第5章同步時序邏輯電路

1、12什么是同步時序邏輯電路時序邏輯電路存儲部件基本元素：觸發(fā)器同步時序邏輯電路的分析同步時序邏輯電路的設(shè)計3數(shù)字邏輯電路按其工作特點可以分成兩大類：組合數(shù)字邏輯電路按其工作特點可以分成兩大類：組合邏輯電路和時序邏輯電路。邏輯電路和時序邏輯電路。組合邏輯電路是指：電路在任何時刻所產(chǎn)生的輸出，組合邏輯電路是指：電路在任何時刻所產(chǎn)生的輸出，都僅取決于該時刻電路的輸入。都僅取決于該時刻電路的輸入。時序邏輯電路是指：任何時刻電路的輸出不但取決時序邏輯電路是指：任何時刻電路的輸出不但取決于該時刻電路的輸入，還取決于電路過去的輸入。于該時刻電路的輸入，還取決于電路過去的輸入。時序邏輯電路按其工作方式不同，又

2、分為同步時序時序邏輯電路按其工作方式不同，又分為同步時序邏輯電路（有統(tǒng)一的時鐘信號）和異步時序邏輯電路邏輯電路（有統(tǒng)一的時鐘信號）和異步時序邏輯電路（無統(tǒng)一的時鐘信號）（無統(tǒng)一的時鐘信號） 。本章介紹同步時序邏輯電路的分析和設(shè)計。本章介紹同步時序邏輯電路的分析和設(shè)計。41JC11K1JC11K1JC11K&FF1FF0FF2ZCPQ2Q1Q0CP1JC11K1JC11K1JC11K&FF1FF0FF2ZQ2Q1Q0同步時序邏輯電路: :異步時序邏輯電路: :所有的所有的CPCP是接在一起是接在一起的，所以同時動作的，所以同時動作時序脈沖只接入了第一時序脈沖只接入了第一塊觸發(fā)器，

3、異步動作塊觸發(fā)器，異步動作55.1 同步時序邏輯電路模型 同步時序邏輯電路是一種與時序有關(guān)的電路，一同步時序邏輯電路是一種與時序有關(guān)的電路，一般說來，它是由組合電路和存儲電路兩部分組成，并般說來，它是由組合電路和存儲電路兩部分組成，并形成反饋回路。下圖是同步時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型。形成反饋回路。下圖是同步時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型。xixnyr時鐘y1YrZmZ1Y1組合邏輯存儲元件67Moore機模型:狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時鐘Mealy機模型：狀態(tài)寄存器次態(tài)邏輯輸出邏輯輸出輸入時鐘這里就是Moore狀態(tài)機和Mealy的不同所在,Mealy機模型的輸出與輸入有關(guān)。Mealy:輸出不僅

4、與存儲電路的狀態(tài)Q有關(guān)，而且與外部輸入X也有關(guān)。Moore:輸出僅與存儲電路的狀態(tài)Q有關(guān)，而與輸入X無直接關(guān)系?；蛘邲]有單獨的輸出。85.1.2 同步時序邏輯電路的描述91、Mealy型同步時序電路狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出 輸入xy(n+1) /Zy狀態(tài)表由狀態(tài)表由現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)，次態(tài)次態(tài)和和輸出輸出組成。表格的左邊自組成。表格的左邊自上而下列出電路的全部現(xiàn)態(tài)，表格的上方從左到右列上而下列出電路的全部現(xiàn)態(tài)，表格的上方從左到右列出輸入的全部組合，表格中間則列出對應(yīng)不同輸入組出輸入的全部組合，表格中間則列出對應(yīng)不同輸入組合和現(xiàn)態(tài)下的次態(tài)和輸出。合和現(xiàn)態(tài)下的次態(tài)和輸出。10輸入xy現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出輸出Zy (n

5、+1)、Moore電路的狀態(tài)表如下所示，如下所示，MooreMoore型狀態(tài)表將輸出單獨作為一列。型狀態(tài)表將輸出單獨作為一列。11、狀態(tài)圖YnY n+1Yn/Z1Yn+1/Z2 X / ZXmealy型Moore型125.2 觸發(fā)器觸發(fā)器：計算機中能夠存放二進制信息的基本單觸發(fā)器：計算機中能夠存放二進制信息的基本單元器件，一個一位的觸發(fā)器有兩個邏輯上互為反的輸元器件，一個一位的觸發(fā)器有兩個邏輯上互為反的輸出端，用來存儲一位二進制信息。出端，用來存儲一位二進制信息。 常用的觸發(fā)器有常用的觸發(fā)器有R RS S觸發(fā)器、觸發(fā)器、J JK K觸發(fā)器、觸發(fā)器、T T觸觸發(fā)器、發(fā)器、D D觸發(fā)器觸發(fā)器等，又

6、可以分為等，又可以分為非時鐘觸發(fā)、電平觸非時鐘觸發(fā)、電平觸發(fā)發(fā)以及以及邊沿觸邊沿觸發(fā)三類。發(fā)三類。13141516 同步觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部分的工作狀態(tài)，常在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部分的工作狀態(tài)，常常要求某些觸發(fā)器在同一時刻動作，這樣輸出狀態(tài)受常要求某些觸發(fā)器在同一時刻動作，這樣輸出狀態(tài)受輸入信號直接控制的基本觸發(fā)器就不適用了。輸入信號直接控制的基本觸發(fā)器就不適用了。為此，必須引入同步信號，使這些觸發(fā)器只有在為此，必須引入同步信號，使這些觸發(fā)器只有在同步信號到達時才按輸入信號改變狀態(tài)。同步信號到達時才按輸入信號改變狀態(tài)。由同步信號控制的觸發(fā)器稱為同步觸發(fā)器或鐘控由同步信號控制的觸發(fā)

7、器稱為同步觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器觸發(fā)器，同步信號也叫做時鐘信號，用，同步信號也叫做時鐘信號，用CPCP表示。同步表示。同步控制方式分為控制方式分為鐘控（電平控制）鐘控（電平控制）和和邊沿控制兩類邊沿控制兩類。175.2.1 鐘控D觸發(fā)器18 Qn D=0 D=1 0 0 1 1 0 1Qn+11901 10012001111000DQ從D觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖可得出D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：Q n+1 = DQ n+121鐘控觸發(fā)器存在的“空翻”現(xiàn)象鐘控觸發(fā)器，其觸發(fā)方式均為電位觸發(fā)鐘控觸發(fā)器，其觸發(fā)方式均為電位觸發(fā)（或電平觸發(fā)）。以電位觸發(fā)器方式工作的同（或電平觸發(fā)）。以電位觸發(fā)器方式工作的同步觸發(fā)器，

8、在步觸發(fā)器，在CP=1CP=1的整個期間都接收輸入信號的整個期間都接收輸入信號的變化，若輸入信號變化多次時，則觸發(fā)器的的變化，若輸入信號變化多次時，則觸發(fā)器的狀態(tài)也隨之多次翻轉(zhuǎn)。狀態(tài)也隨之多次翻轉(zhuǎn)。通常把在同一通常把在同一CPCP脈沖下引起觸發(fā)器兩次或脈沖下引起觸發(fā)器兩次或多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為“空翻空翻”。22維持阻塞D觸發(fā)器Q n+1 = D （CP上升沿）上升沿）235 .3 同步時序電路的分析時序電路的分析就是對給定的邏輯電路進行分析時序電路的分析就是對給定的邏輯電路進行分析找出在輸入及時鐘作用下，其電路輸出的變化規(guī)則。找出在輸入及時鐘作用下，其電路輸出的變化規(guī)則。1.1

9、.根據(jù)邏輯電路寫出電路中各觸發(fā)器的激勵方程根據(jù)邏輯電路寫出電路中各觸發(fā)器的激勵方程和電路的輸出方程；和電路的輸出方程；2.2.列出輸入及電路的現(xiàn)態(tài)與輸出次態(tài)的狀態(tài)表；列出輸入及電路的現(xiàn)態(tài)與輸出次態(tài)的狀態(tài)表；3.3.根據(jù)真值表畫出該電路的狀態(tài)圖。根據(jù)真值表畫出該電路的狀態(tài)圖。4.4.根據(jù)狀態(tài)圖說明其功能。根據(jù)狀態(tài)圖說明其功能。24例5.1試分析下圖所示同步時序電路 1 D2 CD1 CQ2Q1CPXZ251.1.寫出各觸發(fā)器的激勵方程及電路的輸出方程：寫出各觸發(fā)器的激勵方程及電路的輸出方程：262.2.建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表273.3.作出狀態(tài)表和狀態(tài)圖作出狀態(tài)表和狀態(tài)圖 Q2 Q

10、1 x = 0 x = 1 0 0 0 0 / 0 0 1 / 0 0 1 1 0 / 0 0 1 / 0 1 1 0 0 / 0 0 1 / 0 1 0 0 0 / 0 0 1 / 1 現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài) 次態(tài)次態(tài) / 輸出輸出 Y2(n+1) Y1（n+1) / Z2800011011X / Z 1 / 01 / 00 / 01 / 10 / 01 / 00 / 00 / 029 1 2 3 4 5 6 7 8 9xY 2y1z這是一個101序列監(jiān)測器！30同步時序電路分析315.4 同步時序邏輯電路設(shè)計第一步、根據(jù)邏輯功能描述確定輸入和輸出。第一步、根據(jù)邏輯功能描述確定輸入和輸出。第二步、根據(jù)邏輯

11、要求，作出原始狀態(tài)圖和狀態(tài)第二步、根據(jù)邏輯要求，作出原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表。表。第三步、狀態(tài)簡化。第三步、狀態(tài)簡化。第四步、狀態(tài)編碼，根據(jù)確定的狀態(tài)數(shù)來確定觸第四步、狀態(tài)編碼，根據(jù)確定的狀態(tài)數(shù)來確定觸發(fā)器個數(shù)。發(fā)器個數(shù)。第五步、求出激勵函數(shù)和輸出函數(shù)表達式。第五步、求出激勵函數(shù)和輸出函數(shù)表達式。第六步、畫出邏輯電路圖。第六步、畫出邏輯電路圖。325.4.1 建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表的一般過程是：建立原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表的一般過程是：假設(shè)一個初始狀態(tài)，從這個初始狀態(tài)出假設(shè)一個初始狀態(tài)，從這個初始狀態(tài)出發(fā)，給出在現(xiàn)有初態(tài)下所有可能的輸入情況發(fā)，給出在現(xiàn)有初態(tài)下所有可能的輸入情況下的所

12、有可能的次態(tài)和輸出。下的所有可能的次態(tài)和輸出。33例例5.2 5.2 假設(shè)某同步時序電路輸入為假設(shè)某同步時序電路輸入為x x，其輸出為，其輸出為Z Z。X X輸入為一組按時間順序排列的串行二進制代碼，輸入為一組按時間順序排列的串行二進制代碼，當(dāng)輸入序列為當(dāng)輸入序列為101101時，輸出時，輸出Z Z為為1 1，否則，否則Z Z為為0 0。試作出。試作出該電路的該電路的MealyMealy型和型和MooreMoore型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。 解 根據(jù)題意。電路典型的輸入和輸出序列； : 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 : 0 0 0 0 0 1

13、 0 0 0 0 0 1 0 1 0 034例5.3同步時序電路的Mealy型原始狀態(tài)表 S0 S0 /0 S1/0 S1 S2 /0 S1 /0 S2 S0/0 S3 /1 S3 S2/0 S1 /0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出 x=0 x=1第一位二進制數(shù)有兩種可能：0和1，令其分別對應(yīng)狀態(tài)S0和S1。然后10對應(yīng)狀態(tài)S2。101對應(yīng)狀態(tài)S3。35S0S1S2S31/10/01/00/0S0S1S2S31/11/00/00/01/01/00/00/0例5.同步時序電路的Mealy型原始狀態(tài)圖36例5.3同步時序電路的Moore型原始狀態(tài)表 S0 S0 S1 S1 S2 S1 S2 S0 S3 S3 S2

14、 S1 現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài) x=0 x=1 0 0 0 1輸出 Z第一位二進制數(shù)有兩種可能：0和1，令其分別對應(yīng)狀態(tài)S0和S1。然后10對應(yīng)狀態(tài)S2。101對應(yīng)狀態(tài)S3。37S0/0S1/0S2/0S3/110101100110例5.同步時序電路的Moore型原始狀態(tài)圖S3/1S2/0S1/0S0/0038例例5.4 5.4 作出作出100100序列檢測電路的序列檢測電路的MealyMealy型和型和MooreMoore型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。型原始狀態(tài)圖及狀態(tài)表。39 S0 S0 /0 S1/0 S1 S2 /0 S1 /0 S2 S3/1 S1 /0 S3 S0/0 S1 /0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出 x=

15、0 x=1405.4.2 狀態(tài)化簡 所謂狀態(tài)化簡，就是從原始狀態(tài)表中消所謂狀態(tài)化簡，就是從原始狀態(tài)表中消去多余的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)表。去多余的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)表。通常采用通常采用觀察法觀察法和和隱含表法隱含表法進行狀態(tài)化進行狀態(tài)化簡。簡。完全確定狀態(tài)表完全確定狀態(tài)表和不完全確定狀態(tài)表的和不完全確定狀態(tài)表的化簡有所不同，分別加以討論。化簡有所不同，分別加以討論。411、完全確定狀態(tài)表的化簡 完全確定狀態(tài)表的化簡就是找到所有等效完全確定狀態(tài)表的化簡就是找到所有等效狀態(tài)并將其合并為一個狀態(tài)的過程。狀態(tài)并將其合并為一個狀態(tài)的過程。歸納出狀態(tài)等效的條件：在所有可能的輸入歸納出狀態(tài)等效的條件：在所有

16、可能的輸入組合下，兩個（或多個）狀態(tài)相應(yīng)的組合下，兩個（或多個）狀態(tài)相應(yīng)的輸出相輸出相同同，次態(tài)，次態(tài)相同、交錯、循環(huán)或等效相同、交錯、循環(huán)或等效，那么這，那么這些狀態(tài)就是等效的。些狀態(tài)就是等效的。42 次態(tài)交錯次態(tài)交錯是指在某種輸入取值下，狀態(tài)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)SiSi的次態(tài)為的次態(tài)為SjSj；而狀態(tài)；而狀態(tài)SjSj的次態(tài)為的次態(tài)為SiSi； 次態(tài)循環(huán)次態(tài)循環(huán)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)是指在某種輸入取值下，狀態(tài)SiSi和和SjSj的次態(tài)為的次態(tài)為SkSk和和Se,Se,而狀態(tài)而狀態(tài)SkSk和和SeSe的次態(tài)為的次態(tài)為SiSi和和SjSj； 次態(tài)等效次態(tài)等效是指在某種輸入組合下，狀態(tài)是

17、指在某種輸入組合下，狀態(tài)SiSi和和SjSj的次態(tài)的次態(tài)SkSk和和SeSe滿足狀態(tài)等效條件。滿足狀態(tài)等效條件。43（1 1）等效關(guān)系的傳遞性：如果狀態(tài)）等效關(guān)系的傳遞性：如果狀態(tài)S1S1和和S2S2等效，等效，狀態(tài)狀態(tài)S2S2和和S3S3也等效，則狀態(tài)也等效，則狀態(tài)S1S1和和S3S3等效。記作等效。記作(S1,S2),(S2,S3) (S1,S3)(S1,S2),(S2,S3) (S1,S3)（2 2）等效類：若干個相互等效的狀態(tài)組成一個）等效類：若干個相互等效的狀態(tài)組成一個等效狀態(tài)類，稱為等效類，若有等效狀態(tài)類，稱為等效類，若有(S1,S2), (S1,S3)(S1,S2), (S1,S

18、3)，則必有則必有(S1,S2,S3),(S1,S2,S3),記作記作 (S1,S2),(S2,S3) (S1,S2,S3)(S1,S2),(S2,S3) (S1,S2,S3)（3 3）最大等效類，如果一個等效類不是其他任）最大等效類，如果一個等效類不是其他任何等效類的子集，該等效類就為最大等效類。何等效類的子集，該等效類就為最大等效類。原始狀態(tài)表的化簡過程就是尋找原始狀態(tài)表的化簡過程就是尋找最大等效類并將最大等效類的所最大等效類并將最大等效類的所有狀態(tài)合并為一個狀態(tài)的過程有狀態(tài)合并為一個狀態(tài)的過程44例、化簡例、化簡101序列檢測電路的原始狀態(tài)表序列檢測電路的原始狀態(tài)表 S0 S0 /0 S

19、1/0 S1 S2 /0 S1 /0 S2 S0/0 S3 /1 S3 S2/0 S1 /0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出 x=0 x=145 S0 S0 /0 S1/0 S1 S2 /0 S1 /0 S2 S3/0 S1 /1 S3 S0/0 S1 /0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出 x=0 x=1例、化簡例、化簡100100序列檢測電路的原始狀態(tài)表序列檢測電路的原始狀態(tài)表46例、用觀察法化簡如下給出的原始狀態(tài)表。例、用觀察法化簡如下給出的原始狀態(tài)表。 A A /0 C/0 B A /0 C /0 C B/0 D/0 D B/0 D/1 E D/1 F/0 F D/1 E/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài)/輸出輸出 x=0 x=147 A

20、A /0 C/0 C B/0 D/0 D B/0 D/1 E D/1 E/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài)/輸出輸出 x=0 x=1觀察法一般只適用于簡單狀態(tài)表的簡化。48例、用隱含表例、用隱含表法對如下所示法對如下所示原始狀態(tài)表進原始狀態(tài)表進行化簡。行化簡。 A C/0 B/1 B F/0 A/1 C D/0 G/0 D D/1 E/0 E C/0 E/1 F D/0 G/0 G C/1 D/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài)/輸出輸出 x=0 x=149解：第一步、作隱含表解：第一步、作隱含表隱含表是一個直角三角形網(wǎng)格，橫向和縱向隱含表是一個直角三角形網(wǎng)格，橫向和縱向格數(shù)相同，即等于原始狀態(tài)表中的狀態(tài)數(shù)減一。格數(shù)相同，即等于原

21、始狀態(tài)表中的狀態(tài)數(shù)減一。隱含表中橫向從左向右按原始狀態(tài)表中的狀隱含表中橫向從左向右按原始狀態(tài)表中的狀態(tài)順序依次標(biāo)上第一個狀態(tài)至倒數(shù)第二個狀態(tài)的態(tài)順序依次標(biāo)上第一個狀態(tài)至倒數(shù)第二個狀態(tài)的狀態(tài)名稱，而縱向自上到下依次標(biāo)上第二個狀態(tài)狀態(tài)名稱，而縱向自上到下依次標(biāo)上第二個狀態(tài)至最后一個狀態(tài)的狀態(tài)名稱。如圖（至最后一個狀態(tài)的狀態(tài)名稱。如圖（a a）所示。）所示。50A B C D E FBCDEFG（a）將狀態(tài)兩兩判別是否等效，將狀態(tài)兩兩判別是否等效，得到圖（得到圖（b b）所示隱含表。）所示隱含表。51第二步、尋找等效狀態(tài)對。第二步、尋找等效狀態(tài)對。通常，先將水平方向的狀態(tài)通常，先將水平方向的狀態(tài)A

22、A與縱向的所有狀態(tài)與縱向的所有狀態(tài)一一比較，一一比較， 再將水平方向的狀態(tài)再將水平方向的狀態(tài)B B與縱向的所有狀態(tài)與縱向的所有狀態(tài)一一比較一一比較, ,依次類推橫向和縱向的所有狀態(tài)都一一比依次類推橫向和縱向的所有狀態(tài)都一一比較。較。如果兩個狀態(tài)等效，則在隱含表的相應(yīng)方格中標(biāo)如果兩個狀態(tài)等效，則在隱含表的相應(yīng)方格中標(biāo)以以“” “” ，兩個狀態(tài)不等效，則在隱含表的相應(yīng)方，兩個狀態(tài)不等效，則在隱含表的相應(yīng)方格中標(biāo)以格中標(biāo)以 “ “”。52CD DE BE AE CF CFA B C D E FBCDEFG(b)對圖（對圖（b b）進行）進行修改后，得到下修改后，得到下頁圖（頁圖（c c）所示）所示隱

23、含表隱含表53CD DE BE AE CF CFA B C D E FBCDEFG54第三步、確定最大等效類。第三步、確定最大等效類。第四步、合并最大等效類中的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)第四步、合并最大等效類中的狀態(tài)，得到最小化狀態(tài)表如下。表如下。 a b/0 a/1 b c/0 d/0 c c/1 a/0 d b/1 c/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出x=0 x=1555.4.3 狀態(tài)編碼 狀態(tài)表中用字母和數(shù)字表示的狀態(tài)用一狀態(tài)表中用字母和數(shù)字表示的狀態(tài)用一組二進制代碼來代替，這就叫做組二進制代碼來代替，這就叫做狀態(tài)編碼狀態(tài)編碼，或者叫做或者叫做狀態(tài)賦值狀態(tài)賦值，也稱，也稱狀態(tài)分配狀態(tài)分配。狀態(tài)賦。狀態(tài)賦值首先

24、要確定的是所涉及的電路中觸發(fā)器的值首先要確定的是所涉及的電路中觸發(fā)器的個數(shù)：個數(shù)：n n個觸發(fā)器可以表示個觸發(fā)器可以表示2 2n n個狀態(tài)。個狀態(tài)。 56狀態(tài)分配必須遵守的基本原則如下（1 1）如果狀態(tài)表中某些狀態(tài)在同一輸入條件下次態(tài)相同，如果狀態(tài)表中某些狀態(tài)在同一輸入條件下次態(tài)相同，或者在不同輸入條件下次態(tài)組合相同，那么，應(yīng)盡可能給這或者在不同輸入條件下次態(tài)組合相同，那么，應(yīng)盡可能給這些狀態(tài)分配相鄰的代碼。些狀態(tài)分配相鄰的代碼。（2 2）狀態(tài)表中同一現(xiàn)態(tài)在不同輸入條件下的次態(tài)應(yīng)盡可）狀態(tài)表中同一現(xiàn)態(tài)在不同輸入條件下的次態(tài)應(yīng)盡可能分配相鄰的代碼。能分配相鄰的代碼。 （3 3）如果狀態(tài)表中某些狀

25、態(tài)有相同的輸出，那么，應(yīng)）如果狀態(tài)表中某些狀態(tài)有相同的輸出，那么，應(yīng)盡可能給這些狀態(tài)分配相鄰的代碼。盡可能給這些狀態(tài)分配相鄰的代碼。（4 4）狀態(tài)表中出現(xiàn)次數(shù)最多的狀態(tài)分配為邏輯）狀態(tài)表中出現(xiàn)次數(shù)最多的狀態(tài)分配為邏輯0 0。57 S0 S0 /0 S3/0 S2 S0/0 S3 /1 S3 S2/0 S3 /0現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài)/輸出輸出 x=0 x=1例、為化簡后的101序列檢測器的狀態(tài)表中的狀態(tài)進行編碼58 01 01 /0 00/0 11 01/0 00 /1 00 11/0 00/0現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)Q1Q0次態(tài)次態(tài)/輸出輸出 x=0 x=1編碼后的101序列檢測電路狀態(tài)表59例、對如下所示狀態(tài)表

26、進行狀態(tài)分配n B/1n A/1n Dn D/0n B/0n Cn A/0n C/0n Bn D/0n C/0n An x=0 x=1 n 次態(tài)/輸出現(xiàn)態(tài)60根據(jù)分配原則，確定以00代替A，以01代替B，以10代替C，以11代替D。將上述二進制代碼代入狀態(tài)表中就得到如下所示的二進制狀態(tài)表。n 11/0n 01/0n 1 0n 01/1n 00/1n 1 1n 00/0n 10/0n 0 1n 11/0n 10/0n 0 0n x=0 x=1 n次態(tài)Q1(n+1)Q0(n+1)/輸出 現(xiàn)態(tài) Q1Q0615.4.4 確定激勵函數(shù)和輸出函數(shù)1 1、根據(jù)編碼后的狀態(tài)表寫出次態(tài)方程、輸出方、根據(jù)編碼后的

27、狀態(tài)表寫出次態(tài)方程、輸出方程；程；2 2、確定你在所設(shè)計的電路中要使用的觸發(fā)器的、確定你在所設(shè)計的電路中要使用的觸發(fā)器的類型，將次態(tài)方程轉(zhuǎn)化為與所選用的觸發(fā)器對應(yīng)的類型，將次態(tài)方程轉(zhuǎn)化為與所選用的觸發(fā)器對應(yīng)的特征方程形式；特征方程形式；3 3、對應(yīng)給出觸發(fā)器的激勵方程。、對應(yīng)給出觸發(fā)器的激勵方程。62 01 01 /0 00/0 11 01/0 00 /1 00 11/0 00/0現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)Q1Q0次態(tài)次態(tài)/輸出輸出 x=0 x=1寫101序列檢測電路的激勵方程與輸出方程631)寫各個觸發(fā)器的次態(tài)方程和電路的輸出方程：（卡諾圖直接得到化簡后的方程） 1 0 0 0 0 0 d d00011110

28、0 1 1 0 1 0 1 0 d d000111100 1 0 0 0 0 0 1 d d00011110Q1(n+1) Q0(n+1) ZQ1Q0 Q1Q0 Q1Q0 x x x Q1(n+1)=Q0 x Q0(n+1)=x Z=Q1 x 0 1642) 確定觸發(fā)器類型，寫激勵方程n選擇D觸發(fā)器：n選擇JK觸發(fā)器D1=Q0 x D0=x J1= Q0 xK1=Q0 xJ0= xK0=x 65最后根據(jù)激勵方程和輸出方程畫出電路圖:一般，先畫觸發(fā)器，再畫組合電路部分66通常，當(dāng)所設(shè)計電路中觸發(fā)器所能表示的狀態(tài)數(shù)通常，當(dāng)所設(shè)計電路中觸發(fā)器所能表示的狀態(tài)數(shù)大于電路所需的工作狀態(tài)數(shù)時，需對所設(shè)計電路

29、的實大于電路所需的工作狀態(tài)數(shù)時，需對所設(shè)計電路的實際工作狀態(tài)進行討論。目的在于：電路萬一偶然進入際工作狀態(tài)進行討論。目的在于：電路萬一偶然進入無效狀態(tài)，檢查是否能在輸入信號作用下進入有效狀無效狀態(tài)，檢查是否能在輸入信號作用下進入有效狀態(tài)，如果可以進入，則稱為具有態(tài)，如果可以進入，則稱為具有自恢復(fù)功能自恢復(fù)功能，否則稱，否則稱為為“掛起掛起”；另外，電路萬一偶然進入無效狀態(tài)，檢；另外，電路萬一偶然進入無效狀態(tài)，檢查是否會產(chǎn)生錯誤輸出信號查是否會產(chǎn)生錯誤輸出信號, ,即輸出即輸出1 1。 若出現(xiàn)若出現(xiàn)“掛起掛起”現(xiàn)象或錯誤輸出現(xiàn)象，則需對該現(xiàn)象或錯誤輸出現(xiàn)象，則需對該電路進行修改，否則，難以保證所

30、設(shè)計電路的工作可電路進行修改，否則，難以保證所設(shè)計電路的工作可靠性，甚至破壞電路的正常工作?？啃?，甚至破壞電路的正常工作。 討論的過程其實就是對所設(shè)計電路進行再分析。討論的過程其實就是對所設(shè)計電路進行再分析。67 0 0 0 0 0 1 d d Q1Q0 zx 0 100011110Z = Q1Q0 x必須看作“0”68修改后的電路694、同步時序邏輯設(shè)計舉例例、檢測串行二進制序列，當(dāng)連續(xù)輸入三個（或例、檢測串行二進制序列，當(dāng)連續(xù)輸入三個（或三個以上）三個以上）1 1 時，序列檢測器的輸出為時，序列檢測器的輸出為1 1 。其他情況。其他情況下輸出為下輸出為 0 0 。1 1）、確定輸入輸出。）

31、、確定輸入輸出。x:x:輸入；輸入；Z Z：輸出：輸出702）、作出原始狀態(tài)表如下n S3/1n S0/0n S3n S3/1n S0/0n S2n S2/0n S0/0n S1n S1/0n S0/0n S0n x=1n x=0n現(xiàn)現(xiàn) 態(tài)態(tài)次態(tài)次態(tài) / 輸出輸出71根據(jù)原始狀態(tài)表得出的狀態(tài)圖ABCD1/00/01/01/11/10/00/00/0723、狀態(tài)化簡n S2/1n S0/0n S2n S2/0n S0/0n S1n S1/0n S0/0n S0n x=1n x=0n現(xiàn) 態(tài)次態(tài) / 輸出通過觀察法可簡化原始狀態(tài)表，結(jié)果如下：734、狀態(tài)分配（或狀態(tài)編碼）n第一原則第一原則：(S1,

32、S2) 相鄰，相鄰， (S0,S1) 相鄰相鄰，n (S0,S2) 相鄰相鄰n第二原則第二原則： (S0,S1) 相鄰相鄰， (S0,S2) 相鄰相鄰n第三原則第三原則： (S0,S1) 相鄰相鄰，(輸出相同）輸出相同） n第四原則第四原則： S0為邏輯零故：（為邏輯零故：（S1,S2）相鄰）相鄰（S0,S1）相鄰）相鄰n最大限度滿足上述條件的一種編碼方案可以是最大限度滿足上述條件的一種編碼方案可以是：nS0=00 S1=01 S2=1174狀態(tài)編碼后的狀態(tài)表次態(tài)次態(tài) / 輸出輸出Q1 n+1 Q0 n+1/Zn 11/1n 00/0n 11n 11/0n 00/0n 01n n x=1n x

33、=0n現(xiàn)現(xiàn) 態(tài)態(tài)nQ1Q00000/001/0755、列出激勵函數(shù)和輸出函數(shù)表達式n寫出各個觸發(fā)器的次態(tài)方程和電路的寫出各個觸發(fā)器的次態(tài)方程和電路的輸出方程；輸出方程；n確定所使用的觸發(fā)器類型；確定所使用的觸發(fā)器類型；n變換次態(tài)方程，使之對應(yīng)所選擇的觸變換次態(tài)方程，使之對應(yīng)所選擇的觸發(fā)器特征方程形式，從而寫出各個觸發(fā)器特征方程形式，從而寫出各個觸發(fā)器的激勵方程；發(fā)器的激勵方程；J0=xK0 = xJ1=y1xK1 = xZ = y2 x766、畫出邏輯圖時鐘x k0j 0k1j1Q0Q1z777、判斷并處理掛起現(xiàn)象 0 0 0 0 0 1 d d Q1Q0 zx 0 100011110Z =

34、Q1Q0 x必須看作“0”一旦電路進入無一旦電路進入無效狀態(tài)效狀態(tài)1010不管輸入不管輸入X X是是1 1還是還是0 0，經(jīng)過一個，經(jīng)過一個時鐘周期，電路可以時鐘周期，電路可以進入有效狀態(tài)，不存進入有效狀態(tài)，不存在在“掛起掛起”現(xiàn)象。但現(xiàn)象。但從電路輸出看，若電從電路輸出看，若電路處于無效狀態(tài)路處于無效狀態(tài)1010，當(dāng)當(dāng)X X輸入為輸入為1 1時，將錯時，將錯誤地輸出誤地輸出1 1，需對輸，需對輸出函數(shù)表達式作適當(dāng)出函數(shù)表達式作適當(dāng)修改。修改。78z時鐘x k0j 0k1j1Q0設(shè)計完成的邏輯電路圖如下所示：設(shè)計完成的邏輯電路圖如下所示：Q179設(shè)計舉例：設(shè)計一個八進制加法計數(shù)器1 1、確定輸

35、入輸出：無輸入（、確定輸入輸出：無輸入（CPCP不作為輸不作為輸入看待）；入看待）；Z:Z:輸出輸出2 2、給出原始狀態(tài)表：一般情況下，作原、給出原始狀態(tài)表：一般情況下，作原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表時，用字母和數(shù)字表示各個始狀態(tài)圖和狀態(tài)表時，用字母和數(shù)字表示各個狀態(tài)。但由于模狀態(tài)。但由于模8 8計數(shù)器包含明確的八個狀態(tài)。計數(shù)器包含明確的八個狀態(tài)。因此也可用二進制代碼直接來表示狀態(tài)。因此也可用二進制代碼直接來表示狀態(tài)。80計數(shù)器進行加法計數(shù)，若從000狀態(tài)開始，其計數(shù)狀態(tài)分別為000，001，010，011，100，101，110，111，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)移的順序為：000 001 010 011 100 1

36、01 110 111若計數(shù)器進行減法計數(shù)，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)移的順序為：000 111 110 101 100 011 010 00181 000 001 001 010 010 011 011 100 100 101 101 110 110 111 111 000 現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)次次 態(tài)態(tài)編碼后的狀態(tài)表 輸出輸出0000000182寫激勵方程和輸出方程Z = Q2Q1Q0J2 = Q1Q0K2=Q1Q0J1 = Q0K1=Q0J0 = 1K0=183畫電路圖84常用中規(guī)模時序集成電路以及利用中大規(guī)模時序集成電路的設(shè)計方法85計數(shù)器電路(Counter Circuit) 計數(shù)器是一種時序電路，用來計數(shù)計數(shù)器

37、是一種時序電路，用來計數(shù)CPCP脈沖個數(shù)（其中電路脈沖個數(shù)（其中電路的每一種狀態(tài)代表一個的每一種狀態(tài)代表一個CPCP脈沖）?？蓪⒂嫈?shù)器電路按以下幾種脈沖）?？蓪⒂嫈?shù)器電路按以下幾種進行分類：進行分類：按照時鐘脈沖信號的特點分為按照時鐘脈沖信號的特點分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩兩大類一般來講，同步計數(shù)器較異步計數(shù)器具有更高的速度。按大類一般來講，同步計數(shù)器較異步計數(shù)器具有更高的速度。按照電路狀態(tài)編碼規(guī)律分為照電路狀態(tài)編碼規(guī)律分為加法計數(shù)器和減法計數(shù)器加法計數(shù)器和減法計數(shù)器，也有一些，也有一些計數(shù)器既可能實現(xiàn)加計數(shù)又可實現(xiàn)減計數(shù)器，這類計數(shù)器為可計數(shù)器既可能實現(xiàn)加計數(shù)又可實現(xiàn)

38、減計數(shù)器，這類計數(shù)器為可逆計數(shù)器。按照輸出的編碼形式可分為：逆計數(shù)器。按照輸出的編碼形式可分為：二進制計數(shù)器、二二進制計數(shù)器、二十進制計數(shù)器、循環(huán)碼計數(shù)器十進制計數(shù)器、循環(huán)碼計數(shù)器等。按計數(shù)的模數(shù)（或容量）分：等。按計數(shù)的模數(shù)（或容量）分：十進制計數(shù)器、十六進制計數(shù)、六十進制計數(shù)器十進制計數(shù)器、十六進制計數(shù)、六十進制計數(shù)器等。計數(shù)器不等。計數(shù)器不僅用于計數(shù)，還可以用于分頻、定時等應(yīng)用，是時序電路中使僅用于計數(shù)，還可以用于分頻、定時等應(yīng)用，是時序電路中使用最廣的一種。用最廣的一種。 8687表6.6 74193引線功用 引線名稱功用輸入端CrLDD,C,B,ACPuCPD清除預(yù)置控制預(yù)置初始值累

39、加計數(shù)脈沖累減計數(shù)脈沖輸出 端QD, QC, QB, QA QCC QCD計數(shù)值進位輸出借位輸出8874193的功能表 輸 入Cr LD D C B A CPu CPD 輸 出QD QC QB QA 1 0 0 d c b a 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 d c b a 累 加 計 數(shù) 累 減 計 數(shù)8990復(fù)位法如用模大的計數(shù)器實現(xiàn)模小的計數(shù)器可以看出只如用模大的計數(shù)器實現(xiàn)模小的計數(shù)器可以看出只須等狀態(tài)數(shù)計夠要實現(xiàn)的計數(shù)器的模后直接回到須等狀態(tài)數(shù)計夠要實現(xiàn)的計數(shù)器的模后直接回到0 0狀狀態(tài)，跳過剩余的狀態(tài)即可，這可以使用計數(shù)器的清零態(tài)，跳過剩余的狀態(tài)即可，這可以使用計數(shù)器的清零端和置數(shù)端就實現(xiàn)。端和置數(shù)端就實現(xiàn)。91QA QQQr&Q0 Q1 Q2 Q3CP1A B C D LD192置數(shù)法利用清零的方法可以進行模數(shù)的變換，利用清