輸入決定，其余觸發(fā)器更新均符合Qin+1=Qi-1n 對(duì)于DFF：Di=Qi-1 對(duì)于JKFF：Ji=Qi-1，Ki=Qi-1 （3）狀態(tài)轉(zhuǎn)移表符合移存規(guī)律 （4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只要設(shè)計(jì)第一級(jí)觸發(fā)器的激勵(lì)即可。移存型計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)3移存型計(jì)數(shù)器的分析與同步計(jì)數(shù)器的分析步驟相同，只是最后得到的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表滿(mǎn)足移存規(guī)律。4移存型計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟：（1）首先根據(jù)模長(zhǎng)M確定觸發(fā)器個(gè)數(shù)n: nlog2M。（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，必須滿(mǎn)足移存規(guī)律（關(guān)鍵：從2n個(gè)狀

2、態(tài)中按移存規(guī)律找出所需的M個(gè)狀態(tài)。 ）；（3）列激勵(lì)表，求激勵(lì)方程，檢查自啟動(dòng)性；（4）畫(huà)邏輯圖 。5例 6.5.6 試用DFF設(shè)計(jì) M=5的移存型計(jì)數(shù)器。 解 (1)選用3個(gè)觸發(fā)器。圖6.5.26 Q3 Q2 Q1 左移狀態(tài)流程圖000010001011100101111110Q3Q2Q1有效循環(huán)6000010001011100101111110有效循環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表：7Q1n+1=Q3nQ2n Q1=Q3nQ2n (Q1n + Q1n) =Q3nQ2n Q1n+ Q3nQ2n Q1n D1=Q3nQ2n J1=Q3nQ2n K1=Q3nQ2n 計(jì)數(shù)器滿(mǎn)足自啟動(dòng)性。8畫(huà)邏輯圖：CPQ 1DC1Q

3、Q 1DC1QQ 1DC11000；0110-1100 110001111110001110000001111100000010101010011101010101100100101116用MSI移存器構(gòu)成環(huán)形或扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。 = Q0n+1DSR= Q3n圖6.5.31 74194構(gòu)成的環(huán)形計(jì)數(shù)器17表6.5.17 圖6.5.31電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表CPQ0Q1Q2Q3狀態(tài)轉(zhuǎn)移路線11110201113101141101186.6 序列碼發(fā)生器 序列碼：周期性重復(fù)出現(xiàn)的一串?dāng)?shù)碼稱(chēng)為序列碼。例：10110 10110 循環(huán)長(zhǎng)度：一個(gè)周期內(nèi)數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱(chēng)為序列長(zhǎng)度。序列碼電路：產(chǎn)生序列碼的電路。結(jié)構(gòu)類(lèi)

4、型： 計(jì)數(shù)型序列碼發(fā)生器 反饋移存型序列碼發(fā)生器 19f1fm組合邏輯模M計(jì)數(shù)器QnQn-1Q1圖6.6.1 計(jì)數(shù)型序列碼發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖計(jì)數(shù)型序列碼發(fā)生器20圖6.6.2 反饋移存型序列碼發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖組合邏輯QnQn-1Q1FnFn-1F1CPf反饋移存型序列碼發(fā)生器21計(jì)數(shù)型序列碼發(fā)生器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟：先設(shè)計(jì)模值為序列長(zhǎng)度的計(jì)數(shù)器再設(shè)計(jì)一組合電路，其輸入為計(jì)數(shù)器各觸發(fā)器的輸出Qi，輸出為序列碼F。 22例：設(shè)計(jì)產(chǎn)生序列碼F=11110101 11110101的計(jì)數(shù)型序列碼發(fā)生器 解：方法一：用小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)（1）設(shè)計(jì)M=8的計(jì)數(shù)器，方法同前面的同步（異步）計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。本解取n=3 的異步

5、二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器Q 1J C1 Q 1KQ 1J C1 Q 1KQ 1J C1 Q 1KQ3Q2Q1CP11111123（2）設(shè)計(jì)組合電路 Q3 Q2 Q1F00000101001110010111011111110101組合電路真值表為： 用卡諾圖化簡(jiǎn)得到：F=Q3+Q1 24邏輯圖為：用卡諾圖化簡(jiǎn)得到：F=Q3+Q1 Q 1J C1 Q 1KQ 1J C1 Q 1KQ 1J C1 Q 1KQ3Q2Q11CPF11111125方法二、用中規(guī)模器件MSI實(shí)現(xiàn)。計(jì)數(shù)器可以用74161實(shí)現(xiàn)M=8的計(jì)數(shù)器。組合電路可以用74151實(shí)現(xiàn)。 26功能冒險(xiǎn)：組合電路的輸入端發(fā)生多個(gè)變量改變時(shí)，可能存在功能

6、冒險(xiǎn)。克服方法：（1）當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，只有一個(gè)碼發(fā)生改變，即編碼采用格雷碼，如扭環(huán)型計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的編碼狀態(tài)。27（2）加取樣脈沖：對(duì)于上述MSI構(gòu)成的序列碼發(fā)生器，只要將CP脈沖接入74151的EN端即可。28思考：用JKFF實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器，用74151實(shí)現(xiàn)組合電路，問(wèn)：如何加取樣脈沖？答：將CP接入EN。29移存型序列碼發(fā)生器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法類(lèi)似移存型計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。模長(zhǎng)為序列碼的循環(huán)長(zhǎng)度，狀態(tài)編碼符合序列碼的變化規(guī)律。30例：設(shè)計(jì)產(chǎn)生序列碼101000，101000，的反饋移存型序列碼發(fā)生器。解：（1）M=6，至少需要3個(gè)觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表： 010100000001010101

7、模數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移路線Q1Q2Q3M=431需增加一個(gè)觸發(fā)器,取n=4，列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表0101100010Q3100010100001000011模數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移路線Q1Q2Q4M=632求激勵(lì)函數(shù)Q4Q3Q2Q1 0110110001100010110100D1D1 = Q3Q2Q1 + Q4Q2 = Q3Q2Q1 Q4Q233(3)作邏輯圖圖6.6.4 例6.6.2的邏輯圖34最長(zhǎng)線性序列碼（m序列）發(fā)生器 m序列的用途：（1）用于測(cè)試通信線路。（2）用于保密通信。m序列是一種偽隨機(jī)序列。m序列的產(chǎn)生電路：一種反饋移存型的序列碼發(fā)生器。 35m序列的特點(diǎn) （1）n個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成M=2n-1的m序列；最長(zhǎng)

8、（max）（2）反饋電路用異或門(mén)實(shí)現(xiàn)；（3）在一個(gè)周期內(nèi)，幾乎出現(xiàn)0和1的各種組合情況，看上去象一個(gè)隨機(jī)數(shù)，如n個(gè)1，n-1個(gè)0，n-1個(gè)1，n-2個(gè)0 （4）m序列是線性碼，即m序列與左移或右移若干位的m序列相異或仍為m序列。36圖6.6.5 m序列碼發(fā)生器的一般結(jié)構(gòu)37圖6.6.6 M=15的m序列碼發(fā)生器101011010110001110010100001000011000110011101111011110110101寫(xiě)出序列碼：111100010011010，111100010011010， 38m序列的線性特性線性：1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1

9、0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1右移1位左移3位39表6.6.4 m序列碼反饋函數(shù)表20,172010,71019,18,17,14199,5918,17,16,13188,6,5,4817,14177,6716,14,13,11166,5615,14155,3514,13,11,9144,3413,12,10,9133,2312,11,8,6122,1211,91111fnfn40Q4Q3Q2Q10000101011010110001110010100001000011000110011101111011110

10、110101圖6.6.7 M=15的m序列碼發(fā)生器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖自啟動(dòng)性討論修改反饋函數(shù)為： D1 =Q3Q4 + Q3Q2Q1Q0 41從狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖看出，電路不具有自啟動(dòng)性，需要把全0狀態(tài)的次態(tài)進(jìn)入有效循環(huán)。即0000的次態(tài)0001，D1的真值表對(duì)應(yīng)0000的輸出應(yīng)為1。具有自啟動(dòng)性的通用反饋函數(shù)為： D1=f+QnQn-1Qn-2Q1 42m序列的應(yīng)用若要求設(shè)計(jì)已知序列碼長(zhǎng)度，但碼型可以不限的序列碼發(fā)生器，則m序列碼發(fā)生器是最好的選擇。101011010110001110010100001000011000110011101111011110110101原理：循環(huán)狀態(tài)計(jì)到某個(gè)狀態(tài)時(shí)，跳過(guò)2n

11、-1-M個(gè)狀態(tài)，且進(jìn)入的下一狀態(tài)必須滿(mǎn)足移存規(guī)律。例如，實(shí)現(xiàn)M=11的序列碼發(fā)生器。關(guān)鍵：尋找起跳狀態(tài)。43起跳狀態(tài)的確定方法作長(zhǎng)度為2n-1的線性序列I將I序列向左移2n-1-M位，得線性序列II將和進(jìn)行異或運(yùn)算，得線性序列III在中找到10000碼組，序列中對(duì)應(yīng)位置的n位碼就是起跳狀態(tài)。n-1個(gè)方法一：在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，依次查詢(xún)各狀態(tài)，尋找滿(mǎn)足要求的起跳狀態(tài)。方法二：44例：設(shè)計(jì) M=10的序列碼發(fā)生器。解：在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中需跳過(guò)5個(gè)狀態(tài)，尋找起跳狀態(tài)： 得到起跳狀態(tài)為0011 45修改后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖D1= f Q4Q3Q2Q1+Q4Q3Q2Q1 =Q4Q3 Q4Q3Q2Q1 + Q4Q3Q2

12、Q1修改反饋函數(shù)：在D1的真值表中對(duì)應(yīng)0011格的值取反。得到：46修改反饋函數(shù)一般式為： D1= f 起跳狀態(tài)+QnQn-1Qn-2 Q1 47例: 設(shè)計(jì)M=16的序列碼發(fā)生器。解： 觸發(fā)器的級(jí)數(shù) n = 4修改D1的表達(dá)式，把0000納入M=15的m序列碼發(fā)生器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中000010101101011000111001010000100001100011001110111101111011010148000010101101011000111001010000100001100011001110111101111011010110000000D1 = fQ4Q3Q2Q100000001

13、D1 = fQ4Q3 Q2Q1 Q4 Q3 Q2 Q1即：D1 = fQ3Q2Q1496 .7 順序脈沖發(fā)生器 作用：在數(shù)字系統(tǒng)中，需要一種分配器產(chǎn)生節(jié)拍信號(hào)，這種節(jié)拍控制信號(hào)就是一種順序脈沖：按時(shí)間順序依次出現(xiàn)的一組高電平（低電平）的順序信號(hào)。能夠產(chǎn)生這種順序脈沖的電路是稱(chēng)為順序脈沖發(fā)生器。節(jié)拍分配器：電位信號(hào)脈沖分配器：脈沖信號(hào) 50圖6.7.1 電位信號(hào)和脈沖信號(hào)CP(a)電位信號(hào)(b)脈沖信號(hào)513.順序脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)輸出端較多時(shí)：采用計(jì)數(shù)器和譯碼器。 輸出端較少時(shí)：采用環(huán)形計(jì)數(shù)器。 二、舉例例6.7.1 試設(shè)計(jì)四輸出節(jié)拍分配器。解 (1)設(shè)計(jì) M=4 的計(jì)數(shù)器52表6.7.1 2-4線譯碼器的真值表Q2Q1Y0Y1Y2Y300100001010010001011000153圖6.7.2 四輸出分配器CPQ0Q1Y0Y1Y2Y3(一) 由四進(jìn)制計(jì)數(shù)器( JK 觸發(fā)器) 和譯碼器構(gòu)成54(二) 由 D 觸發(fā)器和譯碼器構(gòu)成C11DQ0Q0RDC11DQ1Q1FF0FF1=1CPCRRD111Y