數(shù)字設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總結(jié)-基礎(chǔ)篇

1、基本概念邏輯電路分為兩大類：組合邏輯電路（combinational logic circuit）時(shí)序邏輯電路（sequential logic circuit）任何時(shí)刻的輸出僅取決與當(dāng)時(shí)的輸入任一時(shí)刻的輸出不僅取決與當(dāng)時(shí)的輸入，還取決于過去的輸入序列電路特點(diǎn)：無反饋回路、無記憶元件電路特點(diǎn)：有反饋回路、有記憶元件一 組合電路的綜合根據(jù)給出的實(shí)際問題， 求出實(shí)現(xiàn)這一邏輯功能的電路。進(jìn)行邏輯抽象，得到真值表或邏輯函數(shù)式選擇器件的類型邏輯化簡(jiǎn)或變換成適當(dāng)?shù)男问诫娐诽幚?，得到電路圖N0N1N2N3EN_L+5VD0_LD7_LD8_LD15_L用74x138設(shè)計(jì)4-16譯碼器思路： 16個(gè)輸出需要

2、片74x138？Y0Y7ABCG1G2AG2BY0Y7ABCG1G2AG2BU1U2 任何時(shí)刻只有一片在工作。 4個(gè)輸入中，哪些位控制片選哪些位控制輸入用譯碼器和邏輯門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)ZYXABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774x138+5VFF = (X,Y,Z) (0,3,6,7)A2A1A0GSEOEII7I0A2A1A0GSEOEII7I0Q15_LQ8_LQ7_LQ0_LY0Y1Y2Y3GS2個(gè)74x148級(jí)聯(lián)為164優(yōu)先編碼器擴(kuò)展多路復(fù)用器擴(kuò)展位如何實(shí)現(xiàn)8輸入，16位多路復(fù)用器？由8輸入1位8輸入16位需要16片74x151， 每片處理輸入輸出中的1位選擇端連接到每

3、片的C,B,A注意：選擇端的扇出能力 （驅(qū)動(dòng)16個(gè)負(fù)載）ENYYABCD0D7擴(kuò)展多路復(fù)用器擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)目如何實(shí)現(xiàn)32輸入，1位多路復(fù)用器？數(shù)據(jù)輸入由832，需4片如何控制選擇輸入端？ 分為：高位低位高位譯碼器進(jìn)行片選低位接到每片的C,B,A4片輸出用或門得最終輸出ENYYABCD0D7D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2Y用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成8選1數(shù)據(jù)選擇器用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)組合邏輯電路當(dāng)使能端有效時(shí)，最小項(xiàng)之和形式ENABCD0D1D2D3D4D5D6D7YY74x151實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù) F = (A,B,C)(0,1,3,7)CBAVCCFYZWX00 01 11 10000

4、111101111111YWX00 01 11 100110ZZZZZ0思考：利用74x151實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)F = (W,X,Y,Z)(0,1,3,7,9,13,14)降維：由4維3維ENABCD0D1D2D3D4D5D6D7YY74x151VCCYXWFZ利用74x151實(shí)現(xiàn)F = (W,X,Y,Z)(0,1,3,7,9,13,14)0 2 6 4 1 3 7 5 YWX00 01 11 100110ZZZZZ0說明：用具有n位地址輸入端的多路復(fù)用器，可以產(chǎn)生任何形式的輸入變量數(shù)不大于n+1的組合邏輯函數(shù)。利用帶使能端的二進(jìn)制譯碼器作為多路分配器ABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y

5、6Y774x138DST0_LDST7_L數(shù)據(jù)輸入 SRCEN_L利用74x139實(shí)現(xiàn)2位4輸出多路分配器（P285）DSTSEL0DSTSEL1DSTSEL2地址選擇 利用使能端作為數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入 SRCEN_L奇偶校驗(yàn)的應(yīng)用用于檢測(cè)代碼在傳輸和存儲(chǔ)過程中是否出現(xiàn)差錯(cuò)AEVENODD74x280HIAEVENODD74x280HI發(fā)端收端DB0:7DB0:7ERROR發(fā)端保證有偶數(shù)個(gè)1收端 ODD 有效表示出錯(cuò)奇數(shù)EVEN比較器的串行擴(kuò)展XD11:0YD11:03:07:411:8XY+5VABIABOA0A3B0B374x85ABIABOA0A3B0B374x85ABIABOA0A3B

6、0B374x853片74x85構(gòu)成12位比較器低位高位3片74x682構(gòu)成24位比較器P0P7 P=QQ0Q7 PQP0P7 P=QQ0Q7 PQP0P7 P=QQ0Q7 PQ7:015:823:16P23:0Q23:0PEQQPGTQ比較器的并行擴(kuò)展P338 6.1.4P340 圖6-7二 時(shí)鐘同步狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)根據(jù)命題構(gòu)造狀態(tài)/輸出表狀態(tài)化簡(jiǎn)（狀態(tài)最小化）狀態(tài)編碼（選擇狀態(tài)變量）建立轉(zhuǎn)移/輸出表，得到狀態(tài)和輸出方程選擇觸發(fā)器作為狀態(tài)存儲(chǔ)器構(gòu)造激勵(lì)表，得到激勵(lì)方程畫邏輯電路圖1、邏輯抽象，得到狀態(tài)圖（表）2、狀態(tài)編碼取自然二進(jìn)制數(shù) 000111作為 S0 S7 的編碼對(duì)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，可不用輸入

7、Moore機(jī)取進(jìn)位信號(hào)為輸出變量需要8個(gè)有效狀態(tài)設(shè)計(jì)一個(gè)3位二進(jìn)制模8計(jì)數(shù)器S0/0S1/0S3/0S4/0S2/0S5/0S7/1S6/00001111101010010100111003、構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程 和 輸出方程S0/0S1/0S3/0S4/0S2/0S5/0S7/1S6/00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Q2 Q1 Q0Q2*Q1*Q0*CS0S1S2S3S4S5S6S70 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0000000010001111101010010100111000

8、1Q1Q0Q2Q0* 00 01 11 101 0 0 11 0 0 13、構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程 和 輸出方程Q0* = Q00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Q2 Q1 Q0Q2*Q1*Q0*C0 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0000000010 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 000000001Q2 Q1 Q0Q2*Q1*Q0*C01Q1Q0Q2Q1* 00 01

9、 11 100 1 0 10 1 0 1Q0* = Q0Q1* = Q1Q0 + Q1Q03、構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程 和 輸出方程0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 000000001Q2 Q1 Q0Q2*Q1*Q0*CQ0* = Q0輸出方程：C = Q3 Q2 Q1Q1* = Q1Q0 + Q1Q001Q1Q0Q2Q2* 00 01 11 100 0 1 01 1 0 1Q2* = Q2Q1Q0 + Q2Q1 + Q2Q03、構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)

10、移方程 和 輸出方程Q0* = Q0Q1* = Q1Q0 + Q1Q0Q2* = Q2Q1Q0 + Q2Q1 + Q2Q04、觸發(fā)器選型，得到激勵(lì)方程翻轉(zhuǎn)Q* = Q（T觸發(fā)器）Q* = ENQ + ENQQ1* = Q1Q0 + Q1Q0= Q2Q1Q0 + Q2 (Q1+Q0)= Q2Q1Q0 + Q2 (Q1Q0)EN1 = Q0EN2 = Q1Q0EN0 = 1選擇有使能端的T觸發(fā)器5、畫邏輯電路圖EN0 = 1EN1 = Q0EN2 = Q1Q0C = Q3 Q2 Q11CLKQ0Q1Q2C用J-K觸發(fā)器設(shè)計(jì)方法一利用狀態(tài)方程和觸發(fā)器特征方程得到激勵(lì)方程方法二利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移表和激勵(lì)表得

11、到激勵(lì)方程激勵(lì)表Q Q*0 00 11 01 1J K0 d1 dd 1d 0J K Q0 0 0 11 01 1保持清0置1翻轉(zhuǎn)功能表J-K觸發(fā)器特征方程：Q* = JQ + KQ利用狀態(tài)方程和特征方程設(shè)計(jì)Q1* = Q2Q3 + Q1 = Q2Q3(Q1+Q1) + Q1 = Q2Q3Q1+ Q2Q3Q1 + Q1 = Q2Q3Q1 + Q1Q3* = Q2Q3A + Q1AQ2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2BQ1* = Q2Q3 + Q1狀態(tài)方程J1 = Q2Q3K1 = 0 J-K觸發(fā)器特征方程：Q* = JQ + KQ利用狀態(tài)方程和特征方程設(shè)計(jì)Q3* = Q2Q3A

12、 + Q1AQ2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2BQ1* = Q2Q3 + Q1狀態(tài)方程Q3* = Q2Q3A + Q1A = Q2Q3A + Q1A(Q3+Q3) = (Q2A + Q1A)Q3+ Q1AQ3J3 = Q2A + Q1AK3 = Q1 + AJ1 = Q2Q3K1 = 0 Q2* = Q1Q3A + Q1Q3A + Q1Q2B = (Q1Q3A + Q1Q3A)(Q2+Q2) + Q1Q2B = (Q1Q3A + Q1Q3A)Q2 + (Q1Q3A + Q1Q3A + Q1B)Q2K2 = (Q1Q3A + Q1Q3A + Q1B) = (Q1+Q3+A)(Q

13、1+Q3+A)(Q1+B) = Q1 + Q3AB + Q3AB J2 = Q1Q3A + Q1Q3A K2 = Q1 + Q3AB + Q3ABJ1 = Q2Q3K1 = 0 J3 = Q2A + Q1AK3 = Q1AAB 00 01 11 10Z00011000100100100100100100101110101101101101101110110110110110111111111111111111Q1Q2Q3Q1*Q2*Q3*J1K1 , J2K2 , J3K31d,0d,0d1d,0d,0d1d,0d,1d1d,0d,1dd0,1d,0dd0,1d,0dd0,0d,1dd0,0d

14、,1dd0,0d,d1d0,0d,d1d0,1d,d0d0,1d,d0d0,d0,0dd0,d0,0dd0,d0,1dd0,d1,1dd0,d1,d1d0,d0,d1d0,d0,d0d0,d0,d0利用激勵(lì)表進(jìn)行J-K觸發(fā)器設(shè)計(jì)雷鳥車尾燈LALBLCRARBRC輸入：左轉(zhuǎn)L、右轉(zhuǎn)R、應(yīng)急閃爍H（hazard）、時(shí)鐘輸出：控制6個(gè)燈亮或滅 可以完全由狀態(tài)控制IDLE：全滅L1：左邊1個(gè)燈亮L2：左邊2個(gè)燈亮L3：左邊3個(gè)燈亮R1：右邊1個(gè)燈亮R2：右邊2個(gè)燈亮R3：右邊3個(gè)燈亮LR3：全亮狀態(tài)輸 出直接利用狀態(tài)控制輸出1、構(gòu)造狀態(tài)圖IDLE：全滅L1：左邊1個(gè)燈亮L2：左邊2個(gè)燈亮L3：左邊3個(gè)

15、燈亮R1：右邊1個(gè)燈亮R2：右邊2個(gè)燈亮R3：右邊3個(gè)燈亮LR3：全亮IDLEL1LL21L311R1RR21R311LR3H1HLRH+LRLHRRHL無二義性的IDLEL1LL21L311R1RR21R311LR3H1HLRH+LRLHRRHL1、構(gòu)造狀態(tài)圖完備性 離開某一狀態(tài)的弧線上的所有轉(zhuǎn)移表達(dá)式的邏輯和為1。無二義性的HRH+RH+RHRHLHLH+LH+L改進(jìn)互斥性 離開某一狀態(tài)的弧線上的任意一對(duì)轉(zhuǎn)移表達(dá)式的邏輯積為02、狀態(tài)編碼Q2Q1Q00 0 00 0 10 1 10 1 01 0 11 1 11 1 01 0 01、構(gòu)造狀態(tài)圖IDLEL1L2L3R1R2R3LR3合理的狀態(tài)賦值3、得到轉(zhuǎn)移列表 P4272、狀態(tài)編碼1、構(gòu)造狀態(tài)圖3、得到轉(zhuǎn)移列表 P427HLRLHRRHL0 0 00 0 00 0 00 0 0H+LR0 0 00 0 11 0 11 0 0IDLEQ2Q1Q0 S轉(zhuǎn)移表達(dá)式S* Q2*Q1*Q0*IDLEL1R1LR3Q2Q1Q0 S轉(zhuǎn)移表達(dá)式S* Q2*Q1*Q0*HLRLHRRHLH+LR0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 11 0 11 0 0IDLEIDLEL1R1LR3L10 0 10 0 1L2LR30 1 11 0 0HRH+RL20 1 10 1