同步時(shí)序邏輯電路課件

1第五章同步時(shí)序邏輯電路1第五章2第五章同步時(shí)序邏輯電路什么是同步時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路存儲(chǔ)部件基本元素：觸發(fā)器同步時(shí)序邏輯電路的分析同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)2第五章同步時(shí)序邏輯電路什么是同步時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電3數(shù)字邏輯電路按其工作特點(diǎn)可以分成兩大類：組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。組合邏輯電路是指：電路在任何時(shí)刻所產(chǎn)生的輸出，都僅取決于該時(shí)刻電路的輸入。時(shí)序邏輯電路是指：任何時(shí)刻電路的輸出不但取決于該時(shí)刻電路的輸入，還取決于電路過去的輸入。時(shí)序邏輯電路按其工作方式不同，又分為同步時(shí)序邏輯電路（有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)）和異步時(shí)序邏輯電路（無統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)）。本章介紹同步時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)。3數(shù)字邏輯電路按其工作特點(diǎn)可以分成兩大類：組合邏輯電路和41JC11K1JC11K1JC11K&&FF1FF0FF2ZCPQ2Q1Q0CP1JC11K1JC11K1JC11K&FF1FF0FF2ZQ2Q1Q0同步時(shí)序邏輯電路:異步時(shí)序邏輯電路:所有的CP是接在一起的，所以同時(shí)動(dòng)作時(shí)序脈沖只接入了第一塊觸發(fā)器，異步動(dòng)作41JC11K1JC11K1JC11K&&FF1FF0FF255.1同步時(shí)序邏輯電路模型

同步時(shí)序邏輯電路是一種與時(shí)序有關(guān)的電路，一般說來，它是由組合電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成，并形成反饋回路。下圖是同步時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型。xixnyr時(shí)鐘y1YrZmZ1Y1組合邏輯存儲(chǔ)元件Zi=fi(x1,…,xn,y1,…,yr)i=1,…,mYj=gj(x1,…,xn,y1,…,yr)j=1,…,rZi=fi(yi,…,yr)i=1,…,mYj=gj(x1,…,xn,y1,…,yr)j=1,..,r55.1同步時(shí)序邏輯電路模型同步時(shí)序邏輯電路是6時(shí)序電路的狀態(tài)：時(shí)序電路中所使用的觸發(fā)器的狀態(tài)（即某一時(shí)刻觸發(fā)器所存儲(chǔ)的信息）現(xiàn)態(tài)：y(n)---時(shí)鐘信號(hào)到來前電路的狀態(tài)次態(tài)：y(n+1)---時(shí)鐘信號(hào)到來后電路的狀態(tài)6時(shí)序電路的狀態(tài)：時(shí)序電路中所使用的觸發(fā)器的狀態(tài)（即某一時(shí)刻7Moore機(jī)模型:狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時(shí)鐘Mealy機(jī)模型：狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時(shí)鐘這里就是Moore狀態(tài)機(jī)和Mealy的不同所在,Mealy機(jī)模型的輸出與輸入有關(guān)。Mealy:輸出不僅與存儲(chǔ)電路的狀態(tài)Q有關(guān)，而且與外部輸入X也有關(guān)。Moore:輸出僅與存儲(chǔ)電路的狀態(tài)Q有關(guān)，而與輸入X無直接關(guān)系?；蛘邲]有單獨(dú)的輸出。7Moore機(jī)模型:狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時(shí)鐘M85.1.2同步時(shí)序邏輯電路的描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，簡(jiǎn)稱狀態(tài)圖:表示輸入，輸出和電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系的有向圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，簡(jiǎn)稱狀態(tài)表：表示電路的輸出，輸入和狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系的表格。邏輯函數(shù)表達(dá)式:表示輸入，輸出和電路狀態(tài)的函數(shù)表達(dá)式（輸出函數(shù)、激勵(lì)函數(shù)、特征方程）85.1.2同步時(shí)序邏輯電路的描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，簡(jiǎn)稱狀態(tài)91、Mealy型同步時(shí)序電路狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出輸入xy(n+1)/Zy狀態(tài)表由現(xiàn)態(tài)，次態(tài)和輸出組成。表格的左邊自上而下列出電路的全部現(xiàn)態(tài)，表格的上方從左到右列出輸入的全部組合，表格中間則列出對(duì)應(yīng)不同輸入組合和現(xiàn)態(tài)下的次態(tài)和輸出。91、Mealy型同步時(shí)序電路狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出10輸入xy現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出輸出Zy(n+1)２、Moore電路的狀態(tài)表如下所示，Moore型狀態(tài)表將輸出單獨(dú)作為一列。10輸入xy現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出輸出Zy(n+1)２、Moore11３、狀態(tài)圖YnYn+1Yn/Z1Yn+1/Z2X/ZX

mealy型Moore型11３、狀態(tài)圖YnYn+1Yn/Z1Yn+1/Z2X/125.2觸發(fā)器觸發(fā)器：計(jì)算機(jī)中能夠存放二進(jìn)制信息的基本單元器件，一個(gè)一位的觸發(fā)器有兩個(gè)邏輯上互為反的輸出端，用來存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。常用的觸發(fā)器有R－S觸發(fā)器、J－K觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器等，又可以分為非時(shí)鐘觸發(fā)、電平觸發(fā)以及邊沿觸發(fā)三類。125.2觸發(fā)器觸發(fā)器：計(jì)算機(jī)中能夠存放二進(jìn)制信息的基13131414151516●

同步觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部分的工作狀態(tài)，常常要求某些觸發(fā)器在同一時(shí)刻動(dòng)作，這樣輸出狀態(tài)受輸入信號(hào)直接控制的基本觸發(fā)器就不適用了。為此，必須引入同步信號(hào)，使這些觸發(fā)器只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)才按輸入信號(hào)改變狀態(tài)。

由同步信號(hào)控制的觸發(fā)器稱為同步觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器，同步信號(hào)也叫做時(shí)鐘信號(hào)，用CP表示。同步控制方式分為鐘控（電平控制）和邊沿控制兩類。16●同步觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部分的工作狀態(tài)175.2.1鐘控D觸發(fā)器175.2.1鐘控D觸發(fā)器18D觸發(fā)器狀態(tài)表QnD=0D=1001101Qn+118D觸發(fā)器狀態(tài)表QnD=0D=10019D觸發(fā)器狀態(tài)圖01100119D觸發(fā)器狀態(tài)圖0110012001111000DQ從D觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖可得出D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：Qn+1=DQn+12001111000DQ從D觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖可得出D觸發(fā)器21鐘控觸發(fā)器存在的“空翻”現(xiàn)象鐘控觸發(fā)器，其觸發(fā)方式均為電位觸發(fā)（或電平觸發(fā)）。以電位觸發(fā)器方式工作的同步觸發(fā)器，在CP=1的整個(gè)期間都接收輸入信號(hào)的變化，若輸入信號(hào)變化多次時(shí)，則觸發(fā)器的狀態(tài)也隨之多次翻轉(zhuǎn)。通常把在同一CP脈沖下引起觸發(fā)器兩次或多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為“空翻”。21鐘控觸發(fā)器存在的“空翻”現(xiàn)象22維持阻塞D觸發(fā)器Qn+1=D（CP上升沿）22維持阻塞D觸發(fā)器Qn+1=D（CP上升沿）235.3同步時(shí)序電路的分析時(shí)序電路的分析就是對(duì)給定的邏輯電路進(jìn)行分析找出在輸入及時(shí)鐘作用下，其電路輸出的變化規(guī)則。

1.根據(jù)邏輯電路寫出電路中各觸發(fā)器的激勵(lì)方程和電路的輸出方程；

2.列出輸入及電路的現(xiàn)態(tài)與輸出次態(tài)的狀態(tài)表；

3.根據(jù)真值表畫出該電路的狀態(tài)圖。

4.根據(jù)狀態(tài)圖說明其功能。235.3同步時(shí)序電路的分析24例5.1試分析下圖所示同步時(shí)序電路

1D2CD1CQ2Q1CPXZ24例5.1試分析下圖所示同步時(shí)序電路1D2251.寫出各觸發(fā)器的激勵(lì)方程及電路的輸出方程：251.寫出各觸發(fā)器的激勵(lì)方程及電路的輸出方程：262.建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表262.建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表273.作出狀態(tài)表和狀態(tài)圖Q2Q1x=0

x=10000/001/00110/001/01100/001/01000/001/1

現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出Y2(n+1)Y1（n+1)/Z273.作出狀態(tài)表和狀態(tài)圖Q2Q128狀態(tài)圖如下：00011011X/Z1/01/00/01/10/01/00/00/028狀態(tài)圖如下：00011011X/Z1/29根據(jù)電路的狀態(tài)響應(yīng)序列畫出時(shí)間圖123456789xY2y1z這是一個(gè)101序列監(jiān)測(cè)器！29根據(jù)電路的狀態(tài)響應(yīng)序列畫出時(shí)間圖130同步時(shí)序電路分析30同步時(shí)序電路分析315.4同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)第一步、根據(jù)邏輯功能描述確定輸入和輸出。第二步、根據(jù)邏輯要求，作出原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表。第三步、狀態(tài)簡(jiǎn)化。第四步、狀態(tài)編碼，根據(jù)確定的狀態(tài)數(shù)來確定觸發(fā)器個(gè)數(shù)。第五步、求出激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)表達(dá)式。第六步、畫出邏輯電路圖。315.4同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)第一步、根據(jù)邏輯功能描325.4.1建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表的一般過程是：假設(shè)一個(gè)初始狀態(tài)，從這個(gè)初始狀態(tài)出發(fā)，給出在現(xiàn)有初態(tài)下所有可能的輸入情況下的所有可能的次態(tài)和輸出。325.4.1建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表建立原始狀態(tài)圖和33例5.2假設(shè)某同步時(shí)序電路輸入為x，其輸出為Z。X輸入為一組按時(shí)間順序排列的串行二進(jìn)制代碼，當(dāng)輸入序列為101時(shí)，輸出Z為1，否則Z為0。試作出該電路的Mealy型和Moore型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。

解根據(jù)題意。電路典型的輸入和輸出序列；Ｘ:0011011001010100

Ｚ:000001000001010033例5.2假設(shè)某同步時(shí)序電路輸入為x，其輸出為Z。34例5.3同步時(shí)序電路的Mealy型原始狀態(tài)表S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S0/0S3/1S3S2/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1第一位二進(jìn)制數(shù)有兩種可能：0和1，令其分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)S0和S1。然后10對(duì)應(yīng)狀態(tài)S2。101對(duì)應(yīng)狀態(tài)S3。34例5.3同步時(shí)序電路的Mealy型原始狀態(tài)表35S0S1S2S31/10/01/00/0S0S1S2S31/11/00/00/01/01/00/00/0例5.３同步時(shí)序電路的Mealy型原始狀態(tài)圖35S0S1S2S31/10/01/00/0S0S1S2S336例5.3同步時(shí)序電路的Moore型原始狀態(tài)表S0S0S1S1S2S1S2S0S3S3S2S1現(xiàn)態(tài)次態(tài)x=0x=10001輸出

Z第一位二進(jìn)制數(shù)有兩種可能：0和1，令其分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)S0和S1。然后10對(duì)應(yīng)狀態(tài)S2。101對(duì)應(yīng)狀態(tài)S3。36例5.3同步時(shí)序電路的Moore型原始狀態(tài)表37S0/0S1/0S2/0S3/110101100110例5.３同步時(shí)序電路的Moore型原始狀態(tài)圖S3/1S2/0S1/0S0/0037S0/0S1/0S2/0S3/110101100110例38例5.4作出100序列檢測(cè)電路的Mealy型和Moore型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。38例5.4作出100序列檢測(cè)電路的Mealy型和Moo39S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S3/1S1/0S3S0/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=139S0S0/0S1/0405.4.2狀態(tài)化簡(jiǎn)所謂狀態(tài)化簡(jiǎn)，就是從原始狀態(tài)表中消去多余的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)表。通常采用觀察法和隱含表法進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn)。

完全確定狀態(tài)表和不完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)有所不同，分別加以討論。405.4.2狀態(tài)化簡(jiǎn)所謂狀態(tài)化簡(jiǎn)，就是從原始狀態(tài)表411、完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)

完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)就是找到所有等效狀態(tài)并將其合并為一個(gè)狀態(tài)的過程。歸納出狀態(tài)等效的條件：在所有可能的輸入組合下，兩個(gè)（或多個(gè)）狀態(tài)相應(yīng)的輸出相同，次態(tài)相同、交錯(cuò)、循環(huán)或等效，那么這些狀態(tài)就是等效的。411、完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)就是42

次態(tài)交錯(cuò)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)Si的次態(tài)為Sj；而狀態(tài)Sj的次態(tài)為Si；

次態(tài)循環(huán)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)Si和Sj的次態(tài)為Sk和Se,而狀態(tài)Sk和Se的次態(tài)為Si和Sj；

次態(tài)等效是指在某種輸入組合下，狀態(tài)Si和Sj的次態(tài)Sk和Se滿足狀態(tài)等效條件。42次態(tài)交錯(cuò)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)Si的次態(tài)為S43（1）等效關(guān)系的傳遞性：如果狀態(tài)S1和S2等效，狀態(tài)S2和S3也等效，則狀態(tài)S1和S3等效。記作(S1,S2),(S2,S3)(S1,S3)（2）等效類：若干個(gè)相互等效的狀態(tài)組成一個(gè)等效狀態(tài)類，稱為等效類，若有(S1,S2),(S1,S3)，則必有(S1,S2,S3),記作

(S1,S2),(S2,S3)(S1,S2,S3)（3）最大等效類，如果一個(gè)等效類不是其他任何等效類的子集，該等效類就為最大等效類。原始狀態(tài)表的化簡(jiǎn)過程就是尋找最大等效類并將最大等效類的所有狀態(tài)合并為一個(gè)狀態(tài)的過程43（1）等效關(guān)系的傳遞性：如果狀態(tài)S1和S2等效，狀態(tài)44例、化簡(jiǎn)101序列檢測(cè)電路的原始狀態(tài)表S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S0/0S3/1S3S2/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=144例、化簡(jiǎn)101序列檢測(cè)電路的原始狀態(tài)表S045S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S3/0S1/1S3S0/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1例、化簡(jiǎn)100序列檢測(cè)電路的原始狀態(tài)表45S0S0/0S1/046例、用觀察法化簡(jiǎn)如下給出的原始狀態(tài)表。A

A

/0C/0BA

/0C

/0CB/0D/0

DB/0D/1

ED/1F/0FD/1E/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=146例、用觀察法化簡(jiǎn)如下給出的原始狀態(tài)表。A47A

A

/0C/0CB/0D/0

DB/0D/1

ED/1E/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1觀察法一般只適用于簡(jiǎn)單狀態(tài)表的簡(jiǎn)化。47AA/0C/0C48例、用隱含表法對(duì)如下所示原始狀態(tài)表進(jìn)行化簡(jiǎn)。AC/0B/1BF/0A/1CD/0G/0DD/1E/0EC/0E/1FD/0G/0GC/1D/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=148例、用隱含表法對(duì)如下所示原始狀態(tài)表進(jìn)行化簡(jiǎn)。A49解：第一步、作隱含表隱含表是一個(gè)直角三角形網(wǎng)格，橫向和縱向格數(shù)相同，即等于原始狀態(tài)表中的狀態(tài)數(shù)減一。隱含表中橫向從左向右按原始狀態(tài)表中的狀態(tài)順序依次標(biāo)上第一個(gè)狀態(tài)至倒數(shù)第二個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)名稱，而縱向自上到下依次標(biāo)上第二個(gè)狀態(tài)至最后一個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)名稱。如圖（a）所示。49解：第一步、作隱含表50ABCDEFBCDEFG（a）將狀態(tài)兩兩判別是否等效，得到圖（b）所示隱含表。50ABCD51第二步、尋找等效狀態(tài)對(duì)。通常，先將水平方向的狀態(tài)A與縱向的所有狀態(tài)一一比較，再將水平方向的狀態(tài)B與縱向的所有狀態(tài)一一比較,依次類推橫向和縱向的所有狀態(tài)都一一比較。如果兩個(gè)狀態(tài)等效，則在隱含表的相應(yīng)方格中標(biāo)以“√”，兩個(gè)狀態(tài)不等效，則在隱含表的相應(yīng)方格中標(biāo)以“×”。51第二步、尋找等效狀態(tài)對(duì)。52CDDE

BE

AECFCFABCDEFBCDEFG(b)對(duì)圖（b）進(jìn)行修改后，得到下頁圖（c）所示隱含表52CDBEAECFABC53CDDE

BE

AECFCFABCDEFBCDEFG53CDBEAECFABC54第三步、確定最大等效類。

第四步、合并最大等效類中的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)表如下。ab/0a/1bc/0d/0cc/1a/0db/1c/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=154第三步、確定最大等效類。

第四步、合并最大等效類中的狀態(tài)555.4.3狀態(tài)編碼

狀態(tài)表中用字母和數(shù)字表示的狀態(tài)用一組二進(jìn)制代碼來代替，這就叫做狀態(tài)編碼，或者叫做狀態(tài)賦值，也稱狀態(tài)分配。狀態(tài)賦值首先要確定的是所涉及的電路中觸發(fā)器的個(gè)數(shù)：n個(gè)觸發(fā)器可以表示2n個(gè)狀態(tài)。

555.4.3狀態(tài)編碼狀態(tài)表中用字母和數(shù)字表示的56狀態(tài)分配必須遵守的基本原則如下（1）如果狀態(tài)表中某些狀態(tài)在同一輸入條件下次態(tài)相同，或者在不同輸入條件下次態(tài)組合相同，那么，應(yīng)盡可能給這些狀態(tài)分配相鄰的代碼。（2）狀態(tài)表中同一現(xiàn)態(tài)在不同輸入條件下的次態(tài)應(yīng)盡可能分配相鄰的代碼。（3）如果狀態(tài)表中某些狀態(tài)有相同的輸出，那么，應(yīng)盡可能給這些狀態(tài)分配相鄰的代碼。（4）狀態(tài)表中出現(xiàn)次數(shù)最多的狀態(tài)分配為邏輯0。56狀態(tài)分配必須遵守的基本原則如下（1）如果狀態(tài)表中某些57S0S0/0S3/0S2S0/0S3/1S3S2/0S3/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1例、為化簡(jiǎn)后的101序列檢測(cè)器的狀態(tài)表中的狀態(tài)進(jìn)行編碼57S0S0/0S3/0580101

/000/01101/000

/10011/000/0現(xiàn)態(tài)Q1Q0次態(tài)/輸出x=0x=1編碼后的101序列檢測(cè)電路狀態(tài)表580101/000/059例、對(duì)如下所示狀態(tài)表進(jìn)行狀態(tài)分配B/1A/1DD/0B/0CA/0C/0BD/0C/0Ax=0x=1

次態(tài)/輸出現(xiàn)態(tài)59例、對(duì)如下所示狀態(tài)表進(jìn)行狀態(tài)分配B/1A/60根據(jù)分配原則，確定以00代替A，以01代替B，以10代替C，以11代替D。將上述二進(jìn)制代碼代入狀態(tài)表中就得到如下所示的二進(jìn)制狀態(tài)表。11/001/01001/100/11100/010/00111/010/000x=0x=1次態(tài)Q1(n+1)Q0(n+1)/輸出

現(xiàn)態(tài)

Q1Q060根據(jù)分配原則，確定以00代替A，以01代替B，以10代替615.4.4確定激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)

1、根據(jù)編碼后的狀態(tài)表寫出次態(tài)方程、輸出方程；

2、確定你在所設(shè)計(jì)的電路中要使用的觸發(fā)器的類型，將次態(tài)方程轉(zhuǎn)化為與所選用的觸發(fā)器對(duì)應(yīng)的特征方程形式；

3、對(duì)應(yīng)給出觸發(fā)器的激勵(lì)方程。615.4.4確定激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)1、根據(jù)編碼后620101

/000/01101/000

/10011/000/0現(xiàn)態(tài)Q1Q0次態(tài)/輸出x=0x=1寫101序列檢測(cè)電路的激勵(lì)方程與輸出方程620101/000/0631)寫各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程和電路的輸出方程：（卡諾圖直接得到化簡(jiǎn)后的方程）100000dd0001111001101010dd0001111001000001dd00011110Q1(n+1)Q0(n+1)ZQ1Q0Q1Q0Q1Q0xxxQ1(n+1)=Q0xQ0(n+1)=xZ=Q1x01631)寫各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程和電路的輸出方程：（卡諾圖直接642)確定觸發(fā)器類型，寫激勵(lì)方程選擇D觸發(fā)器：選擇JK觸發(fā)器D1=Q0xD0=xJ1=Q0xK1=Q0xJ0=xK0=x642)確定觸發(fā)器類型，寫激勵(lì)方程選擇D觸發(fā)器：D1=Q065最后根據(jù)激勵(lì)方程和輸出方程畫出電路圖:一般，先畫觸發(fā)器，再畫組合電路部分65最后根據(jù)激勵(lì)方程和輸出方程畫出電路圖:一般，先畫觸發(fā)器，66通常，當(dāng)所設(shè)計(jì)電路中觸發(fā)器所能表示的狀態(tài)數(shù)大于電路所需的工作狀態(tài)數(shù)時(shí)，需對(duì)所設(shè)計(jì)電路的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行討論。目的在于：電路萬一偶然進(jìn)入無效狀態(tài)，檢查是否能在輸入信號(hào)作用下進(jìn)入有效狀態(tài)，如果可以進(jìn)入，則稱為具有自恢復(fù)功能，否則稱為“掛起”；另外，電路萬一偶然進(jìn)入無效狀態(tài)，檢查是否會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出信號(hào),即輸出1。若出現(xiàn)“掛起”現(xiàn)象或錯(cuò)誤輸出現(xiàn)象，則需對(duì)該電路進(jìn)行修改，否則，難以保證所設(shè)計(jì)電路的工作可靠性，甚至破壞電路的正常工作。討論的過程其實(shí)就是對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行再分析。66通常，當(dāng)所設(shè)計(jì)電路中觸發(fā)器所能表示的狀態(tài)數(shù)大于電路所67000001d

dQ1Q0

zx0100011110Z=Q1Q0

x必須看作“0”67000001d68修改后的電路68修改后的電路694、同步時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)舉例例、檢測(cè)串行二進(jìn)制序列，當(dāng)連續(xù)輸入三個(gè)（或三個(gè)以上）1時(shí)，序列檢測(cè)器的輸出為1。其他情況下輸出為0。

1）、確定輸入輸出。

x:輸入；Z：輸出694、同步時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)舉例例、檢測(cè)串行二進(jìn)制序列，當(dāng)連702）、作出原始狀態(tài)表如下S3/1S0/0S3S3/1S0/0S2S2/0S0/0S1S1/0S0/0S0x=1x=0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出702）、作出原始狀態(tài)表如下S3/1S0/0S71根據(jù)原始狀態(tài)表得出的狀態(tài)圖ABCD1/00/01/01/11/10/00/00/071根據(jù)原始狀態(tài)表得出的狀態(tài)圖ABCD1/00/01/01/723、狀態(tài)化簡(jiǎn)S2/1S0/0S2S2/0S0/0S1S1/0S0/0S0x=1x=0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出通過觀察法可簡(jiǎn)化原始狀態(tài)表，結(jié)果如下：723、狀態(tài)化簡(jiǎn)S2/1S0/0734、狀態(tài)分配（或狀態(tài)編碼）第一原則：(S1,S2)相鄰，(S0,S1)相鄰，

(S0,S2)相鄰第二原則：(S0,S1)相鄰，(S0,S2)相鄰第三原則：(S0,S1)相鄰，(輸出相同）第四原則：S0為邏輯零故：（S1,S2）相鄰（S0,S1）相鄰最大限度滿足上述條件的一種編碼方案可以是：S0=00S1=01S2=11734、狀態(tài)分配（或狀態(tài)編碼）第一原則：(S1,S2)相74狀態(tài)編碼后的狀態(tài)表次態(tài)/輸出Q1n+1Q0n+1/Z11/100/01111/000/001

x=1x=0現(xiàn)態(tài)Q1Q00000/001/074狀態(tài)編碼后的狀態(tài)表次態(tài)/輸出11/1755、列出激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)表達(dá)式寫出各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程和電路的輸出方程；確定所使用的觸發(fā)器類型；變換次態(tài)方程，使之對(duì)應(yīng)所選擇的觸發(fā)器特征方程形式，從而寫出各個(gè)觸發(fā)器的激勵(lì)方程；J0=xK0=xJ1=y1xK1=xZ=y2x755、列出激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)表達(dá)式寫出各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程766、畫出邏輯圖時(shí)鐘x

k0j0k1j1Q0Q1z766、畫出邏輯圖時(shí)鐘k0k1Q0Q1z777、判斷并處理掛起現(xiàn)象000001d

dQ1Q0

zx0100011110Z=Q1Q0

x必須看作“0”一旦電路進(jìn)入無效狀態(tài)10不管輸入X是1還是0，經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期，電路可以進(jìn)入有效狀態(tài)，不存在“掛起”現(xiàn)象。但從電路輸出看，若電路處于無效狀態(tài)10，當(dāng)X輸入為1時(shí)，將錯(cuò)誤地輸出1，需對(duì)輸出函數(shù)表達(dá)式作適當(dāng)修改。777、判斷并處理掛起現(xiàn)象000078z時(shí)鐘x

k0j0k1j1Q0設(shè)計(jì)完成的邏輯電路圖如下所示：Q178z時(shí)鐘k0k1Q0設(shè)計(jì)完成的邏輯電路圖如下所示：79設(shè)計(jì)舉例：設(shè)計(jì)一個(gè)八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

1、確定輸入輸出：無輸入（CP不作為輸入看待）；Z:輸出

2、給出原始狀態(tài)表：一般情況下，作原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表時(shí)，用字母和數(shù)字表示各個(gè)狀態(tài)。但由于模8計(jì)數(shù)器包含明確的八個(gè)狀態(tài)。因此也可用二進(jìn)制代碼直接來表示狀態(tài)。79設(shè)計(jì)舉例：設(shè)計(jì)一個(gè)八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器1、確定輸入輸出：80計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，若從000狀態(tài)開始，其計(jì)數(shù)狀態(tài)分別為000，001，010，011，100，101，110，111，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)移的順序?yàn)椋?00001010011100101110111若計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，從000狀態(tài)開始，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)移的順序?yàn)椋?0011111010110001101000180計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，若從000狀態(tài)開始，其計(jì)數(shù)狀態(tài)分別為81000001001010010011011100100101101110110111111000

現(xiàn)態(tài)次態(tài)編碼后的狀態(tài)表

輸出0000000181000001001010082寫激勵(lì)方程和輸出方程Z=Q2Q1Q0J2=Q1Q0K2=Q1Q0J1=Q0K1=Q0J0=1K0=182寫激勵(lì)方程和輸出方程Z=Q2Q1Q0J2=Q1Q83畫電路圖83畫電路圖84常用中規(guī)模時(shí)序集成電路以及利用中大規(guī)模時(shí)序集成電路的設(shè)計(jì)方法84常用中規(guī)模時(shí)序集成電路以及利用中大規(guī)模時(shí)序集成電路的設(shè)計(jì)85計(jì)數(shù)器電路(CounterCircuit)

計(jì)數(shù)器是一種時(shí)序電路，用來計(jì)數(shù)CP脈沖個(gè)數(shù)（其中電路的每一種狀態(tài)代表一個(gè)CP脈沖）?？蓪⒂?jì)數(shù)器電路按以下幾種進(jìn)行分類：按照時(shí)鐘脈沖信號(hào)的特點(diǎn)分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器兩大類一般來講，同步計(jì)數(shù)器較異步計(jì)數(shù)器具有更高的速度。按照電路狀態(tài)編碼規(guī)律分為加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器，也有一些計(jì)數(shù)器既可能實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)又可實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)器，這類計(jì)數(shù)器為可逆計(jì)數(shù)器。按照輸出的編碼形式可分為：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二—十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、循環(huán)碼計(jì)數(shù)器等。按計(jì)數(shù)的模數(shù)（或容量）分：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十六進(jìn)制計(jì)數(shù)、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等。計(jì)數(shù)器不僅用于計(jì)數(shù)，還可以用于分頻、定時(shí)等應(yīng)用，是時(shí)序電路中使用最廣的一種。85計(jì)數(shù)器電路(CounterCircuit)計(jì)數(shù)器868687表6.674193引線功用

引線名稱功用輸入端CrLDD,C,B,ACPuCPD清除預(yù)置控制預(yù)置初始值累加計(jì)數(shù)脈沖累減計(jì)數(shù)脈沖輸出端QD,QC,QB,QAQCCQCD計(jì)數(shù)值進(jìn)位輸出借位輸出87表6.674193引線功用引線名稱功8874193的功能表

輸入CrLDDCBACPuCPD

輸出QDQCQBQA1?

?

?

?

?

?

?00dcba?

?01?

?

?

?101?

?

?

?10000dcba

累加計(jì)數(shù)累減計(jì)數(shù)8874193的功能表輸89例、用74193和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T構(gòu)成模十加法計(jì)數(shù)器。89例、用74193和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T構(gòu)成模十加法計(jì)數(shù)器。90復(fù)位法如用模大的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模小的計(jì)數(shù)器可以看出只須等狀態(tài)數(shù)計(jì)夠要實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù)器的模后直接回到0狀態(tài)，跳過剩余的狀態(tài)即可，這可以使用計(jì)數(shù)器的清零端和置數(shù)端就實(shí)現(xiàn)。90復(fù)位法如用模大的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模小的計(jì)數(shù)器可以看出只須等91QA

QＢQＣQＤＣＰＵＣＰＤＱＣＣＱＣＢＣr&Q0

Q1

Q2

Q3CP1ABCDLD191QAQＢQＣQＤＣＰＵＱＣＣＣr&Q0Q192置數(shù)法利用清零的方法可以進(jìn)行模數(shù)的變換，但其計(jì)數(shù)器的輸出最小數(shù)必須為0，而有一些情況希望計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)不從0開始，這是可以任意設(shè)置初始狀態(tài)，必須通過置位端來實(shí)現(xiàn)。92置數(shù)法利用清零的方法可以進(jìn)行模數(shù)的變換，但其計(jì)數(shù)器的939394計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例：體育比賽時(shí)使用的秒表的原理圖。94計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例：95用模小的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模大的計(jì)數(shù)器前面我們介紹的復(fù)位法和置數(shù)法都是使用模大的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模小的計(jì)數(shù)器所采用的方法，那么怎樣用模小的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模大的計(jì)數(shù)器呢？實(shí)現(xiàn)大于計(jì)數(shù)器所提供的模數(shù)的計(jì)數(shù)器只須用多個(gè)計(jì)數(shù)器相串接即可：利用的原理就是進(jìn)位計(jì)數(shù)的原理。95用模小的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模大的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)大于計(jì)數(shù)器所提供的模數(shù)96

寄存器寄存器是數(shù)字系統(tǒng)中用于存放數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果的邏輯部件。它具有接收數(shù)據(jù)、存放數(shù)據(jù)或傳送數(shù)據(jù)的功能。在實(shí)際應(yīng)用中，除要求寄存器具備上述基本功能外，還應(yīng)具有左、右移位，串、并行輸入，串、并行輸出以及預(yù)置、清零等多種功能。中規(guī)模集成電路寄存器有許多種類，四位雙向移位寄存器是一種常用的中規(guī)模寄存器，其典型型號(hào)是74194。96寄存器寄存器是數(shù)字系統(tǒng)中用于存放數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果的邏97Q0

Q1

Q2

Q374194ＭＡＭＢＣＰＣr74194的邏輯符號(hào)DRD0D1D2D3DL

97Q0Q1Q2Q374194ＭＡ74194的9874194引線功用引線名稱功用輸入端ＣrDRDLＭＡ,ＭＢＣＰ清除并行數(shù)據(jù)輸入右移串行數(shù)據(jù)輸入左移串行數(shù)據(jù)輸入工作方式選擇控制工作脈沖輸出端寄存器的狀態(tài)Q0,Q1,Q2,Q3D0,D1,D2,D39874194引線功用引線名稱功用Ｃr清除輸出端寄99雙向移位寄存器功能表輸入CrCPMＢMＡDRD3D2D1D0DL輸出0?

?

?

?

?

?

?

?

?10?

?

?

?

?

?

?

?111?

d3d2d1d0

?1011?

?

?

?

?1010?

?

?

?

?110?

?

?

?

?1110?

?

?

?

?01?00?

?

?

?

?

?0000

保持

d3d2d1d0Q2nQ1nQ0n1Q2nQ1nQ0n01Q3nQ2nQ1n0Q3nQ2nQ1n

保持Q3

Q2

Q1

Q099雙向移位寄存器功能表輸入輸出0100例、用74194構(gòu)成模4計(jì)數(shù)器。假設(shè)計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0是0011，其計(jì)數(shù)狀態(tài)序列為

0011100111000110100例、用74194構(gòu)成模4計(jì)數(shù)器。假設(shè)計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)101ＭＡＭＢＣＰＣrQ0

Q1

Q2

Q3DRD0D1D2D3DL

74194控制端計(jì)數(shù)脈沖１1101ＭＡQ0Q1Q2Q3DRD0D1第五章結(jié)束，謝謝同學(xué)們！第五章結(jié)束，謝謝同學(xué)們！103第五章同步時(shí)序邏輯電路1第五章104第五章同步時(shí)序邏輯電路什么是同步時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路存儲(chǔ)部件基本元素：觸發(fā)器同步時(shí)序邏輯電路的分析同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)2第五章同步時(shí)序邏輯電路什么是同步時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電105數(shù)字邏輯電路按其工作特點(diǎn)可以分成兩大類：組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。組合邏輯電路是指：電路在任何時(shí)刻所產(chǎn)生的輸出，都僅取決于該時(shí)刻電路的輸入。時(shí)序邏輯電路是指：任何時(shí)刻電路的輸出不但取決于該時(shí)刻電路的輸入，還取決于電路過去的輸入。時(shí)序邏輯電路按其工作方式不同，又分為同步時(shí)序邏輯電路（有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)）和異步時(shí)序邏輯電路（無統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)）。本章介紹同步時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)。3數(shù)字邏輯電路按其工作特點(diǎn)可以分成兩大類：組合邏輯電路和1061JC11K1JC11K1JC11K&&FF1FF0FF2ZCPQ2Q1Q0CP1JC11K1JC11K1JC11K&FF1FF0FF2ZQ2Q1Q0同步時(shí)序邏輯電路:異步時(shí)序邏輯電路:所有的CP是接在一起的，所以同時(shí)動(dòng)作時(shí)序脈沖只接入了第一塊觸發(fā)器，異步動(dòng)作41JC11K1JC11K1JC11K&&FF1FF0FF21075.1同步時(shí)序邏輯電路模型

同步時(shí)序邏輯電路是一種與時(shí)序有關(guān)的電路，一般說來，它是由組合電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成，并形成反饋回路。下圖是同步時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型。xixnyr時(shí)鐘y1YrZmZ1Y1組合邏輯存儲(chǔ)元件Zi=fi(x1,…,xn,y1,…,yr)i=1,…,mYj=gj(x1,…,xn,y1,…,yr)j=1,…,rZi=fi(yi,…,yr)i=1,…,mYj=gj(x1,…,xn,y1,…,yr)j=1,..,r55.1同步時(shí)序邏輯電路模型同步時(shí)序邏輯電路是108時(shí)序電路的狀態(tài)：時(shí)序電路中所使用的觸發(fā)器的狀態(tài)（即某一時(shí)刻觸發(fā)器所存儲(chǔ)的信息）現(xiàn)態(tài)：y(n)---時(shí)鐘信號(hào)到來前電路的狀態(tài)次態(tài)：y(n+1)---時(shí)鐘信號(hào)到來后電路的狀態(tài)6時(shí)序電路的狀態(tài)：時(shí)序電路中所使用的觸發(fā)器的狀態(tài)（即某一時(shí)刻109Moore機(jī)模型:狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時(shí)鐘Mealy機(jī)模型：狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時(shí)鐘這里就是Moore狀態(tài)機(jī)和Mealy的不同所在,Mealy機(jī)模型的輸出與輸入有關(guān)。Mealy:輸出不僅與存儲(chǔ)電路的狀態(tài)Q有關(guān)，而且與外部輸入X也有關(guān)。Moore:輸出僅與存儲(chǔ)電路的狀態(tài)Q有關(guān)，而與輸入X無直接關(guān)系。或者沒有單獨(dú)的輸出。7Moore機(jī)模型:狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時(shí)鐘M1105.1.2同步時(shí)序邏輯電路的描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，簡(jiǎn)稱狀態(tài)圖:表示輸入，輸出和電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系的有向圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，簡(jiǎn)稱狀態(tài)表：表示電路的輸出，輸入和狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系的表格。邏輯函數(shù)表達(dá)式:表示輸入，輸出和電路狀態(tài)的函數(shù)表達(dá)式（輸出函數(shù)、激勵(lì)函數(shù)、特征方程）85.1.2同步時(shí)序邏輯電路的描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，簡(jiǎn)稱狀態(tài)1111、Mealy型同步時(shí)序電路狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出輸入xy(n+1)/Zy狀態(tài)表由現(xiàn)態(tài)，次態(tài)和輸出組成。表格的左邊自上而下列出電路的全部現(xiàn)態(tài)，表格的上方從左到右列出輸入的全部組合，表格中間則列出對(duì)應(yīng)不同輸入組合和現(xiàn)態(tài)下的次態(tài)和輸出。91、Mealy型同步時(shí)序電路狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出112輸入xy現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出輸出Zy(n+1)２、Moore電路的狀態(tài)表如下所示，Moore型狀態(tài)表將輸出單獨(dú)作為一列。10輸入xy現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出輸出Zy(n+1)２、Moore113３、狀態(tài)圖YnYn+1Yn/Z1Yn+1/Z2X/ZX

mealy型Moore型11３、狀態(tài)圖YnYn+1Yn/Z1Yn+1/Z2X/1145.2觸發(fā)器觸發(fā)器：計(jì)算機(jī)中能夠存放二進(jìn)制信息的基本單元器件，一個(gè)一位的觸發(fā)器有兩個(gè)邏輯上互為反的輸出端，用來存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。常用的觸發(fā)器有R－S觸發(fā)器、J－K觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器等，又可以分為非時(shí)鐘觸發(fā)、電平觸發(fā)以及邊沿觸發(fā)三類。125.2觸發(fā)器觸發(fā)器：計(jì)算機(jī)中能夠存放二進(jìn)制信息的基115131161411715118●

同步觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部分的工作狀態(tài)，常常要求某些觸發(fā)器在同一時(shí)刻動(dòng)作，這樣輸出狀態(tài)受輸入信號(hào)直接控制的基本觸發(fā)器就不適用了。為此，必須引入同步信號(hào)，使這些觸發(fā)器只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)才按輸入信號(hào)改變狀態(tài)。

由同步信號(hào)控制的觸發(fā)器稱為同步觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器，同步信號(hào)也叫做時(shí)鐘信號(hào)，用CP表示。同步控制方式分為鐘控（電平控制）和邊沿控制兩類。16●同步觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部分的工作狀態(tài)1195.2.1鐘控D觸發(fā)器175.2.1鐘控D觸發(fā)器120D觸發(fā)器狀態(tài)表QnD=0D=1001101Qn+118D觸發(fā)器狀態(tài)表QnD=0D=100121D觸發(fā)器狀態(tài)圖01100119D觸發(fā)器狀態(tài)圖01100112201111000DQ從D觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖可得出D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：Qn+1=DQn+12001111000DQ從D觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖可得出D觸發(fā)器123鐘控觸發(fā)器存在的“空翻”現(xiàn)象鐘控觸發(fā)器，其觸發(fā)方式均為電位觸發(fā)（或電平觸發(fā)）。以電位觸發(fā)器方式工作的同步觸發(fā)器，在CP=1的整個(gè)期間都接收輸入信號(hào)的變化，若輸入信號(hào)變化多次時(shí)，則觸發(fā)器的狀態(tài)也隨之多次翻轉(zhuǎn)。通常把在同一CP脈沖下引起觸發(fā)器兩次或多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為“空翻”。21鐘控觸發(fā)器存在的“空翻”現(xiàn)象124維持阻塞D觸發(fā)器Qn+1=D（CP上升沿）22維持阻塞D觸發(fā)器Qn+1=D（CP上升沿）1255.3同步時(shí)序電路的分析時(shí)序電路的分析就是對(duì)給定的邏輯電路進(jìn)行分析找出在輸入及時(shí)鐘作用下，其電路輸出的變化規(guī)則。

1.根據(jù)邏輯電路寫出電路中各觸發(fā)器的激勵(lì)方程和電路的輸出方程；

2.列出輸入及電路的現(xiàn)態(tài)與輸出次態(tài)的狀態(tài)表；

3.根據(jù)真值表畫出該電路的狀態(tài)圖。

4.根據(jù)狀態(tài)圖說明其功能。235.3同步時(shí)序電路的分析126例5.1試分析下圖所示同步時(shí)序電路

1D2CD1CQ2Q1CPXZ24例5.1試分析下圖所示同步時(shí)序電路1D21271.寫出各觸發(fā)器的激勵(lì)方程及電路的輸出方程：251.寫出各觸發(fā)器的激勵(lì)方程及電路的輸出方程：1282.建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表262.建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表1293.作出狀態(tài)表和狀態(tài)圖Q2Q1x=0

x=10000/001/00110/001/01100/001/01000/001/1

現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出Y2(n+1)Y1（n+1)/Z273.作出狀態(tài)表和狀態(tài)圖Q2Q1130狀態(tài)圖如下：00011011X/Z1/01/00/01/10/01/00/00/028狀態(tài)圖如下：00011011X/Z1/131根據(jù)電路的狀態(tài)響應(yīng)序列畫出時(shí)間圖123456789xY2y1z這是一個(gè)101序列監(jiān)測(cè)器！29根據(jù)電路的狀態(tài)響應(yīng)序列畫出時(shí)間圖1132同步時(shí)序電路分析30同步時(shí)序電路分析1335.4同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)第一步、根據(jù)邏輯功能描述確定輸入和輸出。第二步、根據(jù)邏輯要求，作出原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表。第三步、狀態(tài)簡(jiǎn)化。第四步、狀態(tài)編碼，根據(jù)確定的狀態(tài)數(shù)來確定觸發(fā)器個(gè)數(shù)。第五步、求出激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)表達(dá)式。第六步、畫出邏輯電路圖。315.4同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)第一步、根據(jù)邏輯功能描1345.4.1建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表的一般過程是：假設(shè)一個(gè)初始狀態(tài)，從這個(gè)初始狀態(tài)出發(fā)，給出在現(xiàn)有初態(tài)下所有可能的輸入情況下的所有可能的次態(tài)和輸出。325.4.1建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表建立原始狀態(tài)圖和135例5.2假設(shè)某同步時(shí)序電路輸入為x，其輸出為Z。X輸入為一組按時(shí)間順序排列的串行二進(jìn)制代碼，當(dāng)輸入序列為101時(shí)，輸出Z為1，否則Z為0。試作出該電路的Mealy型和Moore型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。

解根據(jù)題意。電路典型的輸入和輸出序列；Ｘ:0011011001010100

Ｚ:000001000001010033例5.2假設(shè)某同步時(shí)序電路輸入為x，其輸出為Z。136例5.3同步時(shí)序電路的Mealy型原始狀態(tài)表S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S0/0S3/1S3S2/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1第一位二進(jìn)制數(shù)有兩種可能：0和1，令其分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)S0和S1。然后10對(duì)應(yīng)狀態(tài)S2。101對(duì)應(yīng)狀態(tài)S3。34例5.3同步時(shí)序電路的Mealy型原始狀態(tài)表137S0S1S2S31/10/01/00/0S0S1S2S31/11/00/00/01/01/00/00/0例5.３同步時(shí)序電路的Mealy型原始狀態(tài)圖35S0S1S2S31/10/01/00/0S0S1S2S3138例5.3同步時(shí)序電路的Moore型原始狀態(tài)表S0S0S1S1S2S1S2S0S3S3S2S1現(xiàn)態(tài)次態(tài)x=0x=10001輸出

Z第一位二進(jìn)制數(shù)有兩種可能：0和1，令其分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)S0和S1。然后10對(duì)應(yīng)狀態(tài)S2。101對(duì)應(yīng)狀態(tài)S3。36例5.3同步時(shí)序電路的Moore型原始狀態(tài)表139S0/0S1/0S2/0S3/110101100110例5.３同步時(shí)序電路的Moore型原始狀態(tài)圖S3/1S2/0S1/0S0/0037S0/0S1/0S2/0S3/110101100110例140例5.4作出100序列檢測(cè)電路的Mealy型和Moore型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。38例5.4作出100序列檢測(cè)電路的Mealy型和Moo141S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S3/1S1/0S3S0/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=139S0S0/0S1/01425.4.2狀態(tài)化簡(jiǎn)所謂狀態(tài)化簡(jiǎn)，就是從原始狀態(tài)表中消去多余的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)表。通常采用觀察法和隱含表法進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn)。

完全確定狀態(tài)表和不完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)有所不同，分別加以討論。405.4.2狀態(tài)化簡(jiǎn)所謂狀態(tài)化簡(jiǎn)，就是從原始狀態(tài)表1431、完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)

完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)就是找到所有等效狀態(tài)并將其合并為一個(gè)狀態(tài)的過程。歸納出狀態(tài)等效的條件：在所有可能的輸入組合下，兩個(gè)（或多個(gè)）狀態(tài)相應(yīng)的輸出相同，次態(tài)相同、交錯(cuò)、循環(huán)或等效，那么這些狀態(tài)就是等效的。411、完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)完全確定狀態(tài)表的化簡(jiǎn)就是144

次態(tài)交錯(cuò)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)Si的次態(tài)為Sj；而狀態(tài)Sj的次態(tài)為Si；

次態(tài)循環(huán)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)Si和Sj的次態(tài)為Sk和Se,而狀態(tài)Sk和Se的次態(tài)為Si和Sj；

次態(tài)等效是指在某種輸入組合下，狀態(tài)Si和Sj的次態(tài)Sk和Se滿足狀態(tài)等效條件。42次態(tài)交錯(cuò)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)Si的次態(tài)為S145（1）等效關(guān)系的傳遞性：如果狀態(tài)S1和S2等效，狀態(tài)S2和S3也等效，則狀態(tài)S1和S3等效。記作(S1,S2),(S2,S3)(S1,S3)（2）等效類：若干個(gè)相互等效的狀態(tài)組成一個(gè)等效狀態(tài)類，稱為等效類，若有(S1,S2),(S1,S3)，則必有(S1,S2,S3),記作

(S1,S2),(S2,S3)(S1,S2,S3)（3）最大等效類，如果一個(gè)等效類不是其他任何等效類的子集，該等效類就為最大等效類。原始狀態(tài)表的化簡(jiǎn)過程就是尋找最大等效類并將最大等效類的所有狀態(tài)合并為一個(gè)狀態(tài)的過程43（1）等效關(guān)系的傳遞性：如果狀態(tài)S1和S2等效，狀態(tài)146例、化簡(jiǎn)101序列檢測(cè)電路的原始狀態(tài)表S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S0/0S3/1S3S2/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=144例、化簡(jiǎn)101序列檢測(cè)電路的原始狀態(tài)表S0147S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S3/0S1/1S3S0/0S1/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1例、化簡(jiǎn)100序列檢測(cè)電路的原始狀態(tài)表45S0S0/0S1/0148例、用觀察法化簡(jiǎn)如下給出的原始狀態(tài)表。A

A

/0C/0BA

/0C

/0CB/0D/0

DB/0D/1

ED/1F/0FD/1E/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=146例、用觀察法化簡(jiǎn)如下給出的原始狀態(tài)表。A149A

A

/0C/0CB/0D/0

DB/0D/1

ED/1E/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1觀察法一般只適用于簡(jiǎn)單狀態(tài)表的簡(jiǎn)化。47AA/0C/0C150例、用隱含表法對(duì)如下所示原始狀態(tài)表進(jìn)行化簡(jiǎn)。AC/0B/1BF/0A/1CD/0G/0DD/1E/0EC/0E/1FD/0G/0GC/1D/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=148例、用隱含表法對(duì)如下所示原始狀態(tài)表進(jìn)行化簡(jiǎn)。A151解：第一步、作隱含表隱含表是一個(gè)直角三角形網(wǎng)格，橫向和縱向格數(shù)相同，即等于原始狀態(tài)表中的狀態(tài)數(shù)減一。隱含表中橫向從左向右按原始狀態(tài)表中的狀態(tài)順序依次標(biāo)上第一個(gè)狀態(tài)至倒數(shù)第二個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)名稱，而縱向自上到下依次標(biāo)上第二個(gè)狀態(tài)至最后一個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)名稱。如圖（a）所示。49解：第一步、作隱含表152ABCDEFBCDEFG（a）將狀態(tài)兩兩判別是否等效，得到圖（b）所示隱含表。50ABCD153第二步、尋找等效狀態(tài)對(duì)。通常，先將水平方向的狀態(tài)A與縱向的所有狀態(tài)一一比較，再將水平方向的狀態(tài)B與縱向的所有狀態(tài)一一比較,依次類推橫向和縱向的所有狀態(tài)都一一比較。如果兩個(gè)狀態(tài)等效，則在隱含表的相應(yīng)方格中標(biāo)以“√”，兩個(gè)狀態(tài)不等效，則在隱含表的相應(yīng)方格中標(biāo)以“×”。51第二步、尋找等效狀態(tài)對(duì)。154CDDE

BE

AECFCFABCDEFBCDEFG(b)對(duì)圖（b）進(jìn)行修改后，得到下頁圖（c）所示隱含表52CDBEAECFABC155CDDE

BE

AECFCFABCDEFBCDEFG53CDBEAECFABC156第三步、確定最大等效類。

第四步、合并最大等效類中的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)表如下。ab/0a/1bc/0d/0cc/1a/0db/1c/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=154第三步、確定最大等效類。

第四步、合并最大等效類中的狀態(tài)1575.4.3狀態(tài)編碼

狀態(tài)表中用字母和數(shù)字表示的狀態(tài)用一組二進(jìn)制代碼來代替，這就叫做狀態(tài)編碼，或者叫做狀態(tài)賦值，也稱狀態(tài)分配。狀態(tài)賦值首先要確定的是所涉及的電路中觸發(fā)器的個(gè)數(shù)：n個(gè)觸發(fā)器可以表示2n個(gè)狀態(tài)。

555.4.3狀態(tài)編碼狀態(tài)表中用字母和數(shù)字表示的158狀態(tài)分配必須遵守的基本原則如下（1）如果狀態(tài)表中某些狀態(tài)在同一輸入條件下次態(tài)相同，或者在不同輸入條件下次態(tài)組合相同，那么，應(yīng)盡可能給這些狀態(tài)分配相鄰的代碼。（2）狀態(tài)表中同一現(xiàn)態(tài)在不同輸入條件下的次態(tài)應(yīng)盡可能分配相鄰的代碼。（3）如果狀態(tài)表中某些狀態(tài)有相同的輸出，那么，應(yīng)盡可能給這些狀態(tài)分配相鄰的代碼。（4）狀態(tài)表中出現(xiàn)次數(shù)最多的狀態(tài)分配為邏輯0。56狀態(tài)分配必須遵守的基本原則如下（1）如果狀態(tài)表中某些159S0S0/0S3/0S2S0/0S3/1S3S2/0S3/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0x=1例、為化簡(jiǎn)后的101序列檢測(cè)器的狀態(tài)表中的狀態(tài)進(jìn)行編碼57S0S0/0S3/01600101

/000/01101/000

/10011/000/0現(xiàn)態(tài)Q1Q0次態(tài)/輸出x=0x=1編碼后的101序列檢測(cè)電路狀態(tài)表580101/000/0161例、對(duì)如下所示狀態(tài)表進(jìn)行狀態(tài)分配B/1A/1DD/0B/0CA/0C/0BD/0C/0Ax=0x=1

次態(tài)/輸出現(xiàn)態(tài)59例、對(duì)如下所示狀態(tài)表進(jìn)行狀態(tài)分配B/1A/162根據(jù)分配原則，確定以00代替A，以01代替B，以10代替C，以11代替D。將上述二進(jìn)制代碼代入狀態(tài)表中就得到如下所示的二進(jìn)制狀態(tài)表。11/001/01001/100/11100/010/00111/010/000x=0x=1次態(tài)Q1(n+1)Q0(n+1)/輸出

現(xiàn)態(tài)

Q1Q060根據(jù)分配原則，確定以00代替A，以01代替B，以10代替1635.4.4確定激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)

1、根據(jù)編碼后的狀態(tài)表寫出次態(tài)方程、輸出方程；

2、確定你在所設(shè)計(jì)的電路中要使用的觸發(fā)器的類型，將次態(tài)方程轉(zhuǎn)化為與所選用的觸發(fā)器對(duì)應(yīng)的特征方程形式；

3、對(duì)應(yīng)給出觸發(fā)器的激勵(lì)方程。615.4.4確定激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)1、根據(jù)編碼后1640101

/000/01101/000

/10011/000/0現(xiàn)態(tài)Q1Q0次態(tài)/輸出x=0x=1寫101序列檢測(cè)電路的