閻石第五版第十章第五講改革

第五講一般時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法問題1：什么是時(shí)序邏輯電路的分析？給定時(shí)序電路，找出它的邏輯功能

問題2：時(shí)序邏輯電路分析步驟？⑴從給定的邏輯圖寫出每個(gè)觸發(fā)器的激勵(lì)方程(或稱為驅(qū)動(dòng)方程）⑵將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程，得到每個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程。⑶根據(jù)邏輯圖寫出電路的輸出方程。⑷根據(jù)狀態(tài)方程及輸出方程列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。(5)找出它的邏輯功能。邏輯電路CP脈沖輸入信號(hào)狀態(tài)變量輸出變量變化規(guī)律問題3：什么是時(shí)序電路設(shè)計(jì)?求出實(shí)現(xiàn)這一邏輯功能的電路，結(jié)果應(yīng)力求簡單。電路最簡的標(biāo)準(zhǔn)小規(guī)模集成電路：觸發(fā)器和門電路最少，輸入端數(shù)目也最少。中、大規(guī)模集成電路：數(shù)目最少、種類最少、連線最少。給出具體邏輯問題問題4：同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法？1.進(jìn)行邏輯抽象，確定輸入、輸出變量；2.建立原始狀態(tài)圖，對(duì)多余狀態(tài)進(jìn)行合并；3.確定觸發(fā)器數(shù)目n；

2n－1≤N≤2n4.列狀態(tài)表（畫卡諾圖），求狀態(tài)方程；5.觸發(fā)器選型；6.根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖；7.檢查電路的自啟動(dòng)能力。一、同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)二、邏輯電路自啟動(dòng)設(shè)計(jì)？1.順序脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)2.序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)三、特殊時(shí)序電路設(shè)計(jì)一、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)例1設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器，對(duì)它的要求是，連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上的1時(shí)，電路輸出1，其它輸入情況下，電路輸出0。1.進(jìn)行邏輯抽象，確定輸入變量和輸出變量。設(shè)該電路的輸入變量為X，代表輸入串行序列，輸出變量為Z，表示檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)設(shè)計(jì)命題的要求，可分析出輸入X和輸出Z之間的關(guān)系為：X

011011111011Z

0000001110002.建立原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)是指需要記憶的信息或事件，用字母或符號(hào)表示該電路必須記住以下幾件事：初始狀態(tài);收到了一個(gè)1；連續(xù)收到了兩個(gè)1；連續(xù)收到了三個(gè)1,四個(gè)狀態(tài)，規(guī)定：

S0：初始狀態(tài)，表示電路沒有收到1之前的狀態(tài)。

S1：表示電路收到了一個(gè)1的狀態(tài)。

S2：表示電路連續(xù)收到了2個(gè)1的狀態(tài)。

S3：表示電路連續(xù)收到了3個(gè)1的狀態(tài)。

S0S1S3S21/00/01/01/11/10/00/00/0Q1Q0X/Y３.等價(jià)狀態(tài)合并若分別以Si和Sj為初始狀態(tài)，加入相同的輸入，電路產(chǎn)生相同的輸出，并轉(zhuǎn)換到相同的次態(tài)，則稱Si和Sj是等價(jià)狀態(tài)或等價(jià)狀態(tài)對(duì)，記作［Si，Sj］。凡是相互等價(jià)的狀態(tài)都可以合并成一個(gè)狀態(tài)。此例中，S2和S3是等價(jià)狀態(tài)。則可把原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖簡化為：S0S1S21/00/01/01/10/00/0Q1Q0X/YS0S1S2

SnSn+1/ZX0S0/0S0/0S0/01S1/0S2/0S2/1４、確定觸發(fā)器的數(shù)目，給狀態(tài)編碼。1）確定觸發(fā)器的數(shù)目2）編碼給狀態(tài)編碼，將邏輯功能問題轉(zhuǎn)化為時(shí)序問題,再通過設(shè)計(jì)時(shí)序電路，實(shí)現(xiàn)所需邏輯功能可選：兩位觸發(fā)器的輸出Q1Q0有00、01、10、11四種狀態(tài)，000110S0S1S2代表：狀態(tài)數(shù)M=3，21<3<22用兩個(gè)觸發(fā)器即將狀態(tài)S用編碼代替S0S1S2

SnSn+1/ZX0S0/0S0/0S0/01S1/0S2/0S2/1分解卡諾圖，寫狀態(tài)方程Q1n+1=XQ1+XQ0５.填次態(tài)/輸出卡諾圖Q0n+1=XQ1Q0Z=XQ100/000/0XX/X00/001/0

10/0XX/X10/100011110XQ1Q00100X001X100011110Q1Q0Q1n+1X0100X010X000011110Q1Q0Q0n+1X0100X000X100011110Q1Q0XZ01Sn+1/Z卡諾圖Q1n+1Q0n+1/Z６.確定觸發(fā)器類型，寫驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。用JK觸發(fā)器，則狀態(tài)方程化為：Q1n+1=(XQ0)Q1+XQ1驅(qū)動(dòng)方程：J1=XQ0，K1=XJ0=XQ1，K0=1輸出方程：Y=XQ1Q0n+1=(XQ1)Q0+1Q0Q1n+1=XQ1+XQ0Q0n+1=XQ1Q0Z=XQ1狀態(tài)方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程：J1=XQ0，K1=XJ0=XQ1，K0=1輸出方程：Y=XQ1７.根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖Q1Q0&YCP11JC11K&1JC11K&X00011110Q1Q0X/Y1/00/01/01/11/10/00/00/0狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表明，電路可以自啟動(dòng)。８.檢查電路的自啟動(dòng)能力自學(xué)P316例6.4.1十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)P323例6.4.3自動(dòng)售飲料機(jī)的邏輯電路設(shè)計(jì)二、時(shí)序邏輯電路的自啟動(dòng)設(shè)計(jì)000001110100011110

X00/000/0xx/x00/001/010/0xx/x10/1次態(tài)為任意項(xiàng)的狀態(tài)是無效狀態(tài)。如左圖中的11狀態(tài)為無效狀態(tài)。若使全部無效狀態(tài)的次態(tài)為有效狀態(tài)，則此電路必能自啟動(dòng)。000001110100011110

X00x001x1000001110100011110

X00x010x0檢查該指定次態(tài)是否屬于有效循環(huán)，便知該電路是否能夠自啟動(dòng)。時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)過程中，可以有意指定無效狀態(tài)的次態(tài)為有效狀態(tài)，即可直接設(shè)計(jì)出能夠自啟動(dòng)的電路卡諾圖化簡中，任意項(xiàng)被包括在卡諾圈中相當(dāng)于取值為1，反之為0。即化簡時(shí)已為無效狀態(tài)指定了次態(tài)。X=1時(shí)，11的次態(tài)為10三、特殊時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)特殊時(shí)序電路設(shè)計(jì)？順序脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)1.順序脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)順序脈沖發(fā)生器？能給出一組在時(shí)間上有一定先后順序的脈沖信號(hào)的電路作用：用這組脈沖形成所需要的各種控制信號(hào)。電路組成：用移位寄存器構(gòu)成用計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成1）用移位寄存器構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器工作在每個(gè)狀態(tài)中只有一個(gè)1的循環(huán)狀態(tài)時(shí)它就是一個(gè)順序脈沖發(fā)生器1DC1FF1Q11DC1FF2Q21DC1FF3Q31DC1FF4Q4D1CP初始狀態(tài)為Q1Q2Q3Q4=1000輸出波形如下：CP23456781910Q1Q2Q3Q4優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：觸發(fā)器數(shù)目多，設(shè)計(jì)自啟動(dòng)反饋電路2）用計(jì)數(shù)器和譯碼器組合實(shí)現(xiàn)（1）由計(jì)數(shù)器與譯碼器直接構(gòu)成電路：時(shí)序圖：缺點(diǎn)：存在競(jìng)爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象當(dāng)Q2Q1Q0：001010P0=Q2’Q1’Q0’若Q0先翻轉(zhuǎn)為0，而Q1還未翻轉(zhuǎn)為1，存在競(jìng)爭出現(xiàn)了冒險(xiǎn)現(xiàn)象,使P0=1什么時(shí)候會(huì)有競(jìng)爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象?CP的順序觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Q2n

Q1n

Q0n0O001O012O1030114100510161107111二個(gè)觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)三個(gè)觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)以P0為例分析只有Q2Q1Q0=000時(shí)P0=1若Q0、Q1先翻轉(zhuǎn)為0，而Q2后翻轉(zhuǎn)為1，也出現(xiàn)了冒險(xiǎn)現(xiàn)象,使P0=1（2）由計(jì)數(shù)器與譯碼器構(gòu)成，加選通信號(hào)控制電路：時(shí)序圖：選通信號(hào)控制端工作原理：CP=0時(shí)計(jì)數(shù)器不工作，譯碼器工作，克服了競(jìng)爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象CP上升沿時(shí)計(jì)數(shù)器工作，狀態(tài)開始變化，譯碼器不工作，CP=1時(shí)譯碼器不工作，計(jì)數(shù)器有足夠時(shí)間翻轉(zhuǎn)；（3）由扭環(huán)形計(jì)數(shù)器與譯碼器構(gòu)成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)變化時(shí)不會(huì)同時(shí)有兩個(gè)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)避免了競(jìng)爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象000010000001111011001111001101111DC1FF1Q11DC1FF2Q21DC1FF3Q31DC1FF4Q4D1CP由扭環(huán)形計(jì)數(shù)器與譯碼器構(gòu)成電路2.序列信號(hào)發(fā)生器電路的設(shè)計(jì)用計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器組成用帶反饋的移位寄存器構(gòu)成一組特定的串行數(shù)字信號(hào)稱為序列信號(hào)，產(chǎn)生序列信號(hào)的電路稱為序