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：v組合邏輯電路（combinational logic circuit）v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，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)：無反饋回路、無記憶元件電路特點(diǎn)：有電路特點(diǎn)：有反饋回路反饋回路、有、有記憶元件記憶元件一 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。v進(jìn)行邏輯抽象，得到真值表或邏輯函數(shù)式v選擇器件的類型v邏

2、輯化簡或變換成適當(dāng)?shù)男问絭電路處理，得到電路圖n0n1n2n3en_l+5vd0_ld7_ld8_ld15_l用用74x13874x138設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)4-16譯碼器譯碼器思路：思路： 1616個(gè)輸出需要個(gè)輸出需要 片片74x13874x138？y0y7abcg1g2ag2by0y7abcg1g2ag2bu1u2 任何時(shí)刻只有任何時(shí)刻只有一片在工作。一片在工作。 4 4個(gè)輸入中，個(gè)輸入中，哪些位控制片選哪些位控制片選哪些位控制輸入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)a2a1

3、a0gseoeii7i0a2a1a0gseoeii7i0q15_lq8_lq7_lq0_ly0y1y2y3gs2 2個(gè)個(gè)74x14874x148級聯(lián)為級聯(lián)為16164 4優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器擴(kuò)展多路復(fù)用器擴(kuò)展位v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位選擇端連接到每片的c,b,a注意：選擇端的扇出能力 （驅(qū)動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v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

4、最終輸出enyyabcd0d7d0d1d2d3d4d5d6d7a0a1a2y用雙用雙4選選1數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成8選選1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)組合邏輯電路用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)組合邏輯電路 10niiidmeny當(dāng)使能端有效時(shí)，當(dāng)使能端有效時(shí)， 10niiidmy最小項(xiàng)之和形式最小項(xiàng)之和形式enabcd0d1d2d3d4d5d6d7yy74x151實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù) f = f = (a,b,c)(a,b,c)(0,1,3,7)(0,1,3,7)cbavccfyzwx00 01 11 10000111101111111ywx00 01 11 100110zzzzz0思考：

5、利用思考：利用74x15174x151實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)f = f = (w,x,y,z)(w,x,y,z)(0,1,3,7,9,13,14)(0,1,3,7,9,13,14)降維：由降維：由4 4維維3 3維維enabcd0d1d2d3d4d5d6d7yy74x151vccyxwfz利用利用74x15174x151實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)f = f = (w,x,y,z)(w,x,y,z)(0,1,3,7,9,13,14)(0,1,3,7,9,13,14)0 2 6 4 1 3 7 5 ywx00 01 11 100110zzzzz0說明：用具有說明：用具有n位地址位地址輸入端的多路復(fù)用器，輸入端的多

6、路復(fù)用器，可以產(chǎn)生任何形式的輸可以產(chǎn)生任何形式的輸入變量數(shù)不大于入變量數(shù)不大于n+1的的組合邏輯函數(shù)。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利用帶使能端的二進(jìn)制譯碼器作為多路分配器abcg1g2ag2by0y1y2y3y4y5y6y774x138dst0_ldst7_l數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入 srcen_l利用利用74x13974x139實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)2 2位位4 4輸出多路分配器（輸出多路分配器（p285p285）dstsel0dstsel1dstsel2地址地址選擇選擇 利用使能端作為數(shù)據(jù)輸入端利用使能端作為數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入 srcen_l奇偶校驗(yàn)的應(yīng)用用于檢測代碼在傳輸和存

7、儲過程中是否出現(xiàn)差錯用于檢測代碼在傳輸和存儲過程中是否出現(xiàn)差錯aevenodd74x280hiaevenodd74x280hi發(fā)發(fā)端端收收端端db0:7db0:7error發(fā)端保證有偶數(shù)個(gè)發(fā)端保證有偶數(shù)個(gè)1 1收端收端 odd odd 有效表示出錯有效表示出錯奇數(shù)奇數(shù)eveneven比較器的串行擴(kuò)展xd11:0yd11:03:07:411:8xy+5vabiaboa0a3b0b374x85abiaboa0a3b0b374x85abiaboa0a3b0b374x853 3片片74x8574x85構(gòu)成構(gòu)成1212位比較器位比較器低位低位高位高位3 3片片74x68274x682構(gòu)成構(gòu)成2424位比

8、較器位比較器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 圖圖6-7二 時(shí)鐘同步狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)v根據(jù)命題構(gòu)造狀態(tài)/輸出表v狀態(tài)化簡（狀態(tài)最小化）v狀態(tài)編碼（選擇狀態(tài)變量）v建立轉(zhuǎn)移/輸出表，得到狀態(tài)和輸出方程v選擇觸發(fā)器作為狀態(tài)存儲器v構(gòu)造激勵表，得到激勵方程v畫邏輯電路圖1、邏輯抽象，得到狀態(tài)圖（表）、邏輯抽象，得到狀態(tài)圖（表）2、狀態(tài)編碼、狀態(tài)編碼取自然二進(jìn)制數(shù)取自然二進(jìn)制數(shù) 000111作為作為 s0 s7 的編碼的編碼對時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)，可不用輸

9、入對時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)，可不用輸入 moore moore機(jī)機(jī)取進(jìn)位信號為輸出變量取進(jìn)位信號為輸出變量需要需要8 8個(gè)有效狀態(tài)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)移構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程 和和 輸出方程輸出方程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 0

10、0 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 00000000100011111010100101001110001q1q0q2q0* 00 01 11 101 0 0 11 0 0 13、構(gòu)造轉(zhuǎn)移構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程 和和 輸出方程輸出方程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

11、 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 000000001q2 q1 q0q2*q1*q0* c01q1q0q2q1* 00 01 11 100 1 0 10 1 0 1q0* = q0q1* = q1q0 + q1q03、構(gòu)造轉(zhuǎn)移構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程 和和 輸出方程輸出方程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：輸

12、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)移構(gòu)造轉(zhuǎn)移/輸出表，求取輸出表，求取 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程 和和 輸出方程輸出方程q0* = q0q1* = q1q0 + q1q0q2* = q2q1q0 + q2q1 + q2q04、觸發(fā)器選型，得到激勵方程、觸發(fā)器選型，得到激勵方程翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)q* = q（t觸發(fā)器）觸發(fā)器）q* = enq + enqq1* = q1q0 + q1q0= q2q1q0 + q2 (q1+q0)= q2q1

13、q0 + q2 (q1q0)en1 = q0en2 = q1q0en0 = 1選擇有使能端的選擇有使能端的t t觸發(fā)器觸發(fā)器5、畫邏輯電路圖、畫邏輯電路圖en0 = 1en1 = q0en2 = q1q0c = q3 q2 q11clkq0q1q2c用j-k觸發(fā)器設(shè)計(jì)v方法一利用狀態(tài)方程和觸發(fā)器特征方程得到激勵方程v方法二利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移表和激勵表得到激勵方程激勵表激勵表q q*0 00 11 01 1j k0 d1 dd 1d 0j k q0 0 0 11 01 1保持保持清清0置置1翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)功能表功能表j-k觸發(fā)器特征方程：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

14、* = q2q3 + q1 = q2q3(q1+q1) + q1 = q2q3q1+ q2q3q1 + q1 = q2q3q1 + q1q3* = q2q3a + q1aq2* = q1q3a + q1q3a + q1q2bq1* = q2q3 + q1狀態(tài)方程狀態(tài)方程j1 = q2q3k1 = 0 j-k觸發(fā)器特征方程：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)利用狀態(tài)方程和特征方程設(shè)計(jì)q3* = q2q3a + q1aq2* = q1q3a + q1q3a + q1q2bq1* = q2q3 + q1狀態(tài)方程狀態(tài)方程q3* = q2q3a + q1a = q2q3a

15、 + 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)(q1+q3+a)(q1+b) = q1 + q3ab + q3ab j2 = q1q3a + q1q3a k2 = q1 + q3ab + q3abj1 =

16、 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,1dd0,0d,d1d0,0d,d1d0,1d,d0d0,1d,d0d0,d0,0dd0,d0,0dd0,d0,1dd0,d1,1dd0,d1,d1d0

17、,d0,d1d0,d0,d0d0,d0,d0利用激勵表進(jìn)行j-k觸發(fā)器設(shè)計(jì)雷鳥車尾燈lalblcrarbrc輸入：左轉(zhuǎn)輸入：左轉(zhuǎn)l、右轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)r、應(yīng)急閃爍、應(yīng)急閃爍h（hazard）、時(shí)鐘）、時(shí)鐘輸出：控制輸出：控制6個(gè)燈亮或滅個(gè)燈亮或滅 可以完全由狀態(tài)控制可以完全由狀態(tài)控制idle：全滅：全滅l1：左邊：左邊1個(gè)燈亮個(gè)燈亮l2：左邊：左邊2個(gè)燈亮個(gè)燈亮l3：左邊：左邊3個(gè)燈亮個(gè)燈亮r1：右邊：右邊1個(gè)燈亮個(gè)燈亮r2：右邊：右邊2個(gè)燈亮個(gè)燈亮r3：右邊：右邊3個(gè)燈亮個(gè)燈亮lr3：全亮：全亮狀態(tài)狀態(tài)輸輸 出出直接利用狀態(tài)控制輸出直接利用狀態(tài)控制輸出1、構(gòu)造狀態(tài)圖、構(gòu)造狀態(tài)圖idle：全滅：全滅l

18、1：左邊：左邊1個(gè)燈亮個(gè)燈亮l2：左邊：左邊2個(gè)燈亮個(gè)燈亮l3：左邊：左邊3個(gè)燈亮個(gè)燈亮r1：右邊：右邊1個(gè)燈亮個(gè)燈亮r2：右邊：右邊2個(gè)燈亮個(gè)燈亮r3：右邊：右邊3個(gè)燈亮個(gè)燈亮lr3：全亮：全亮idlel1ll21l311r1rr21r311lr3h1hlrh+lrlhrrhl無二義性的無二義性的idlel1ll21l311r1rr21r311lr3h1hlrh+lrlhrrhl1、構(gòu)造狀態(tài)圖、構(gòu)造狀態(tài)圖完備性完備性 離開某一狀態(tài)的弧離開某一狀態(tài)的弧線上的所有轉(zhuǎn)移表達(dá)線上的所有轉(zhuǎn)移表達(dá)式的邏輯和為式的邏輯和為1 1。無二義性的無二義性的hrh+rh+rhrhlhlh+lh+l改進(jìn)改進(jìn)互斥性互斥性 離開某一狀態(tài)的弧離開某一狀態(tài)的弧線上的任意一對轉(zhuǎn)移線上的任意一對轉(zhuǎn)移表達(dá)式的邏輯積為表達(dá)式的邏輯積為0 02、狀態(tài)編碼、狀態(tài)編碼q2q1q00 0 00 0 10 1 10 1 01 0 11 1 11 1 01