數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計1課件

數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)——是一個能完成一系列復(fù)雜操作的邏輯單元。而數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，首先要找到描述數(shù)字系統(tǒng)的方法。我們已會的方法如：表達式、真值表、狀態(tài)圖、時序圖等。而這節(jié)我們將進一步介紹兩種描述數(shù)字系統(tǒng)操作功能的方法:用邏輯圖、狀態(tài)圖、流程圖等來描述數(shù)字系統(tǒng)的方法稱為系統(tǒng)模型描述法。它適用于相對簡單的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)的輸入、輸出變量增多，狀態(tài)很多時，多采用描述語言法，稱該描述語言表達的算法為系統(tǒng)的算法模型。設(shè)計一個系統(tǒng)（尤其是大系統(tǒng)）必須從高層次的系統(tǒng)級入手，基本過程如下：2.1概述即用流程圖和描述語言來描述數(shù)字系統(tǒng)功能，然后再將這些描述轉(zhuǎn)變?yōu)镸DS圖來設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)。先進行方案框圖的設(shè)計、分析與論證然后進行功能描述再進行任務(wù)和指標(biāo)分配然后逐步細化得出詳細設(shè)計方案最終得出完整電路這種方法要將主要精力放在系統(tǒng)級設(shè)計上，并盡可能采用各種EDA軟件，對系統(tǒng)進行綜合、優(yōu)化、驗證以及測試，以保證在整個系統(tǒng)的電路制作完成之前對系統(tǒng)的全貌有一個預(yù)見，在設(shè)計階段可以把握住系統(tǒng)的最終外部特性及性能指標(biāo)。

2.1.1數(shù)字系統(tǒng)的基本組成數(shù)字系統(tǒng)組成方框圖如下：數(shù)據(jù)子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出控制與條件信號時鐘外部控制信號這里只限于同步時序系統(tǒng)，所執(zhí)行的操作是由時鐘控制，分組按序進行的。數(shù)字系統(tǒng)一般可劃分為受控器與控制器兩部分。受控器又稱為數(shù)據(jù)系統(tǒng)或信息處理單元?？刂破饔址Q為控制子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)子系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、運算處理和傳輸。主要由存儲器、運算器、數(shù)據(jù)選擇器等部件組成。數(shù)據(jù)子系統(tǒng)與外界進行數(shù)據(jù)交換是在控制子系統(tǒng)發(fā)出的控制信號作用下進行的?？刂谱酉到y(tǒng)是執(zhí)行算法的核心，它必須有記憶功能，因此，是一個時序系統(tǒng)。

2.1.2設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的基本步驟（1）明確設(shè)計要求要將設(shè)計要求逐條列出，并且每一條均應(yīng)是惟一確定的（既無二意的）。這樣應(yīng)能畫出系統(tǒng)的簡單示意圖，標(biāo)明輸入、輸出信號及必要的指標(biāo)。它與控制子系統(tǒng)之間的聯(lián)系是：數(shù)據(jù)子系統(tǒng)是根據(jù)待完成的系統(tǒng)功能的算法得出的。接收由控制子系統(tǒng)來的控制信號，同時，將自己的操作進程作為條件信號輸出給控制子系統(tǒng)。（3）受控器的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計方案，選擇合適的器件，構(gòu)成受控器的電原理圖。（4）控制器的設(shè)計根據(jù)描述系統(tǒng)方案的模型導(dǎo)出MDS圖，按照規(guī)則及受控器的要求選擇電路構(gòu)成控制器然后將控制器和受控器的電路合并，從而得到整個系統(tǒng)的電原理圖。（5）及時仿真、優(yōu)化，并盡可能多地利用EDA軟件，以保證設(shè)計工作優(yōu)質(zhì)、快速地完成。這一步是最具創(chuàng)造性的工作，它要確定實現(xiàn)系統(tǒng)功能的原理和方法。常用方框圖、流程圖或描述語言來描述系統(tǒng)方案。

（2）確定系統(tǒng)方案因為同一功能可能有不同的實現(xiàn)方案，而方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)的質(zhì)量及性價，因此要反復(fù)比較與權(quán)衡。（2）設(shè)置三個綠色指示燈直行（）左轉(zhuǎn)（）右轉(zhuǎn)（）設(shè)置一個紅色指示燈，表示該方向全部禁止。（3）車輛通行時間為40秒，各方向設(shè)置倒計時顯示。（4）行人過馬路時需要提出申請，且只有車輛直行時才可響應(yīng)，時間為60秒（1）六車道，沒有自行車，車直行時不允許左轉(zhuǎn)，但右轉(zhuǎn)可以同時進行，必須設(shè)置專門的左轉(zhuǎn)時間。例：設(shè)計一個十字路口交通燈控制系統(tǒng)。這里的關(guān)鍵是首先根據(jù)設(shè)計要求，把設(shè)計任務(wù)明確地歸納成若干條單一的設(shè)計要求，這是一個明確設(shè)計要求的過程。明確設(shè)計要求的過程如下：2.2用流程圖與MDS圖設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)

2.2.1明確設(shè)計要求（5）警察可隨時指定系統(tǒng)停在某一狀態(tài)。（6）暫不考慮聯(lián)網(wǎng)要求。圖中應(yīng)標(biāo)出系統(tǒng)的輸入、輸出及簡單的控制關(guān)系，同時可畫出結(jié)構(gòu)圖?？刂葡到y(tǒng)示意框圖及結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：這樣可以得出系統(tǒng)功能框圖，控制器定時器時鐘行人請求警察控制指示燈通行等待禁止控制系統(tǒng)示意框圖結(jié)構(gòu)圖

2.2.2確定系統(tǒng)方案這個過程中應(yīng)該有意識地把系統(tǒng)分為控制和受控兩大部分。先畫出簡單的流程圖，再將它逐步細化為描述系統(tǒng)操作的詳細流程圖。流程圖的符號類似于軟件設(shè)計中的符號，有三種：表示系統(tǒng)操作稱工作塊表示條件操作稱條件塊表示判斷并產(chǎn)生分支例：確定十字路口交通燈控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方案。其唯一的依據(jù)是系統(tǒng)的設(shè)計要求。NSEWNSEWNSEWNSEW（a）通行方式(1)（b）通行方式(2)（c）通行方式(3)（d）通行方式(4)通行方式（1）通行方式（2）通行方式（3）通行方式（4）通行方式示意圖通行方式(1)——南北直行通行方式(2)——南北左拐通行方式(3)——東西直行通行方式(4)——東西左拐返回這四種通行方式在控制器的控制下順序轉(zhuǎn)換，每個狀態(tài)持續(xù)時間為40秒。設(shè)計要求中規(guī)定的行人請求及警察控制可以認為是上述四個狀態(tài)轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的條件分支，由控制器接受請求并判斷是否響應(yīng)。這樣可畫出簡單的流程圖以及總體方框圖如下：通行方式（1）警察行人時間到滿足條件響應(yīng)行人穿行Y結(jié)束Y通行方式（2）警察行人時間到等待通行方式（3）YYYYYNNNNNNN（以下重復(fù)）控制器R10R1R2R3R4R5R6R7R8R940秒定時60秒定時L10L1L2L3L4L5L6L6'L7L8L9L7'QQQQC10C1C2C3C4C5C6C7C8C9MEMSP秒脈沖發(fā)生器L1——南北直行燈L2——南北左拐燈L3——東西直行燈L4——東西左拐燈L5——各路右拐燈L6——南北行人通L6‘——南北行人止L7——東西行人通L7‘——東西行人止L8——南北行人等L9——東西行人等L10——各路禁止ME——東西行人請求MS——南北行人請求P——警察控制交通燈控制系統(tǒng)總體框圖返回上圖中各指示燈是受控部分，由于各燈均要持續(xù)一定時間，所以用D觸發(fā)器激勵。這個簡單的流程圖還不是系統(tǒng)可實施的方案，我們還要進一步作如下規(guī)定：（1）各向直行時，前20秒響應(yīng)該向行人穿過請求，且只響應(yīng)一次。（2）響應(yīng)行人請示時，各路禁止右拐，時間指示轉(zhuǎn)為行人穿越時間指示——60秒。（3）響應(yīng)行人結(jié)束后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的下一個狀態(tài)。（4）隨時響應(yīng)警察控制，結(jié)束后轉(zhuǎn)到初始態(tài)。（5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換及響應(yīng)警察控制請求時，有一個2秒的各路口禁止?fàn)顟B(tài)。這樣可得到流程圖的進一步改進，將簡單流程圖逐步細化，得出下面詳細流程圖。起始南北直行，各路右拐C1、C5P=1Y待定STOP=1NYME=1MS=1=40SNNNYYYN東西向行人等待C9T>20SYN南北向行人等待C8南北向行人，南北直行C6、C1P=1YNME=1=60S東西向行人等待C9NYNY231ME——東西行人請求MS——南北行人請求P——警察控制40S——40秒定時器60S——60秒定時器去圖南北左拐，各路右拐C2、C51P=1ME=1MS=1=40SNNNYYYNY東西向行人等待C9南北向行人等待C82南北向行人等待C8東西直行，各路右拐C3、C5P=1MS=1NYYN425ME——東西行人請求MS——南北行人請求P——警察控制40S——40秒定時器60S——60秒定時器去圖ME=1=40SNYN42YT>20SYN東西向行人等待C9東西向行人，東西直行C7、C3P=1YNMS=1=60SNYNY東西左拐，各路右拐C4、C5南北向行人等待C8P=1ME=1MS=1=40SNNNYYYNY東西向行人等待C9南北向行人等待C835ME——東西行人請求MS——南北行人請求P——警察控制40S——40秒定時器60S——60秒定時器去圖這樣得到兩張圖：總體方框圖——它的控制和受控部分已分開。詳細流程圖——這是實現(xiàn)設(shè)計要求的具體算法，也是設(shè)計控制子系統(tǒng)的依據(jù)。對于簡單的數(shù)字系統(tǒng)還可能得到第三張圖——系統(tǒng)時序圖，但這一步不是必須的。

2.2.3受控部分硬件設(shè)計接下來的工作是要選擇合適的器件，畫出電原理圖，從而完成受控制器的硬件電路設(shè)計任務(wù)。如果待設(shè)計的任務(wù)有一定的速度要求，完成設(shè)計后，還必須進行時序設(shè)計；如果不能滿足，則必須更換器件，甚至更換電路形式，直到完成要求為止。例：十字路口交通燈控制系統(tǒng)受控器設(shè)計。從詳細流程圖中可以看出，該受控器（數(shù)據(jù)子系統(tǒng)）共有三部分電路：1、秒脈沖發(fā)生器；去圖2、40S、60S減法定時器及顯示電路；3、各路口指示燈及行人穿行指示燈電路；因此選用32768Hz晶體振蕩器和十四位串行二進制計數(shù)/分頻器CD4060作秒脈沖發(fā)生器。由于響應(yīng)行人請求后，車輛的通行時間改為由行人穿越的時間60S定時器控制。根據(jù)設(shè)計要求規(guī)定，只有在車輛直行狀態(tài)的前20秒內(nèi)響應(yīng)行人請求，故該子系統(tǒng)還應(yīng)有20S指示信號T20輸出。受控制器電路如下圖所示（指示燈電路只畫出一個代表）。采用7段共陰極數(shù)碼管。用BCD7段鎖存/譯碼/驅(qū)動器CD4511作譯碼驅(qū)動；用BCD同步加/減法計數(shù)器74LS190作40S、60S定時器、因此，用一塊74LS85四位大小比較器進行二十秒的響應(yīng)判斷。對于大于二十秒和小于二十秒的時間給出不同電平值。因此，用一塊數(shù)據(jù)選擇器74LS157對車輛通行時間的顯示進行選擇，選擇信號為G。4511BILTLEa~g4511BILTLEa~g4511BILTLEa~g4511BILTLEa~gMUXENYG101MUXENYG10174LS190B0G1U/D0LD3~D0Q3~Q074LS190B0G1U/D0LD3~D0Q3~Q0LS190B0G1U/D0LD3~D0Q3~Q0LS190B0G1U/D0LD3~D0Q3~Q074LS85&1HzCP1&1HzCP2T20T<20T20=HT20T20=L77775VG5V5VT=60BI1BI203P03QPQT=405V5VLD25VLD1交通燈控制系統(tǒng)受控部分電原理圖5VLS157LS157返回CD4060Q1474LS74DQ(j)Cj1Hz74LS74DQ(k)Ck1Hz74LS74DQ(i)Ci1HzLj(j=6、7)Li(i=1~5)Lk(k=8、9)5VDQ1Hz10M33P32768Hz74LS74DQCi1HzL10

Lj'交通燈控制系統(tǒng)受控部分電原理圖ABCDLTBILEabcdefgA`bcdefg輸入輸出LEBILTABCDabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000無111XXXX鎖定01100000011·································01110019BCD7段鎖存/譯碼/驅(qū)動器CD4511元件外形及真值表數(shù)據(jù)選擇器74LS157元件外形及真值表1A1B1Y2A2B2Y地3Y3B3A4Y4B4AGVCC輸入輸出GSABHXXXLLLLXLLLHXHLHXLLLHXHHS去圖返回四位大小比較器74LS85元件外形及真值表A>BA=BA<B地B0A0B1A1A2B2A3VCCB3A=BA<BA>B輸出級聯(lián)輸入74LS74元件外形及真值表1CLR1D1PR2Q1CK2CLR2D2CK2PR2Q1Q1Q輸入輸出預(yù)置清零時鐘DQQLHXXHLHLXXLHLLXXHHHHHHLHHLLHHHLXQ0Q0數(shù)據(jù)輸入去圖返回輸入級聯(lián)輸入輸出A3B3A2B2A1B1A0B0A>BA<BA=BA>BA<BA=BA3>B3XXXXXXHLLA3<B3XXXXXXLHLA3=B3A2>B2XXXXXHLLA3=B3A2<B2XXXXXLHLA3=B3A2=B2A1>B1XXXXHLLA3=B3A2=B2A1<B1XXXXLHLA3=B3A2=B2A1=B1A0>B0XXXHLLA3=B3A2=B2A1=B1A0<B0XXXLHLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0HLLHLLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0LHLLHLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0XXHLLHA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0HHLLLLA3=B3A2=B2A1=B1A0=B0LLLHHL去圖BCD同步加/減法計數(shù)器74LS190元件外形及真值表VCCQAB時鐘AGQBDN/UPQCQDDC行波時鐘MAX/MINLOAD地CPGLDU/D工作狀態(tài)X11X保持XX0X預(yù)置數(shù)010加法計數(shù)011減法計數(shù)去圖返回

2.2.4MDS圖可以直接利用已得到的流程圖或算法以及數(shù)據(jù)子系統(tǒng)去設(shè)計控制子系統(tǒng)，此時常用的工具是MDS圖。下面首先介紹MDS圖的構(gòu)成。2.2.4.1MDS圖的定義MDS圖是用助記符表示的狀態(tài)圖，它用符號和表達式表示狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件和輸出，因此比普通的狀態(tài)圖更具有一般性。用下例說明MDS圖的一些規(guī)定。1、用表示狀態(tài)Si

Si2、用示狀態(tài)的無條件轉(zhuǎn)移。3、用示條件轉(zhuǎn)移。4、輸出寫在狀態(tài)圈外。示有效示無效Z進入狀態(tài)輸出有效、出了狀態(tài)輸出無效。E5、條件輸出表示為狀態(tài)與條件的乘積，也寫在狀態(tài)圈外。6、示變量是異步的，狀態(tài)Si只有在異步輸入x的作用下才能轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Sj。Si*SjxMDS圖例如下：S0S1S2S3STARTSTARTCNT=8CNT=8CNT=8CNT=8?(A=1)CNT=8?(A=1)C1C2C2DONZINVERTCNP=S2?CPMDS圖例2.2.4.2MDS圖與流程圖由詳細流程圖導(dǎo)出MDS圖的原則是：（1）流程圖中的工作塊對應(yīng)MDS圖中的一個狀態(tài)。（2）將控制信號和輸出寫在MDS狀態(tài)圈旁邊。（3）判別塊對應(yīng)MDS圖中的分支，寫在狀態(tài)轉(zhuǎn)移線旁。（4）條件塊對應(yīng)MDS圖中的條件輸出，寫在相應(yīng)的狀態(tài)圈旁，并注上此條件輸出的表達式。當(dāng)流程圖中有兩個工作塊不能同時工作時，應(yīng)將此時工作塊分成MDS圖的兩個狀態(tài)，而這兩個狀態(tài)是無條件轉(zhuǎn)移的。初始化START運算AYNS0S1STARTSTART例：二分支流程圖與MDS圖二分支流程圖與MDS圖S0STARTS2YNS0S2A?CA?B+A?CA=1STARTS3S1S3S1A?BNYNY設(shè)A=1時START=B設(shè)A=0時START=C多分支流程圖與MDS圖S0YNA=1S1移位SHIFTS0S1SHIFT=S0?AAACPASHIFT狀態(tài)S0S0S1MDS圖中的條件輸出上圖時序強調(diào)了條件輸出SHIFT的持續(xù)時間。要注意的第五個原則是：（5）如果在詳細流程圖中的某一分支出現(xiàn)了兩個彼此獨立的，與系統(tǒng)時鐘無關(guān)的異步變量，如圖(a)。S0ABCS1S2S3S0S3A+A?B=A+BS2S1CA?BCAS0BCS1S2NYYYNNNYNYYN(a)如果兩個異步變量持續(xù)的時間非常短，從狀態(tài)S0轉(zhuǎn)移到S2的可能性就非常小，通常重新組織流程圖，定義一個新狀態(tài)，如下圖：這樣，我們可以從交通燈控制系統(tǒng)詳細流程圖中導(dǎo)出MDS圖，如下圖所示：S0S2S3S1STOPS4S5SPPPPPPPSTOPP?MS?T=40P?（T20）?MSP?T=60P?(T=40)P?T=60P?(T=40)P?(T=40)P?(T=40)?MEP?(T=40)P?（T20）?MEP?T=60P?T=60P?(T=40)P?(T=40)返回ME=東西行人請求MS=南北行人請求各狀態(tài)的信號輸出S0C5

C9=S0MEC1

C8=S0MS（T>20）S1C2C5

C8=S1MSC9=S1MES2C3

C5

C8=S2MSC9=S2ME（T>20）S3C4C5

C8=S3MSC9=S3MES4C1

C6C9=S4MES5C3

C7C8=S5MSC1=南北直行燈控制C2=南北左轉(zhuǎn)燈控制C3=東西直行燈控制C4=東西左轉(zhuǎn)燈控制C5=各路右轉(zhuǎn)燈控制C6=南北行人通行燈控制C7=東西行人通行燈控制C8=南北行人等待燈控制C9=東西行人等待燈控制C10=紅燈ME=東西行人請求MS=南北行人請求P=警察控制返回

2.2.5控制器的硬件實現(xiàn)有了系統(tǒng)的MDS圖，就可以設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的控制器了。2.2.5.1同步化問題（1）輸入信號同步化對輸入信號進行同步化原因有三點：首先由于系統(tǒng)是同步時序電路，狀態(tài)的變化和時鐘的有效邊同步。若輸入信號是非常短的異步信號，控制器很可能捕獲不到。CPTt異步輸入信號其次輸入信號有一定的建立時間，系統(tǒng)應(yīng)在輸入信號穩(wěn)定后才動作，且輸入信號必須保證在電路穩(wěn)定后才變化。再有就是條件輸出是某一狀態(tài)與輸入信號相與的結(jié)果，而短的異步輸入信號的條件輸出可能只持續(xù)很短時間，受控器可能無法響應(yīng)這個短暫脈沖。因此，必須將異步信號同步化。異步信號同步化電路如下圖所示，由RS觸發(fā)器捕獲異步信號，送D觸發(fā)器產(chǎn)生同步信號QSRDQCPQD異步輸入同步化輸入QSRDQCPQD異步輸入同步化輸入系統(tǒng)控制器RESET（2）輸出信號同步化由于有競爭冒險現(xiàn)象，控制器的輸出信號也必須同步化?？刂破鞯囊话憬M成如下圖所示：而其狀態(tài)轉(zhuǎn)換中的競爭冒險現(xiàn)象如其右圖，設(shè)由000111組合邏輯電路觸發(fā)器輸入輸出CP000001010100011011110101110111101輸出信號的同步化可在輸出端加一個寄存器，用一個選通信號給寄存器置數(shù)，這就保證了在輸出信號穩(wěn)定后才使寄存器更新。輸出信號的同步化參考電路如下：組合電路觸發(fā)器輸出寄存器CP輸出選通輸出輸入Z'Z組合電路觸發(fā)器輸出寄存器CP輸出輸入Z'Z組合電路觸發(fā)器輸出寄存器CP輸出輸入Z'ZCPCPCPZ'Z'ZZ'Z選通利用選通信號控制輸出輸出延遲一個時鐘周期輸出延遲半個時鐘周期這樣得到控制器的典型結(jié)構(gòu)模式如下：組合電路觸發(fā)器輸入同步輸出同步時鐘CPCP'CP'x'z'xz2.2.5.2控制器的硬件實現(xiàn)它是一個同步時序電路。下面舉例說明用MDS圖設(shè)計控制器的方法類似于用狀態(tài)圖設(shè)計時序電路的方法。例：某數(shù)字系統(tǒng)的MDS圖如下：S0S3R?AS2S1R?AS4AARC0C1C2C1，C2C2，C3R、A為輸入信號，Ci(i=0???3)為輸出信號，試設(shè)計它的控制器電路。（1）用3個D觸發(fā)器，采用二進制編碼。（Q2Q1Q0）并列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表次態(tài)現(xiàn)態(tài)輸入（RA）00011110控制信號（輸出）S0000000000010001C0S1001011011011011C1S2010011011011011C1，C2S3011100100100100C2，C3S4100100000000100C2可采用D觸發(fā)器作為狀態(tài)寄存器，用兩種方法來實現(xiàn)，一是當(dāng)狀態(tài)比較多時，采用的狀態(tài)編碼方式以減少觸發(fā)器數(shù)目。1、采用狀態(tài)編碼方式返回（2）畫出激勵函數(shù)的卡諾圖，并化簡寫出驅(qū)動方程。0010AXXXQ2n+1Q2Q1Q00100011110RA1010XXXQ1n+1Q2Q1Q00100011110RA1010XXXQ0n+1Q2Q1Q00100011110Q1Q0Q2?AS0RAQ1Q0Q1Q0Q1Q0Q1Q0S0RA寫出函數(shù)表達式D2=Q2?A+Q1Q0D1=S0RA+Q1Q0D0=S0RA+Q1Q0C0=S0C1=S1+S2C2=S2+S3+S4C3=S3++（3）畫出控制器的電原理圖。&&&=1&111DQ2RDQ1RDQ0R21011RESETCPAQ2Q1Q0S0RC0C1C2C374LS138S0S1S2S3S4D2=Q2?A+Q1Q0S0RA+Q1Q0+D0=S0RA+Q1Q0+2、一個D觸發(fā)器對應(yīng)一個狀態(tài)的方式狀態(tài)比較少時可采用這種方式。當(dāng)采用一個D觸發(fā)器對應(yīng)一個狀態(tài)的方式時，硬件電路與MDS圖相對應(yīng)。下圖給出了對應(yīng)于MDS圖的兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式的硬件實現(xiàn)。SiSjFFiFFjCPSj??????????????????SjSk1FFiDMUXCjCk(a)(a‘)(b)(b‘)????????????Cj~CkCPSjSka~a'是無條件轉(zhuǎn)移的硬件實現(xiàn)；b~b'是條件轉(zhuǎn)移的硬件實現(xiàn)，取決于不同的條件，可用或門和數(shù)據(jù)分配器來控制。根據(jù)上述方法，前面所示的MDS圖我們還可以用下面的電路來實現(xiàn)。既采用一個D觸發(fā)器對應(yīng)一個狀態(tài)的方法進行設(shè)計。但這里應(yīng)該注意一個十分重要的問題，就是應(yīng)正確地對控制電路進行初始化。這里初始化的含意是利用外部方法，使控制器的初始狀態(tài)只有一個觸發(fā)器的輸出為1，其余都有為0，然后再轉(zhuǎn)入正常轉(zhuǎn)換。否則如果加電后有兩個觸發(fā)器為輸出1，電路就會變得混亂。初始化可利用觸發(fā)器的復(fù)位端和置位端。當(dāng)采用一個D觸發(fā)器對應(yīng)一個狀態(tài)的方法進行設(shè)計時。由于不需要對狀態(tài)進行編碼，使得硬件電路與算法之間的關(guān)系變得直截了當(dāng)，設(shè)計也更方便其方法如下圖所示：S0S3R?AS2S1R?AS4AARC0C1C2C1，C2C2，C31S0&&&&S2S11S31S4&&RSRRRARC0C1C2、C3C2AC1、C2CPRESET去圖S0S1S2S3STARTSTARTABABBABC1C2C2C3C1S0C2&&STARTS1S2C1C2S3&BC3&&A&&11C1&1RESETCPSRRR&例：完成下例MDS圖電路設(shè)計例：十字路口交通燈控制系統(tǒng)控制器設(shè)計分析十字路口交通燈控制系統(tǒng)的MDS圖，它共有七個狀態(tài)，其中最常用的是車輛通行的S0~S3四個狀態(tài)。其次是行人請求的S4和S5兩個狀態(tài)，而警察控制的SP狀態(tài)是極少發(fā)生的，并且SP并不是一個獨立狀態(tài)，實際上它只不過是由警察指定的S0~S5中的某一個狀態(tài)持續(xù)了警察規(guī)定的時間。由于SP的這個特點，我們分兩步來進行設(shè)計。第一步先設(shè)計系統(tǒng)在S0~S5中轉(zhuǎn)換，第二步根據(jù)異步信號P使?fàn)顟B(tài)在S0~S5中進行強行切換。第一步：設(shè)計過程如下：首先選用可預(yù)置的十進制同步加/減計數(shù)器74LS192作為狀態(tài)計數(shù)器。然后按照次態(tài)編碼盡量為現(xiàn)態(tài)編碼加一的原則進行狀態(tài)編碼，參考MDS圖，其狀態(tài)編碼如下所示：交通燈控制器狀態(tài)編碼表狀態(tài)編碼Q2Q1Q0S0000S1001S2010S3011S4100S510174LS192的清零及置數(shù)是異步的，與時鐘無關(guān)。而計數(shù)是同步的，它有兩個時鐘CPU和CPD，分別為加計數(shù)和減計數(shù)時鐘，當(dāng)利用一個時鐘進行加或減計數(shù)時，另一個時鐘必須保持高電平。根據(jù)MDS圖和編碼表可填寫74LS192操作表如下：74LS192操作表Q1Q0Q2000111100T=40加計數(shù)MST20置數(shù)T=40加計數(shù)T=40清零T=40加計數(shù)MET20置數(shù)1T=60置數(shù)T=60置數(shù)去MDS圖去190注：T20高電平有效，當(dāng)T<20秒時，T20=H；T20秒時T20=L。根據(jù)操作表可得74LS192的功能控制端置數(shù)LD、清零CR及時鐘CPU的函數(shù)表達式及置數(shù)表如下：74LS192置數(shù)表現(xiàn)態(tài)D2D1D0S0（000）100S2（010）101S4（100）001S5（101）011CPU=（T=40）CR=S3?（T=40）LD=S0MST20+S2MET20+S4（T=60）+S5（T=60）由上表可得數(shù)據(jù)端表達式：D2=S0+S2D1=S5D0=S2+

S4+S5至此，除了在各狀態(tài)轉(zhuǎn)換時要各路口均禁止2秒外，已可以畫出十字路口交通燈控制系統(tǒng)控制器在常規(guī)工作時的電路圖了。去MDS圖CTR

MUX&1&1&&&&111111&&&&&&S3S5S4S2S1S0&&11&11D2D0D1D2D0D1Y2Y1Y0GIENRESETRESET5V人工復(fù)位開關(guān)復(fù)位T=405VRESETCPUCPDLD3D2D1D0PRESETS3T=40P5V警察控制正?？刂?11Q0Q1Q2R5V74LS13874LS157EN&012GS0Y0Y7Y2Y4S5S0S1S2S3S4S5C101HzRESET5VENTENPRLQ3Q2Q1Q00~30~3PQCPP=Q74LS852ST2=Q2Q1Q0D0D1D2RY1Y2Y3EN07654321DEC/BINCRTCOMPREGS5S2S4S5S0S2S0MS'T20ME'

S4T=60S5T=6074LS161返回74LS19274LS14874LS1755VS2T2074LS192遞增/遞減十進計數(shù)器VCCQAB清零AQBQCQDDC借位LOAD地遞增遞減進位計數(shù)清零置數(shù)功能加減HLH加計數(shù)HLH減計數(shù)XXHX清零XXLL置數(shù)74LS157四二選一數(shù)據(jù)選擇器VCC1B選擇4A1A2B2Y3Y3B4B地4Y輸入輸出選通選擇ABHXXXLLLLXLLLHXHLHXLLLHXHHEN3A1Y2A返回74LS148八線三線優(yōu)先編碼器VCC64GS5A2A1A0032EO17EI地輸入輸出EI01234567A0A1A2GSEOLLHHHHHHHHHHLHLXLHHHHHHLHHLHLXXLHHHHHHLHLHLXXXLHHHHLLHLHLXXXXLHHHHHLLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXXXLHHLLLHLXXXXXXXLLLLLHLHHHHHHHHHHHHLHXXXXXXXXHHHHH74LS175四D觸發(fā)器（帶清零互補輸出）VCC1D1Q2Q地3D4Q2D2Q4Q4D3Q3Q1Q時鐘清零輸入輸出清零時鐘DQQLXXLHHHHLHLLHHLX保持返回74LS161四位二進制計數(shù)器（異步清零）VCCA清零QAB時鐘DLOAD地CP清零ENPENTLOAD工作狀態(tài)XLXXX清零XHHLH計數(shù)禁止XHLHH計數(shù)禁止XHLLH計數(shù)禁止HXXL置數(shù)HHHH計數(shù)CQBQCQDENPENT返回74138三——八線譯碼器輸入輸出G2AG2BG1ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7HXXXXXHHHHHHHHXHXXXLLLH00001000010011000010101001101110VCCCAY1G2ABG1地Y2Y3Y4Y7Y6G2BY5Y0第二步考慮警察控制的情況。所以，可以把交通燈控制系統(tǒng)分為正常和警察控制兩個模式。用六個開關(guān)表示警察設(shè)置的六個狀態(tài)，選用一個8線/3線優(yōu)先編碼器74LS148將對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的狀態(tài)編碼。由于規(guī)定在警察控制時各路口的時間顯示關(guān)閉，因此可用信號P來關(guān)閉40S和60S定時器的時鐘以及譯碼器CD4511的消隱端BI。設(shè)計中還規(guī)定，當(dāng)警察控制請求信號P撤消后，自動回到初始狀態(tài)S0。為此，可用信號P使?fàn)顟B(tài)計數(shù)器74LS192清零和使40S定時器置數(shù)。然后來實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時要求各路口均禁止2秒。選用一個4D觸發(fā)器74LS175作為狀態(tài)寄存器，二進制同步計數(shù)器74LS161作為2秒計數(shù)器。各路口指示燈全為紅燈時的要求：警察控制信號為P，其所要求的狀態(tài)是S0~S5中的任意一個。去圖選用一個四2選一數(shù)據(jù)選擇器7