數(shù)字電路和邏輯設(shè)計(jì) 6.3ppt課件

1、6.3 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)6.3.1同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的普通步驟同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的普通步驟6.3.2采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6.3.3采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器6.3.4采用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)恣意模值采用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)恣意模值計(jì)數(shù)分頻器計(jì)數(shù)分頻器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求建立原始形狀圖或形狀表建立原始形狀圖或形狀表形狀簡(jiǎn)化形狀簡(jiǎn)化形狀分配形狀分配存儲(chǔ)器選擇存儲(chǔ)器選擇存儲(chǔ)器控制及電路輸出存儲(chǔ)器控制及電路輸出最正確？最正確？電路構(gòu)造圖電路構(gòu)造圖圖6-3-1 時(shí)序電路設(shè)計(jì)過程否否是是6.3.1同步時(shí)序邏輯電路

2、設(shè)計(jì)的普通步驟同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的普通步驟例例6-5設(shè)計(jì)用來檢測(cè)二進(jìn)制輸入序列的檢測(cè)電路，當(dāng)輸入設(shè)計(jì)用來檢測(cè)二進(jìn)制輸入序列的檢測(cè)電路，當(dāng)輸入序列中延續(xù)輸入序列中延續(xù)輸入4位數(shù)碼均為位數(shù)碼均為1時(shí)，電路輸出時(shí)，電路輸出1。解解第一步：建立原始形狀圖和形狀表第一步：建立原始形狀圖和形狀表分析：根據(jù)題意，該檢測(cè)電路必需分析：根據(jù)題意，該檢測(cè)電路必需“記憶位延續(xù)輸入序記憶位延續(xù)輸入序列，一共有種情況，即列，一共有種情況，即000(A)、100(B)、010(C)、110(D)、001(E)、101(F)、 011(G)、111(H)；每次輸入的二進(jìn)制數(shù)碼；每次輸入的二進(jìn)制數(shù)碼X只只需兩種情況，需兩種

3、情況，0或或1；輸出信號(hào)也只需兩種能夠，即；輸出信號(hào)也只需兩種能夠，即0或或1。假設(shè)電路已記憶前假設(shè)電路已記憶前3位輸入為位輸入為010 (C) ，假設(shè)，假設(shè)X0，那么電，那么電路的次態(tài)為路的次態(tài)為001(E) ；假設(shè)；假設(shè)X1，那么電路的次態(tài)為，那么電路的次態(tài)為101(F)，輸，輸出都為出都為0，其他類推。，其他類推。0/00/01/01/01/00/00/00/01/00/00/01/01/00/01/00/01/1X/Z圖6-3-2 例6-5原始形狀圖表6-3-1 例6-5原始形狀表BACDHFEG表6-3-2 非完全描畫形狀表在一切的輸入條件下，都有確在一切的輸入條件下，都有確定的形狀

4、轉(zhuǎn)移和輸出，這種形狀轉(zhuǎn)定的形狀轉(zhuǎn)移和輸出，這種形狀轉(zhuǎn)移表稱為完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表，否移表稱為完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表，否那么稱為非完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表。那么稱為非完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表。第二步：第二步： 形狀簡(jiǎn)化合并形狀簡(jiǎn)化合并在完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表中，兩個(gè)形狀假設(shè)在完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表中，兩個(gè)形狀假設(shè)“等價(jià)，那么這兩等價(jià)，那么這兩個(gè)形狀可以合并為一個(gè)形狀。兩個(gè)形狀等價(jià)的條件是：個(gè)形狀可以合并為一個(gè)形狀。兩個(gè)形狀等價(jià)的條件是：(1) 在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀對(duì)應(yīng)輸出完全一樣；在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀對(duì)應(yīng)輸出完全一樣；(2) 在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀轉(zhuǎn)移效果完全一樣。在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀轉(zhuǎn)移效果完全一

5、樣。對(duì)轉(zhuǎn)移效果的了解：對(duì)轉(zhuǎn)移效果的了解：(1) 在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀的次態(tài)完全一樣。在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀的次態(tài)完全一樣。(2) 在有些輸入條件下次態(tài)不一樣，例如：在有些輸入條件下次態(tài)不一樣，例如：S1S3，S2 S4，那么要繼續(xù)比較那么要繼續(xù)比較S3和和S4兩個(gè)形狀，假設(shè)等價(jià)，那么兩個(gè)形狀，假設(shè)等價(jià)，那么S1和和S2的形狀的形狀轉(zhuǎn)移效果一樣；否那么不同。稱轉(zhuǎn)移效果一樣；否那么不同。稱S3，S4是是S1和和S2的等價(jià)隱含條的等價(jià)隱含條件。件。(3) 在有些輸入條件下，在有些輸入條件下， S1和和S2形狀對(duì)與形狀對(duì)與S3和和S4形狀對(duì)互為形狀對(duì)互為隱含條件，那么隱含條件，那么S1和和S

6、2等價(jià)，等價(jià)， S3和和S4也等價(jià)。也等價(jià)。BCDEFGHABCDEFGACBDAEBFCEDFAGBHCGDHCADBEAFBGAHBEGFHACBDECFDGCHDAEBFCEDFGEHFAEBFCEDFACBD(a)表6-3-3 例6-5隱含表(1) 尋覓全部等價(jià)形狀對(duì)尋覓全部等價(jià)形狀對(duì)首先構(gòu)成直角形網(wǎng)絡(luò)方式的隱含表，每一方格代表一個(gè)形首先構(gòu)成直角形網(wǎng)絡(luò)方式的隱含表，每一方格代表一個(gè)形狀對(duì)。狀對(duì)。假設(shè)兩個(gè)形狀滿足等價(jià)的兩假設(shè)兩個(gè)形狀滿足等價(jià)的兩個(gè)條件，那么在相應(yīng)的方格中填個(gè)條件，那么在相應(yīng)的方格中填號(hào)。號(hào)。假設(shè)兩個(gè)形狀在任何輸入條假設(shè)兩個(gè)形狀在任何輸入條件下的輸出都一樣，但在有些輸入件下

7、的輸出都一樣，但在有些輸入條件下的次態(tài)不同，那么將這些不條件下的次態(tài)不同，那么將這些不一樣的次態(tài)對(duì)填入到方格中，表示一樣的次態(tài)對(duì)填入到方格中，表示這些次形狀對(duì)都是這兩個(gè)形狀等價(jià)這些次形狀對(duì)都是這兩個(gè)形狀等價(jià)的隱含條件。的隱含條件。假設(shè)兩個(gè)形狀的輸出不一樣，那么不等價(jià)，在相應(yīng)的方假設(shè)兩個(gè)形狀的輸出不一樣，那么不等價(jià)，在相應(yīng)的方格中填格中填號(hào)。號(hào)。ACBDAEBFCEDFCADBEAFBACBDECFDAEBFCEDFAEBFCEDFACBDBCDEFGHABCDEFGAEBFEAFBAEBFAEBFBCDEFGHABCDEFG(b)(c)反復(fù)判別隱含條件的形狀對(duì)能否滿足等價(jià)條件，直至將反復(fù)判別隱

8、含條件的形狀對(duì)能否滿足等價(jià)條件，直至將一切不等價(jià)的形狀對(duì)都排除為止。一切不等價(jià)的形狀對(duì)都排除為止。最終得到的等價(jià)形狀對(duì)為：最終得到的等價(jià)形狀對(duì)為：(AC)、 (AE)、 (AG)、 (BF)、 (CE)、 (CG)、 (EG) 。表6-3-3 例6-5隱含表ABCDEFGH圖6-3-3 作圖法求最大等價(jià)類(2) 尋覓最大等價(jià)類尋覓最大等價(jià)類等價(jià)類是多個(gè)等價(jià)形狀組的集合，在等價(jià)集合中恣意兩個(gè)等價(jià)類是多個(gè)等價(jià)形狀組的集合，在等價(jià)集合中恣意兩個(gè)形狀都是等價(jià)的。假設(shè)一個(gè)等價(jià)類不包含在別的等價(jià)類中，那形狀都是等價(jià)的。假設(shè)一個(gè)等價(jià)類不包含在別的等價(jià)類中，那么稱為最大等價(jià)類。么稱為最大等價(jià)類。在上述組等價(jià)對(duì)

9、中，在上述組等價(jià)對(duì)中，A、C、E、G形狀兩兩等價(jià)，所形狀兩兩等價(jià)，所以組成等價(jià)類以組成等價(jià)類(ACEG)，(BF)也是等價(jià)類。兩個(gè)等價(jià)類都不包含也是等價(jià)類。兩個(gè)等價(jià)類都不包含在別的等價(jià)類中，所以是最大等價(jià)類。在別的等價(jià)類中，所以是最大等價(jià)類。用作圖法可以尋覓最大等價(jià)類。用作圖法可以尋覓最大等價(jià)類。圖中假設(shè)干個(gè)頂點(diǎn)之間兩兩都有連圖中假設(shè)干個(gè)頂點(diǎn)之間兩兩都有連線的最大多邊形的頂點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)最線的最大多邊形的頂點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)最大等價(jià)類。大等價(jià)類。(3) 選擇最大等價(jià)類組成等價(jià)類集選擇最大等價(jià)類組成等價(jià)類集等價(jià)類集應(yīng)滿足的個(gè)條件：等價(jià)類集應(yīng)滿足的個(gè)條件：等價(jià)類集中包括了原始形狀表中一切形狀，稱為等價(jià)類集中包

10、括了原始形狀表中一切形狀，稱為“覆蓋。覆蓋。等價(jià)類集中任一等價(jià)類的隱含條件都包含在該等價(jià)類集等價(jià)類集中任一等價(jià)類的隱含條件都包含在該等價(jià)類集中，是某一等價(jià)類或某等價(jià)類的部分，稱為等價(jià)類集具有中，是某一等價(jià)類或某等價(jià)類的部分，稱為等價(jià)類集具有“閉閉的性質(zhì)。的性質(zhì)。具有具有 “閉和閉和“覆蓋的等價(jià)類集中所包含等價(jià)類的種類覆蓋的等價(jià)類集中所包含等價(jià)類的種類數(shù)最少。數(shù)最少。滿足上述個(gè)條件的等價(jià)類集稱為具有滿足上述個(gè)條件的等價(jià)類集稱為具有“最小閉覆蓋的等最小閉覆蓋的等價(jià)類集。在本例中，由價(jià)類集。在本例中，由(ACEG)、(BF)、D、H組成具有最小閉組成具有最小閉覆蓋性質(zhì)的等價(jià)類集。覆蓋性質(zhì)的等價(jià)類集。

11、表6-3-4 例6-5簡(jiǎn)化形狀表(4) 將等價(jià)類集中的各等價(jià)類中的形狀合并，最后得到原始將等價(jià)類集中的各等價(jià)類中的形狀合并，最后得到原始形狀表的簡(jiǎn)化形狀表。形狀表的簡(jiǎn)化形狀表。令令(ACEG)合并為形狀合并為形狀a，(BF)合并為形狀合并為形狀b，(D)改寫為改寫為d，(H)改寫為改寫為h，那么可得到簡(jiǎn)化的形狀轉(zhuǎn)移圖和形狀轉(zhuǎn)移表。，那么可得到簡(jiǎn)化的形狀轉(zhuǎn)移圖和形狀轉(zhuǎn)移表。dh1/10/00/01/00/00/01/01/0X/Z圖6-3-3 例6-5簡(jiǎn)化形狀圖ba第三步：形狀分配第三步：形狀分配形狀分配：是指將簡(jiǎn)化后的形狀表中各個(gè)形狀賦予二進(jìn)制形狀分配：是指將簡(jiǎn)化后的形狀表中各個(gè)形狀賦予二進(jìn)制

12、代碼，又稱為形狀編碼。代碼，又稱為形狀編碼。需求分配的形狀數(shù)需求分配的形狀數(shù)M與代碼位數(shù)與代碼位數(shù)n間關(guān)系為：間關(guān)系為：nM2log編碼方案的選擇，應(yīng)遵照以下原那么：編碼方案的選擇，應(yīng)遵照以下原那么：(1) 當(dāng)兩個(gè)以上形狀具有一樣的下一形狀時(shí)，它們的代碼盡當(dāng)兩個(gè)以上形狀具有一樣的下一形狀時(shí)，它們的代碼盡能夠安排為相鄰代碼。能夠安排為相鄰代碼。(2) 當(dāng)兩個(gè)以上形狀屬于同一形狀的次態(tài)時(shí)，它們的代碼盡當(dāng)兩個(gè)以上形狀屬于同一形狀的次態(tài)時(shí)，它們的代碼盡能夠安排為相鄰代碼。能夠安排為相鄰代碼。(3) 為了使輸出電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，盡能夠使輸出一樣的形狀代為了使輸出電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，盡能夠使輸出一樣的形狀代碼相鄰。

13、碼相鄰。通常以原那么通常以原那么(1)為主，統(tǒng)籌兼顧。為主，統(tǒng)籌兼顧。表6-3-5 例6-5形狀轉(zhuǎn)移表1112 nnQQ1112 nnQQnnQQ12 根據(jù)上述原那么，本例的形狀分配情況為：根據(jù)上述原那么，本例的形狀分配情況為：10 , 11 , 01 , 00hdba根據(jù)簡(jiǎn)化形狀表及形狀分配情況，得出形狀轉(zhuǎn)移表：根據(jù)簡(jiǎn)化形狀表及形狀分配情況，得出形狀轉(zhuǎn)移表：表6-3-4 例6-5簡(jiǎn)化形狀表000001110001111001XnnQQ12000011000001111001XnnQQ12000000010001111001XnnQQ1212 nQ11 nQZ圖6-3-5 例6-5次態(tài)卡諾圖和

14、輸出卡諾圖第四步：選擇觸發(fā)器類型，確定觸發(fā)器的輸入方程和電路的第四步：選擇觸發(fā)器類型，確定觸發(fā)器的輸入方程和電路的輸出方程。輸出方程。方法：由形狀轉(zhuǎn)移表，經(jīng)過卡諾圖求形狀轉(zhuǎn)移方程和輸出方方法：由形狀轉(zhuǎn)移表，經(jīng)過卡諾圖求形狀轉(zhuǎn)移方程和輸出方程，求解觸發(fā)器的輸入驅(qū)動(dòng)方程。程，求解觸發(fā)器的輸入驅(qū)動(dòng)方程。nnnnnnnQXQZQXQXQXQQ122112112 輸出方程：輸出方程：狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：假設(shè)采用假設(shè)采用J-K觸發(fā)器，那么將形狀轉(zhuǎn)移方程變換成類似觸發(fā)器，那么將形狀轉(zhuǎn)移方程變換成類似J-K觸發(fā)器特征方程的方式，即：觸發(fā)器特征方程的方式，即：nnnQKQJQ 1 nnnQXKQXJXK

15、XQJ2121212 , , 則則有有：假設(shè)采用觸發(fā)器，那么對(duì)照假設(shè)采用觸發(fā)器，那么對(duì)照D觸發(fā)器特征方程：觸發(fā)器特征方程：可直接得出驅(qū)動(dòng)方程：可直接得出驅(qū)動(dòng)方程：DQn 1 2121212nnnnnQXDQQXXQXQDnnnnnnnnnnXQQXQXQQQXQXQXQQ22122212112)( nnnnnnnnnQQXQQXQQQXQXQ1212112211)( 第五步：畫邏輯圖。第五步：畫邏輯圖。1J1K1Q1C1&1J1K2Q2C1&1&1XCPZ圖6-3-6 例6-5邏輯電路Q1Q26.3.2采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器例6

16、-6設(shè)計(jì)模同步計(jì)數(shù)器。解第一步：建立原始形狀圖解第一步：建立原始形狀圖S0S1S2S3S4S5/0/0/0/0/1/0圖6-3-7 例6-6原始形狀圖第二步：形狀分配第二步：形狀分配由于形狀數(shù)為由于形狀數(shù)為6，因此取形狀代碼位數(shù)為，因此取形狀代碼位數(shù)為3。令：。令：S0000， S1001， S2011， S3111， S4110， S5100。模計(jì)數(shù)器要求有個(gè)記模計(jì)數(shù)器要求有個(gè)記憶形狀，且逢六進(jìn)一，由此可憶形狀，且逢六進(jìn)一，由此可作出原始形狀轉(zhuǎn)移圖。由于必作出原始形狀轉(zhuǎn)移圖。由于必需求有個(gè)記憶形狀，所以不需求有個(gè)記憶形狀，所以不需求再化簡(jiǎn)。需求再化簡(jiǎn)。表6-3-6 例6-6形狀轉(zhuǎn)移表nQ3n

17、Q2nQ113 nQ12 nQ11 nQ第三步：求形狀轉(zhuǎn)移方程第三步：求形狀轉(zhuǎn)移方程13 nQ11 nQZ01001100001111001nnQQ23nQ112 nQ00011110001111001nnQQ23nQ110011010001111001nnQQ23nQ10010000001111001nnQQ23nQ1圖6-3-8 例6-6次態(tài)及輸出函數(shù)卡諾圖nnQQZ23 形狀轉(zhuǎn)移方程：形狀轉(zhuǎn)移方程：輸出方程：輸出方程：nnnnnnQQQQQQ311112213 010101000001011111110100圖6-3-9 例6-6原始形狀圖010101 (a) (b)第四步：檢驗(yàn)自啟動(dòng)特

18、性第四步：檢驗(yàn)自啟動(dòng)特性將偏離態(tài)將偏離態(tài)010和和101代入形代入形狀轉(zhuǎn)移方程，作出形狀轉(zhuǎn)移圖。狀轉(zhuǎn)移方程，作出形狀轉(zhuǎn)移圖。顯然，計(jì)數(shù)器不具有自啟顯然，計(jì)數(shù)器不具有自啟動(dòng)特性。究其緣由是在求解形動(dòng)特性。究其緣由是在求解形狀轉(zhuǎn)移方程時(shí)，將偏離態(tài)作為狀轉(zhuǎn)移方程時(shí)，將偏離態(tài)作為恣意態(tài)處置，沒有確定的轉(zhuǎn)移恣意態(tài)處置，沒有確定的轉(zhuǎn)移方向。方向。處理的方法是將某一個(gè)偏處理的方法是將某一個(gè)偏離態(tài)轉(zhuǎn)移到一個(gè)確定的有效形離態(tài)轉(zhuǎn)移到一個(gè)確定的有效形狀如狀如011，再次求解形狀，再次求解形狀轉(zhuǎn)移方程。轉(zhuǎn)移方程。nnnnnnnnQQQQQQQQ12311112213 1DRC1CP1DRC11DRC1&112

19、3RDQ1Q2Q3Q2Z圖6-3-10 例6-6邏輯電路圖第五步：選擇觸發(fā)器類型并畫邏輯電路圖第五步：選擇觸發(fā)器類型并畫邏輯電路圖采用采用D觸發(fā)器：觸發(fā)器：nnnnnQQQDQDQD12311223 圖6-3-11 例6-7原始形狀圖S0S1S2S4S5S60/0,1/00/00/01/00/0S31/10/10/0,1/00/0,1/0例例6-7設(shè)計(jì)一個(gè)可變模值的同步計(jì)數(shù)器，當(dāng)控制信號(hào)設(shè)計(jì)一個(gè)可變模值的同步計(jì)數(shù)器，當(dāng)控制信號(hào)M=0時(shí)，實(shí)現(xiàn)模時(shí)，實(shí)現(xiàn)模7計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)，當(dāng)M=1時(shí)，實(shí)現(xiàn)模時(shí)，實(shí)現(xiàn)模5計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)。解根據(jù)題意要求可直接作出原始形狀轉(zhuǎn)移圖，且不需求解根據(jù)題意要求可直接作出原始形狀轉(zhuǎn)移圖

20、，且不需求再化簡(jiǎn)。再化簡(jiǎn)。最大形狀數(shù)為最大形狀數(shù)為7，因此取形狀代碼位數(shù)為，因此取形狀代碼位數(shù)為3。令：。令：S0=000，S1=001，S2=011，S3=110，S4=101，S5=010， S6=100 。nQ3nQ2nQ113 nQ12 nQ11 nQ13 nQ12 nQ11 nQ表6-3-7 例6-7形狀轉(zhuǎn)移表根據(jù)原始形狀轉(zhuǎn)移圖作形狀轉(zhuǎn)移表。根據(jù)原始形狀轉(zhuǎn)移圖作形狀轉(zhuǎn)移表。0000000000111100001111111110nnQQ12nMQ313 nQ11 nQZ圖6-3-12 例6-7次態(tài)及輸出函數(shù)卡諾圖12 nQ0000111000111100001110001110nnQ

21、Q12nMQ31001101000111100001000101110nnQQ12nMQ30110000000111100001000001110nnQQ12nMQ3由形狀轉(zhuǎn)移表求解各級(jí)觸發(fā)器形狀轉(zhuǎn)移方程和輸出方程。由形狀轉(zhuǎn)移表求解各級(jí)觸發(fā)器形狀轉(zhuǎn)移方程和輸出方程。nQ1nnnnnnnnnnnnnnnnQQQZQQQQQQMQQQQQQQ1231231232311112213)( 形狀轉(zhuǎn)移方程：形狀轉(zhuǎn)移方程：輸出方程：輸出方程：根據(jù)形狀轉(zhuǎn)移方程檢驗(yàn)自啟動(dòng)特性。根據(jù)形狀轉(zhuǎn)移方程檢驗(yàn)自啟動(dòng)特性。nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ13nQ12nQ11nQ表6-3-8 例6-7偏離形狀的檢驗(yàn)圖

22、6-3-13 例6-7形狀轉(zhuǎn)移圖0000010111010101000/0,1/00/00/01/00/01100/1,1/11/00/0,1/00/0,1/01110/0,1/00101011/0選擇觸發(fā)器類型，確定驅(qū)動(dòng)方程。采用選擇觸發(fā)器類型，確定驅(qū)動(dòng)方程。采用J-K觸發(fā)器觸發(fā)器nnnnnnnnnnQQKQQQQMJQKQJQKQJ2312323112122323 , , , 顯然，該電路具有自啟動(dòng)特性。顯然，該電路具有自啟動(dòng)特性。1J1K1Q1C1Q11J1K2Q2C1Q21J1K3Q3C1Q3&1&1CPZM圖6-3-14 例6-7邏輯圖畫邏輯電路圖。畫邏輯電路圖。S0

23、S1S2S4S3S9S8S7S5S6圖6-3-15 例6-8原始形狀轉(zhuǎn)移圖6.3.3采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器例例6-8設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)8421 BCD二十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器。二十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器。異步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)步驟一樣，但必需異步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)步驟一樣，但必需合理地選擇各級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)。合理地選擇各級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)。解第一步：建立原始形狀圖解第一步：建立原始形狀圖表6-3-9 例6-8形狀轉(zhuǎn)移表nQ3nQ2nQ113 nQ12 nQ11 nQnQ414 nQ第二步：建立形狀轉(zhuǎn)移表第二步：建立形狀轉(zhuǎn)移表采用采用8421BCD碼對(duì)

24、碼對(duì)S0S9進(jìn)展編碼，根據(jù)形狀轉(zhuǎn)移圖即可進(jìn)展編碼，根據(jù)形狀轉(zhuǎn)移圖即可得到形狀轉(zhuǎn)移表。得到形狀轉(zhuǎn)移表。第三步第三步 選擇各級(jí)觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)選擇各級(jí)觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)原那么：原那么：第一，在該級(jí)觸發(fā)器的形狀需求發(fā)生變卦時(shí)，必需有時(shí)鐘第一，在該級(jí)觸發(fā)器的形狀需求發(fā)生變卦時(shí)，必需有時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)沿到達(dá)。信號(hào)觸發(fā)沿到達(dá)。第二，在滿足第一原那么的條件下，其它時(shí)辰到達(dá)該級(jí)觸第二，在滿足第一原那么的條件下，其它時(shí)辰到達(dá)該級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘觸發(fā)沿越少越好。發(fā)器的時(shí)鐘觸發(fā)沿越少越好。第第k級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)可以在計(jì)數(shù)脈沖和第一級(jí)至第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)可以在計(jì)數(shù)脈沖和第一級(jí)至第k-1級(jí)觸發(fā)器的輸出信號(hào)中選取。級(jí)觸發(fā)器

25、的輸出信號(hào)中選取。第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：CP1=計(jì)數(shù)輸入脈沖計(jì)數(shù)輸入脈沖CP第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：Q2的形狀變卦發(fā)生在序號(hào)的形狀變卦發(fā)生在序號(hào)12、 34、 56、 78時(shí)辰，時(shí)辰，在這些時(shí)辰，計(jì)數(shù)脈沖和在這些時(shí)辰，計(jì)數(shù)脈沖和Q1輸出有下降沿產(chǎn)生輸出有下降沿產(chǎn)生(Q1有上升沿產(chǎn)有上升沿產(chǎn)生生)，而計(jì)數(shù)脈沖在其它時(shí)辰也有下降沿觸發(fā)第級(jí)觸發(fā)器，這，而計(jì)數(shù)脈沖在其它時(shí)辰也有下降沿觸發(fā)第級(jí)觸發(fā)器，這些時(shí)辰的觸發(fā)都是些時(shí)辰的觸發(fā)都是“多余的或無效的；假設(shè)選擇第級(jí)觸發(fā)器多余的或無效的；假設(shè)選擇第級(jí)觸發(fā)器的輸出，只是在的輸出，只是在90時(shí)辰時(shí)辰Q1的跳變沿是的跳變沿是“多余觸發(fā)。

26、多余觸發(fā)。根據(jù)原那么二，選擇根據(jù)原那么二，選擇CP2=Q1( 或或Q1)。根據(jù)以上分析方法，分別選擇第和第級(jí)觸發(fā)器的觸發(fā)根據(jù)以上分析方法，分別選擇第和第級(jí)觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)：信號(hào)：第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：CP3=Q2(或或Q2)。第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：第級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘：CP4=Q1(或或Q1)。第四步：作簡(jiǎn)化形狀轉(zhuǎn)移表第四步：作簡(jiǎn)化形狀轉(zhuǎn)移表目的：根據(jù)各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，得出它們的轉(zhuǎn)移情況。目的：根據(jù)各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，得出它們的轉(zhuǎn)移情況。方法：求出各級(jí)觸發(fā)器在各自被觸發(fā)時(shí)辰的形狀轉(zhuǎn)移情況，方法：求出各級(jí)觸發(fā)器在各自被觸發(fā)時(shí)辰的形狀轉(zhuǎn)移情況，將不被觸發(fā)時(shí)辰的轉(zhuǎn)移形狀作為恣意態(tài)處置。將不被

27、觸發(fā)時(shí)辰的轉(zhuǎn)移形狀作為恣意態(tài)處置。例如：例如：Q1下降或上升沿作為觸發(fā)器和觸發(fā)器的觸下降或上升沿作為觸發(fā)器和觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)，在序號(hào)發(fā)信號(hào)，在序號(hào)1、3、5、7、9這些時(shí)辰受計(jì)數(shù)脈沖觸發(fā)后，這些時(shí)辰受計(jì)數(shù)脈沖觸發(fā)后， Q1產(chǎn)生下降沿產(chǎn)生下降沿Q1產(chǎn)生上升沿觸發(fā)信號(hào)。因此在這些時(shí)辰可產(chǎn)生上升沿觸發(fā)信號(hào)。因此在這些時(shí)辰可以作出觸發(fā)器和觸發(fā)器的形狀轉(zhuǎn)移，而在其他時(shí)辰，不會(huì)以作出觸發(fā)器和觸發(fā)器的形狀轉(zhuǎn)移，而在其他時(shí)辰，不會(huì)被觸發(fā)，其形狀轉(zhuǎn)移可以作恣意態(tài)處置。依此類推。被觸發(fā)，其形狀轉(zhuǎn)移可以作恣意態(tài)處置。依此類推。表6-3-10 例6-8簡(jiǎn)化的形狀轉(zhuǎn)移表nQ3nQ2nQ113 nQ12 nQ11 nQn

28、Q414 nQ0000001111000010 11110nnQQ12nnQQ3414 nQ11 nQZ圖6-3-16 例6-8次態(tài)及輸出函數(shù)卡諾圖12 nQ110000111100001001110nnQQ1211100000011110000100111110nnQQ1200000100011110000100001110nnQQ12000111100001101110nnQQ12nnQQ34nnQQ34nnQQ34nnQQ3413 nQ第五步：求解各級(jí)觸發(fā)器的形狀轉(zhuǎn)移方程和輸出方程。第五步：求解各級(jí)觸發(fā)器的形狀轉(zhuǎn)移方程和輸出方程。nnnnnnnnnnnnnQQZCPQQQQQQQQQQQ

29、QQQ14111124122313142314 第六步：檢驗(yàn)自啟動(dòng)特性第六步：檢驗(yàn)自啟動(dòng)特性方法：假設(shè)計(jì)數(shù)器處于偏離態(tài)中的恣意一個(gè)形狀，根據(jù)形方法：假設(shè)計(jì)數(shù)器處于偏離態(tài)中的恣意一個(gè)形狀，根據(jù)形狀轉(zhuǎn)移方程確定其次態(tài)，檢查該次態(tài)能否為有效形狀或最終能狀轉(zhuǎn)移方程確定其次態(tài)，檢查該次態(tài)能否為有效形狀或最終能否轉(zhuǎn)移到有效形狀。否轉(zhuǎn)移到有效形狀。分析闡明：該電路具有自啟動(dòng)特性。分析闡明：該電路具有自啟動(dòng)特性。12nQ11nQ13nQ14nQ表6-3-11 例6-8偏離形狀檢驗(yàn)nQ1nQ2nQ3nQ40001001000110101010000001001100001100111圖6-3-17 例6-8形狀

30、轉(zhuǎn)移圖110011011010101111111110根據(jù)形狀轉(zhuǎn)移表和偏離形狀的檢驗(yàn)結(jié)果，可以作出形狀轉(zhuǎn)根據(jù)形狀轉(zhuǎn)移表和偏離形狀的檢驗(yàn)結(jié)果，可以作出形狀轉(zhuǎn)移圖。非必要步驟移圖。非必要步驟1J1K4Q4C1Q4&R1J1K3Q3C1R&1J1K2Q2C1R1J1K1Q1C1R1ZRDCP圖6-3-18 例6-8采用J-K觸發(fā)器的邏輯圖第七步：畫邏輯電路圖第七步：畫邏輯電路圖下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)1D4Q4C1Q4R&1Z1D3Q3C1Q3R1D2Q2C1Q2R&1D1Q1C1Q1RRDCP圖6-3-19 例6-8采用D觸發(fā)器的邏輯圖上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)6.3.4 采

31、用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)恣意模值計(jì)數(shù)采用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)恣意模值計(jì)數(shù)(分頻分頻)器器運(yùn)用運(yùn)用N進(jìn)制中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)恣意模值進(jìn)制中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)恣意模值M(MN)計(jì)數(shù)分頻計(jì)數(shù)分頻器時(shí)，主要是從器時(shí)，主要是從N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的形狀轉(zhuǎn)移表中騰躍進(jìn)制計(jì)數(shù)器的形狀轉(zhuǎn)移表中騰躍(NM)個(gè)形個(gè)形狀，從而得到狀，從而得到M個(gè)形狀轉(zhuǎn)移的個(gè)形狀轉(zhuǎn)移的M計(jì)數(shù)分頻器。計(jì)數(shù)分頻器。利用去除端復(fù)位法利用去除端復(fù)位法當(dāng)中規(guī)模當(dāng)中規(guī)模N進(jìn)制計(jì)數(shù)器從進(jìn)制計(jì)數(shù)器從S0形狀開場(chǎng)計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖輸形狀開場(chǎng)計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖輸入入M個(gè)脈沖后，個(gè)脈沖后， N進(jìn)制計(jì)數(shù)器處于進(jìn)制計(jì)數(shù)器處于SM形狀。假設(shè)利用形狀。假設(shè)利用SM形狀形狀產(chǎn)生一個(gè)去除

32、信號(hào)，加到去除端，使計(jì)數(shù)器前往到產(chǎn)生一個(gè)去除信號(hào)，加到去除端，使計(jì)數(shù)器前往到S0形狀，這形狀，這樣就騰躍了樣就騰躍了(NM)個(gè)形狀，從而實(shí)現(xiàn)模值為個(gè)形狀，從而實(shí)現(xiàn)模值為M的計(jì)數(shù)分頻。的計(jì)數(shù)分頻。 例6-9 利用位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模10計(jì)數(shù)分頻。解模解模10計(jì)數(shù)分頻要求在輸入計(jì)數(shù)分頻要求在輸入10個(gè)脈沖后前往到個(gè)脈沖后前往到0000，且，且輸出一個(gè)脈沖。位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器共有輸出一個(gè)脈沖。位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器共有16個(gè)形狀，因此需個(gè)形狀，因此需求在計(jì)數(shù)器的根底上添加判別和清零信號(hào)產(chǎn)生電路。當(dāng)電路形求在計(jì)數(shù)器的根底上添加判別和清零信號(hào)產(chǎn)生電路。當(dāng)電路形狀為狀為1010時(shí)，產(chǎn)生清零信號(hào)，使得計(jì)數(shù)器

33、清零，回到時(shí)，產(chǎn)生清零信號(hào)，使得計(jì)數(shù)器清零，回到0000形狀。形狀。CTRDIV16CT54/74161LDCTPCTT+CPQ3 Q2 Q1 Q01CPCRD3 D2 D1 D0&G1vO1G2G3QQZ圖6-3-20 例6-9邏輯圖判別電路判別電路清清零零信信號(hào)號(hào)產(chǎn)產(chǎn)生生電電路路當(dāng)?shù)诋?dāng)?shù)?0個(gè)脈沖上升個(gè)脈沖上升沿輸入后，計(jì)數(shù)器形狀沿輸入后，計(jì)數(shù)器形狀為為1010，vO1=0，使得觸，使得觸發(fā)器發(fā)器Q端為端為0，從而將計(jì)，從而將計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖數(shù)器清零。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖下降沿到達(dá)后，下降沿到達(dá)后，Q端變?yōu)槎俗優(yōu)?，清零信號(hào)被撤除，且，清零信號(hào)被撤除，且Z 端 輸 出 一 個(gè) 脈 沖

34、。端 輸 出 一 個(gè) 脈 沖 。CPQ0Q1Q2Q3vO1圖6-3-21 例6-9時(shí)序圖10987654321CR(Q)電路的任務(wù)時(shí)序：電路的任務(wù)時(shí)序：觸發(fā)器置觸發(fā)器置0計(jì)數(shù)器清計(jì)數(shù)器清0清清0信號(hào)被撤除，信號(hào)被撤除，Z端輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖端輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖觸發(fā)器堅(jiān)持觸發(fā)器堅(jiān)持思索：為什么不用思索：為什么不用vO1直接加到計(jì)數(shù)器清零端，而要采用直接加到計(jì)數(shù)器清零端，而要采用觸發(fā)器作為清零信號(hào)產(chǎn)生電路？觸發(fā)器作為清零信號(hào)產(chǎn)生電路？思索題解答：思索題解答：將將vO1直接加到計(jì)數(shù)器清零端是可以實(shí)現(xiàn)清零的。但是假直接加到計(jì)數(shù)器清零端是可以實(shí)現(xiàn)清零的。但是假設(shè)集成器件各觸發(fā)器在翻轉(zhuǎn)過程中，由于速度不等，就

35、能夠不設(shè)集成器件各觸發(fā)器在翻轉(zhuǎn)過程中，由于速度不等，就能夠不能使全部觸發(fā)器置能使全部觸發(fā)器置0。采用觸發(fā)器后，。采用觸發(fā)器后，Q端輸出的清零信號(hào)寬度端輸出的清零信號(hào)寬度和計(jì)數(shù)脈沖和計(jì)數(shù)脈沖CP=1的繼續(xù)時(shí)間一樣，可確保計(jì)數(shù)器可靠清零。的繼續(xù)時(shí)間一樣，可確保計(jì)數(shù)器可靠清零。去除端復(fù)位法歸納：去除端復(fù)位法歸納：這種方法比較簡(jiǎn)單，復(fù)位信號(hào)的產(chǎn)生電路是一種固定的構(gòu)這種方法比較簡(jiǎn)單，復(fù)位信號(hào)的產(chǎn)生電路是一種固定的構(gòu)造方式。只需將計(jì)數(shù)模值造方式。只需將計(jì)數(shù)模值M的二進(jìn)制代碼中的二進(jìn)制代碼中1的輸出銜接至判別的輸出銜接至判別電路的輸入端，即可實(shí)現(xiàn)模值為電路的輸入端，即可實(shí)現(xiàn)模值為M的計(jì)數(shù)分頻。的計(jì)數(shù)分頻。這

36、種方法對(duì)于分頻比要求較大的情況下，運(yùn)用更加方便。這種方法對(duì)于分頻比要求較大的情況下，運(yùn)用更加方便。思索：假設(shè)計(jì)數(shù)器為同步清零，該如何處置？思索：假設(shè)計(jì)數(shù)器為同步清零，該如何處置？演演 示示CTRDIV10CT54/74160LD CTP圖6-3-22 采用3片CT54/74160同步二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成853計(jì)數(shù)分頻電路COCTT+CP8421CTRDIV10CT54/74160LD CTPCOCTT8421CTRDIV10CT54/74160LD CTPCOCTT84211CP+CP+CPCRCRCR&G3G2G1Q853個(gè)位個(gè)位十位十位百位百位利用置入控制端的置位法利用置入控制端的

37、置位法利用中規(guī)模集成器件的置入控制端，以置入某一固定二進(jìn)制利用中規(guī)模集成器件的置入控制端，以置入某一固定二進(jìn)制數(shù)值的方法，從而使數(shù)值的方法，從而使N進(jìn)制計(jì)數(shù)騰躍進(jìn)制計(jì)數(shù)騰躍(NM)個(gè)形狀，實(shí)現(xiàn)模值為個(gè)形狀，實(shí)現(xiàn)模值為M的計(jì)數(shù)分頻。的計(jì)數(shù)分頻。例例6-10 運(yùn)用位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器運(yùn)用位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器CT54161，實(shí)現(xiàn)模，實(shí)現(xiàn)模10計(jì)計(jì)數(shù)分頻。數(shù)分頻。解解CT54161CT54161共有共有1616個(gè)形個(gè)形狀，因此要騰躍狀，因此要騰躍(16-10)=6(16-10)=6個(gè)個(gè)形狀。假設(shè)以計(jì)數(shù)器滿值輸出形狀。假設(shè)以計(jì)數(shù)器滿值輸出COCO作為置入控制信號(hào)，由于該作為置入控制信號(hào)，由于該計(jì)數(shù)器為同步置

38、數(shù)，所以數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器為同步置數(shù)，所以數(shù)據(jù)輸入端輸入端D3D3D0D0應(yīng)接數(shù)據(jù)為應(yīng)接數(shù)據(jù)為0110(6)0110(6)。CTRDIV16CT54/74161LDCTPCTT+CPQ3 Q2 Q1 Q01CPCRD3 D2 D1 D01圖6-3-23 例6-10電路構(gòu)造84210110CO表6-3-12 圖6-3-23所示電路形狀轉(zhuǎn)移表形狀轉(zhuǎn)移情況：形狀轉(zhuǎn)移情況：歸納：歸納：該置位預(yù)置方法中的電該置位預(yù)置方法中的電路構(gòu)造是一種固定構(gòu)造。路構(gòu)造是一種固定構(gòu)造。假設(shè)需求改動(dòng)模值假設(shè)需求改動(dòng)模值M，只需改動(dòng)置數(shù)輸入端只需改動(dòng)置數(shù)輸入端D3D0的的輸入數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)為(2n-M)的二進(jìn)制代的二進(jìn)制代碼。碼。

39、該種方法的計(jì)數(shù)順序不該種方法的計(jì)數(shù)順序不是從是從0000開場(chǎng)的，所騰躍的形開場(chǎng)的，所騰躍的形狀是從狀是從0000開場(chǎng)騰躍的。開場(chǎng)騰躍的。置數(shù)置數(shù)演演 示示表6-3-13 圖6-3-24所示電路形狀轉(zhuǎn)移表CTRDIV16CT54/74161LDCTPCTT+CPQ3 Q2 Q1 Q01CPCRD3 D2 D1 D01圖6-3-24 例6-11電路構(gòu)造之一84210101CO例例6-11運(yùn)用位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器運(yùn)用位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器CT54161，實(shí)現(xiàn)模，實(shí)現(xiàn)模12計(jì)計(jì)數(shù)分頻，要求計(jì)數(shù)器從數(shù)分頻，要求計(jì)數(shù)器從0000開場(chǎng)計(jì)數(shù)。開場(chǎng)計(jì)數(shù)。解解1 1根據(jù)要求，置入控制信號(hào)應(yīng)由全根據(jù)要求，置入控制信號(hào)應(yīng)由全0 0判別電路產(chǎn)生。判別電路產(chǎn)生。結(jié)論：置入端輸入的數(shù)據(jù)結(jié)論：置入端輸入的數(shù)據(jù)應(yīng)為應(yīng)為(2n-M+1)(2n-M+1)的二進(jìn)制代碼。的二進(jìn)制代碼。表6-3-14 圖6-3-25所示電路形狀轉(zhuǎn)移表CTRDIV16CT54/74161LDCTPCTT+CPQ3 Q2 Q1 Q01CPCRD3 D2 D1 D01圖6-3-25 例6-11電路構(gòu)造之二8421011CO12解解2 2采用圖采用圖6-3-256-3-25所示電路構(gòu)造，在所示電路構(gòu)造，在Q3Q3Q0Q0輸出端可得到輸出端可得到方波信號(hào)。方波信號(hào)。 1)2(21MnD2D1D0的并行輸入數(shù)據(jù)的并行輸入數(shù)據(jù)為為的二進(jìn)