青島科技大學(xué)數(shù)電第六章時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法

5.4時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法5.4.1

同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法步驟：一邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1.分析給定的邏輯問(wèn)題，確定輸入變量、輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取結(jié)果作輸出邏輯變量；2.定義輸入、輸出邏輯狀態(tài)和每個(gè)電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號(hào)；3.按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。二狀態(tài)化簡(jiǎn)若兩個(gè)電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣的一個(gè)狀態(tài)去，則稱這兩個(gè)狀態(tài)為等價(jià)狀態(tài)。等價(jià)狀態(tài)可以合并，，這樣設(shè)計(jì)的電路狀態(tài)數(shù)少，電路越簡(jiǎn)。三狀態(tài)分配狀態(tài)分配也叫狀態(tài)編碼a.確定觸發(fā)器的數(shù)目；b.確定電路的狀態(tài)數(shù),應(yīng)滿足2n－1<M≤2n;c.進(jìn)行狀態(tài)編碼，即將電路的狀態(tài)和觸發(fā)器狀態(tài)組合對(duì)應(yīng)起來(lái)。四選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程a.選定觸發(fā)器的類型；b.由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）和選定的狀態(tài)編碼、觸發(fā)器的類型，寫出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。五根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖六檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)若電路不能自啟動(dòng)，則應(yīng)采取下面措施：a.通過(guò)預(yù)置數(shù)將電路狀態(tài)置成有效循環(huán)狀態(tài)中；b.通過(guò)修改邏輯設(shè)計(jì)加以解決。同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)過(guò)程框圖如圖5.4.1所示。例5.4.1試設(shè)計(jì)一個(gè)帶有進(jìn)位輸出端的十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：由于電路沒(méi)有輸入變量，故屬于穆?tīng)栃屯綍r(shí)序電路。設(shè)進(jìn)位輸出信號(hào)為C，有進(jìn)位輸出為C＝1,無(wú)進(jìn)位輸出時(shí)C＝0。根據(jù)題意，M＝13,其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可示意為圖5.4.2所示。由于M＝13,故應(yīng)取n=4，取其中的13個(gè)狀態(tài)，不能再簡(jiǎn)化。按十進(jìn)制數(shù)取0000～1100十三個(gè)狀態(tài)其狀態(tài)表為其各輸出次態(tài)的卡諾圖如下各輸出端的卡諾圖如下則可寫出電路的狀態(tài)方程和輸出方程為若選用JK觸發(fā)器，則由于其特性方程為故應(yīng)把上述狀態(tài)方程化為JK觸發(fā)器特性方程的標(biāo)準(zhǔn)形式，即則可得出各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程為由驅(qū)動(dòng)方程可畫出十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯電路，如圖5.4.2所示最后，檢查能否自啟動(dòng)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下故電路可以自啟動(dòng)。例5.4.2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)輸出為1,其它情況下輸出為0.解：設(shè)輸入數(shù)據(jù)為輸入變量，用X表示；檢測(cè)結(jié)果為輸出變量，用Y表示，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為其中S0為沒(méi)有1輸入的以前狀態(tài)，S1為輸入一個(gè)1以后的狀態(tài)，S2為輸入兩個(gè)1以后的狀態(tài)，S3為連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上1的狀態(tài)。由狀態(tài)表可以看出，S2和S3為等價(jià)狀態(tài)，可以合并成一個(gè)。其化簡(jiǎn)后狀態(tài)圖為由于電路的狀態(tài)為3個(gè)，故M＝3,應(yīng)取觸發(fā)器的數(shù)目為n＝2.取00、01和10分別對(duì)應(yīng)S0、S1和S3,若選定的觸發(fā)器為JK觸發(fā)器，則其輸出端的卡諾圖為分開(kāi)的卡諾圖為化簡(jiǎn)后電路的狀態(tài)方程為可得驅(qū)動(dòng)方程為輸出方程為其對(duì)應(yīng)的邏輯電路如圖5.4.3所示其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可知，此電路可以自啟動(dòng)。由于電路有輸入信號(hào)，故為米利型時(shí)序邏輯電路。例5.4.3設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)售貨飲料機(jī)的邏輯電路。它的投幣口每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣后機(jī)器自動(dòng)給出一杯飲料；投入兩元（兩枚一元）硬幣后，在給出飲料的同時(shí)找回一枚五角的硬幣。解：設(shè)投幣信號(hào)為輸入變量A和B，投入一枚一元硬幣時(shí)為A＝1.否則為A＝0;投入一枚五角硬幣時(shí)為B＝1,否則為B＝0；輸出為Y和Z，給出飲料為Y＝1,否則為Y＝0;找回一枚五角硬幣時(shí)為Z＝1,否則為Z＝0.則其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為設(shè)S0為未投幣電路的初始狀態(tài)，S1為投入五角硬幣后的狀態(tài)，S2為投入一元硬幣（包括一枚一元硬幣和兩枚五角硬幣）后的狀態(tài)。對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為注：由于實(shí)際中不可能同時(shí)投入一枚一元硬幣和五角硬幣，故AB＝11的情況不出現(xiàn)，做約束項(xiàng)處理。設(shè)S0、S1和S2分別用00、01和10表示，則取觸發(fā)器的位數(shù)為M＝3則電路的次態(tài)/輸出的卡諾圖為分解成觸發(fā)器輸出狀態(tài)和輸出端的卡諾圖為若選用D觸發(fā)斗器，虛則電爺路的善狀態(tài)訊方程譯為驅(qū)動(dòng)寶方程薦為輸出研方程鵝為根據(jù)那驅(qū)動(dòng)封方程壘和輸升出方洽程可偷畫出袋實(shí)現(xiàn)姥的邏疲輯電針路，臣如書(shū)28樂(lè)6圖5.蠢4.映17所示.電路看的狀抱態(tài)轉(zhuǎn)久換圖倡為注：當(dāng)電路進(jìn)入到無(wú)效狀態(tài)11時(shí)，不能自動(dòng)進(jìn)入有效循環(huán)，故此電路不能自啟動(dòng)。另外對(duì)于AB＝01或AB＝10雖然能進(jìn)入到有效循環(huán)中，但收費(fèi)結(jié)果是錯(cuò)的。故電路應(yīng)加入異步置零端將電路置為00狀態(tài)。*5.膽4.綠2時(shí)序豬邏輯張電路緩的自濾啟動(dòng)侮設(shè)計(jì)前一染節(jié)的涌時(shí)序泉電路拌設(shè)計(jì)把中，軋電路筋的自噸啟動(dòng)扯檢查黃是在鍛最后冷一步狠進(jìn)行微的，洗如果技不能過(guò)自啟泉?jiǎng)?，脈還要濟(jì)返回薪來(lái)從晉新修割改設(shè)促計(jì)。念如果桐在設(shè)靜計(jì)過(guò)驗(yàn)程中芹能夠廊考慮漸自啟回動(dòng)的且問(wèn)題前，就袋可以確省略勞檢查鏡自啟拿動(dòng)這猾一步捷驟了際。例5.夠4.明4設(shè)計(jì)套一七暮進(jìn)制她計(jì)數(shù)旱器，濤要求癥它能余夠自岸啟動(dòng)霧。已密知該老計(jì)數(shù)沃器的零狀態(tài)滾轉(zhuǎn)換腹圖及擇狀態(tài)淚編碼煮如圖5.航4.雄4所示牛。解：由所給住的狀材態(tài)圖瘋得出劫電路坑次態(tài)恥的卡姻諾圖孩為各個(gè)倚輸出肝端的曾卡諾糾圖為則輸出投端的璃狀態(tài)銀方程芬為由于悔進(jìn)位領(lǐng)信號(hào)濟(jì)是在01擴(kuò)1狀態(tài)需譯出炕，故新輸出置方程激為注意明：在上涂述合酒并1中，包如果傲將×項(xiàng)圈亮入，永則當(dāng)遙作1處理工；否往則作0處理雀。這詢就是閱無(wú)形蒼中給住無(wú)效衰狀態(tài)駕（×）指濤定了劈燕次態(tài)斧。如句果想嶼電路表自啟奶動(dòng)，避必須綁是無(wú)狠效狀釣態(tài)的頁(yè)次態(tài)玻應(yīng)改潑為有劍效狀維態(tài)。前面段所得否的電竹路狀崖態(tài)方褲程都科是沒(méi)年包含×，也寒就是乏將它刷取成00升0,仍是益無(wú)效趁狀態(tài)征，電劈燕路則層不會(huì)悄自啟觀動(dòng)。她如果差將××奪×取成阻有效憐狀態(tài)鬼則電乘路就蹲會(huì)自陰啟動(dòng)掌。若霧修改Q2n＋1的卡諾拳圖如捕下那么繼電路搭的狀齊態(tài)方財(cái)程改守為若由JK觸發(fā)坡器構(gòu)稅成，漿則應(yīng)湊將上德述狀頌態(tài)方榜程改枕寫成JK觸發(fā)堅(jiān)器特豎性方箱程的盯標(biāo)準(zhǔn)艷形式目，即則驅(qū)動(dòng)真方程樹(shù)為根據(jù)僚驅(qū)動(dòng)歪方程胞和輸渴出方瓣程可至畫出現(xiàn)七進(jìn)渡制計(jì)須數(shù)器液的邏凳輯電霉路如睬圖5.圣4.缺5所示今。它的閘狀態(tài)撈轉(zhuǎn)換猴圖為故電路虎可以臭自啟賞動(dòng)。注：誤修改棋輸出丈端邏哥輯式額時(shí)，伏也可跳以修銀改其隆它兩雁端，稿這視尾得到膜的狀傲態(tài)方謎程最斗簡(jiǎn)而逮定。例5.就4.敘5設(shè)計(jì)瞎一個(gè)換能自逗?jiǎn)?dòng)屑的3位環(huán)碌形計(jì)望數(shù)器趣。要勤求它腥的有頌效循稱環(huán)狀章態(tài)為10輪0→中01喜0芳→0罩01僅→杰10衰0.注意否：在應(yīng)無(wú)效云狀態(tài)肅不止球一個(gè)呀的情北況下曠，為無(wú)保證音電路瞇能夠沖自啟膠動(dòng)，凡必須校使每狀個(gè)無(wú)閃效狀濁態(tài)都糟能直役接或虹間接機(jī)地轉(zhuǎn)餃為某胃一有僚效狀敵態(tài)。解：根據(jù)篇題目簡(jiǎn)要求樂(lè)可得進(jìn)電路玻的狀卸態(tài)轉(zhuǎn)狀換圖幼和電吸路次伶態(tài)的曲卡諾司圖為分解院卡諾焦圖，索得出沙各輸逼出端炕的卡沃諾圖曾為則最簡(jiǎn)啞的電閃路狀枝態(tài)方喘程為按照亮上式邀得到甩的狀序態(tài)轉(zhuǎn)軋換圖虹為顯然血按照乖上面暑的狀住態(tài)方英程設(shè)兵計(jì)的憲電路厭是不嘗能自羨啟動(dòng)陶的。由下面層的狀習(xí)態(tài)表添可以坊看出在化特簡(jiǎn)狀護(hù)態(tài)方衫程的溉同時(shí)菜，每文個(gè)無(wú)躺效的踢次態(tài)蜻已經(jīng)單確定靠了，狐其卡青諾圖弦變成皇：應(yīng)該摩修改葡狀態(tài)皂方程愈，以慢實(shí)現(xiàn)尾自啟卷動(dòng)為了井保持索移位蛾寄存替器內(nèi)思部結(jié)研構(gòu)不慶變，阻應(yīng)只哄修改逢第一墓位觸宣發(fā)器照的輸畢入，飯故通介過(guò)修忙改每構(gòu)個(gè)無(wú)遭效的Q1的次反態(tài)，預(yù)使它片們的權(quán)次態(tài)句進(jìn)入徑到有項(xiàng)效狀圈態(tài)。Q1n＋1的卡婦諾圖扶修改白為則電路營(yíng)的次量態(tài)的已卡諾保圖變膜為修改休后電鹽路的悔狀態(tài)傭方程擱為若用D觸發(fā)玩器實(shí)之現(xiàn)這內(nèi)個(gè)計(jì)卸數(shù)器制，其廊驅(qū)動(dòng)框方程貝為根據(jù)橋上式鉆畫出胞的邏柴輯電迎路如盡圖5.碰4.橫6所示*5.組4.承3異步薄時(shí)序大邏輯任電路宗的設(shè)翅計(jì)方素法由于獅異步源時(shí)序賄電路粱中的柔觸發(fā)丟器不找是同售時(shí)動(dòng)六作的順，所轉(zhuǎn)以在臟設(shè)計(jì)翠異步當(dāng)時(shí)序賴電路耳時(shí)除杏了需碗要完葡成設(shè)疾計(jì)同測(cè)步時(shí)虧序電束路所棄需步垂驟外召，還鞏要為邀每個(gè)苗觸發(fā)葵器選耽定合語(yǔ)適的哈時(shí)鐘令信號(hào)厘。例5.怪4.再6試設(shè)根計(jì)一命個(gè)84蝦21編碼頌的異炮步十劃進(jìn)制繡減法坊計(jì)數(shù)眼器，去并要旁求所痰設(shè)計(jì)搖的電硬路能罪自啟駕動(dòng)。解：根據(jù)于題意84滾21編碼蓄地異銷步十看進(jìn)制真減法桑計(jì)數(shù)容器的們狀態(tài)免轉(zhuǎn)換走表及綿狀態(tài)賴轉(zhuǎn)換陳圖為由于滿對(duì)應(yīng)掘十個(gè)趟狀態(tài)備是必餡不可的少的舞，因帽此不夠需進(jìn)鹿行化唱簡(jiǎn)。若選早定觸畢發(fā)器交的類掃型為JK觸發(fā)橡器，自則需蛛選定洞各個(gè)蓄觸發(fā)華器的辰時(shí)鐘械信號(hào)叮。為病觸發(fā)籌器挑嶺選時(shí)換鐘信挨號(hào)的秘原則酸為：1.觸發(fā)篇器的畫狀態(tài)訂應(yīng)該均翻轉(zhuǎn)另時(shí)必震須有京時(shí)鐘壞信號(hào)案發(fā)生益（上元升沿杜或下會(huì)降沿另）；2.觸發(fā)扛器的虹狀態(tài)傭不應(yīng)涉翻轉(zhuǎn)醒時(shí)，戴“多測(cè)余的底”時(shí)嚼鐘信守號(hào)越喘少越霧好，橋有利臭于觸溝發(fā)器妙狀態(tài)荷方程瘋和驅(qū)莖動(dòng)方盒程的哈化簡(jiǎn)陶。由狀態(tài)頃轉(zhuǎn)換返圖畫洗出電嬸路的經(jīng)時(shí)序挎圖為由時(shí)序圖可得，第一個(gè)觸發(fā)器FF1的時(shí)鐘是和計(jì)數(shù)脈沖CP相聯(lián)；第二個(gè)觸發(fā)器實(shí)在Q0上升沿翻轉(zhuǎn)，故對(duì)于下降沿翻轉(zhuǎn)的JK觸發(fā)器，其時(shí)鐘CP1應(yīng)接在；同理第三個(gè)觸發(fā)器的CP2應(yīng)接在；第四個(gè)觸發(fā)器應(yīng)與相接。為了狂得到槍電路跨的狀短態(tài)方霸程，爛應(yīng)做暑出電壓路次調(diào)態(tài)的敲卡諾斥圖。陜由狀暫態(tài)轉(zhuǎn)尊換表巡壽可得分解纏成各扯輸出防端次漲態(tài)卡誓諾圖鐮為則由粱各輸出在端次謎態(tài)的狀卡諾道圖可失得出盼電路正的狀韻態(tài)方莖程為注：小在上密面各包次態(tài)精的卡旅諾圖生中，思把沒(méi)予有時(shí)策鐘信頑號(hào)(下降伐沿）絞的次飛態(tài)也尺作為以任意師項(xiàng)處楊理，臺(tái)以便遵于化