東南大學信息學院計算機結(jié)構(gòu)與邏輯設計課件08計數(shù)器

1、計算機結(jié)構(gòu)與邏輯設計計算機結(jié)構(gòu)與邏輯設計 強化班強化班04級級（第八次課）lP.409 3.41 Q1 Q2 Q3 Q4 Q4J SH/LDK 74195 CR D1 D2 D3 D4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q4J SH/LDK 74195 CR D1 D2 D3 D4&VccVccCP J K J K Qn+1 功能功能 0 0 0 1 0 置置0 0 0 1 0 0 Qn 保持保持 1 0 1 1 Qn 翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn) 1 1 1 0 1 置置1 1 D Qn+1 0 0 1 1若若J = K 則則J = D Q1 Q2 Q3 Q4 Q4J SH/LDK 74195 CR D1 D2

2、D3 D4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q4J SH/LDK 74195 CR D1 D2 D3 D4&VccVccCPQ11Q21Q31Q41Q12Q22Q32Q421，看成一個8位的移位寄存器Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q82，在在CR端加脈沖（寬度時鐘周期）后，狀端加脈沖（寬度時鐘周期）后，狀態(tài)為態(tài)為00000000（起始狀態(tài)）（起始狀態(tài)）3，由Q6和Q8相與后反饋至串行輸入端（J，K）&4, 4, 從從Q4至至Q5需倒相需倒相( (變反變反) )0000000010000100000001100000011100000111110001111110011111

3、1101111111111110111000111110011111101110011000000010000010010錯誤情況錯誤情況未當成一個未當成一個8 8 位寄存器處理，較繁。位寄存器處理，較繁。將反饋網(wǎng)絡看錯了。將反饋網(wǎng)絡看錯了。最多的問題：對時序的概念不清楚，未最多的問題：對時序的概念不清楚，未考慮競爭問題考慮競爭問題某狀態(tài)時反饋的結(jié)果某狀態(tài)時反饋的結(jié)果不是立刻反映在本狀態(tài)中，而是對下一不是立刻反映在本狀態(tài)中，而是對下一個狀態(tài)發(fā)生影響。如：個狀態(tài)發(fā)生影響。如：錯誤情況考慮競爭的因素在同步系統(tǒng)中，各觸發(fā)器都在時鐘作用后變化，因而波形的變化是落后于時鐘的，所以應取前面的信號00000

4、000000010000000110000001110000011111000111111001111111011111111111101110001111100111111011100110000000100000題題3.293.29：分析圖：分析圖3.293.29電路電路, ,畫出其狀態(tài)轉(zhuǎn)換畫出其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖。 & 1D C1 & 1D C1&X&cpz 外輸入外輸入: X ; : X ; 外輸出外輸出: Z;: Z; 內(nèi)輸入內(nèi)輸入( (狀態(tài)狀態(tài)): Q2,Q1; ): Q2,Q1; 內(nèi)輸出內(nèi)輸出( (激勵激勵): D2,D1 ): D2,D1 一、列方程一

5、、列方程 輸出方程輸出方程 Z = XQ2Q1激勵方程激勵方程 Q1 = XQ2Q2 = XQ2Q1= XQ2+XQ1狀態(tài)方程狀態(tài)方程 Q1n+1 = XnQ2n Q2 n+1 = XnQ2n + XnQ1n二、作狀態(tài)卡諾圖二、作狀態(tài)卡諾圖Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！Q1n+1 = XnQ2n Q2 = XnQ2n + XnQ1n 1 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q1n+！ 1 1二、作狀態(tài)卡諾圖二、作狀態(tài)卡諾圖Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ 1 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q1n+！

6、 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Zn 1Z = XQ2Q1二、作狀態(tài)卡諾圖二、作狀態(tài)卡諾圖Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ 1 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q1n+！ 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Zn 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ Q1n+！/ Zn0 0 0 00 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /1三、作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖三、作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ Q1n+！/ Z

7、n0 0 0 00 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /1000/0X/Z011/00/01/0110/01/0100/01/1主要錯誤11。作狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖時對狀態(tài)的概念未弄清Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ Q1n+！/ Zn0 0 0 00 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /1狀態(tài)是什么？用觸發(fā)器狀態(tài)按一定順用觸發(fā)器狀態(tài)按一定順序排列成的一組代碼序排列成的一組代碼Q2nQ1n當前狀態(tài)當前狀態(tài)Q2n+！ Q1n+！下一狀態(tài)下一狀態(tài)主要錯誤1。作狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖時

8、對狀態(tài)的概念未弄清Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ Q1n+！/ Zn0 0 0 00 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /1有人以XQ2Q1為當前狀態(tài)，以Q2Q1Z為下一狀態(tài)100010主要錯誤22。以Q2Q1 為狀態(tài)原則上可以Q1 = XQ2=X+Q2輸出方程輸出方程 Z = XQ2Q1 激勵方程激勵方程 Q1 = XQ2 Q2 = XQ2Q1= XQ2+XQ1 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 Q1n+1 = Xn +Q2n Q2n +1 = XnQ2n + XnQ1n二、作狀態(tài)卡諾圖二、作狀態(tài)卡諾圖Q2nQ1nX 00 01

9、 11 10 0 1 Q2n+！Q1n+1 = XnQ2n Q2 = XnQ2n + XnQ1n 1 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 1 1 Q1n+！= Xn + Q2n二、作狀態(tài)卡諾圖二、作狀態(tài)卡諾圖Q1n+1 = Xn+Q2n 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q1n+！ 1 1 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！Q2 = XnQ2n + XnQ1n1 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ 1 1Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 1 1 Q1n+！1 二、作狀

10、態(tài)卡諾圖二、作狀態(tài)卡諾圖Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 ZnQ2nQ1nX 00 01 11 10 0 01/0 01/0 01/0 01/0 1 10/0 00/0 11/1 11/0 Q2n+！ Q1n+！/ Zn1三、作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖三、作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Q2nQ1nX 00 01 11 10 0 1 Q2n+！ Q1n+！/ Zn01/0 01/0 01/0 01/010/0 00/0 11/1 11/0000/0X/Z101/00/01/0110/01/0010/00/0不少人公式用的是Q1n+1 = Xn+Q2n 因而卡諾圖中填的是因而卡諾圖中填的是Q2Q1，但卡諾圖的，但卡

11、諾圖的坐標使用的是坐標使用的是Q2Q1，造成了當前狀態(tài)與，造成了當前狀態(tài)與下一狀態(tài)的不一致。下一狀態(tài)的不一致。實驗時間實驗時間(1(1班）班） 平均平均19.1619.16小時小時 最高最高 41.0941.09小時，最少小時，最少 3.843.84小時小時 4 4人低于人低于10 10 小時，小時，8 8人大于人大于2525小時小時一，復習題一，復習題計數(shù)器的特點是什么？為什么說計計數(shù)器的特點是什么？為什么說計數(shù)器是一個狀態(tài)環(huán)？數(shù)器是一個狀態(tài)環(huán)？計數(shù)器的計數(shù)器的4 4個定語是什么？怎樣個定語是什么？怎樣理解？理解？寫出同步模寫出同步模5 5遞減計數(shù)器的狀態(tài)遞減計數(shù)器的狀態(tài)圖圖10001101

12、0001000/0/0/0/0/11000110100010000/01/01/01/01/10/00/00/01/00/1讀讀74LS19374LS193的功能表的功能表CP+ CP- CR LD A B C D QA QB QC QD 1 0 0 0 0 0 0 a b c d a b c d 1 0 1 加法計加法計數(shù)數(shù) 1 0 1 減法計減法計數(shù)數(shù) 1 1 0 1 保持保持讀邏輯符號讀邏輯符號,寫出其狀態(tài)圖寫出其狀態(tài)圖 CTRGIV10EN1M2DOWNM3UP 2CT=01, 2- -/3+ 3CT=9G4G55D + - - ENMCPLDD0D1D2D3Qcc/QCBQ0Q1Q2

13、Q3 LD A數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) B輸入輸入 C D時鐘時鐘 CP加加/ /減減M S QA QB QC QDQcc/QcB QcB 7 8 9 0 1 2 2 2 1 0 9 8 7置數(shù)置數(shù) 加計數(shù)加計數(shù) 保持保持 減計數(shù)減計數(shù) 讀讀VHDLVHDL語言語言CO =1 WHEN count = 15 AND CI = 1 ELSE CO = 0;IF N_CR = 0 THEN count = 0000;ELSIF edge rising (c) THEN IF N_LD = 0 THEN count = D; ELSIF ( EN = 1 AND CI = 1 ) THEN count = coun

14、t + 1; ELSIF count = count; END IF;END IF;集成計數(shù)器同步級聯(lián)的要點是什集成計數(shù)器同步級聯(lián)的要點是什么么? ? Q1 Q2 Q3 Q4 COEN LD 74160CI CR D1 D2 D3 D4 Q1 Q2 Q3 Q4 COEN LD 74160CI CR D1 D2 D3 D4 Q1 Q2 Q3 Q4 COEN LD 74160CI CR D1 D2 D3 D4 Q1 Q2 Q3 Q4 COEN LD 74160CI CR D1 D2 D3 D41.1. 各控制端各控制端( (包括時鐘包括時鐘) )并聯(lián)并聯(lián)2.2. 低位片的進位輸出低位片的進位輸出C

15、OCO與高位片的進位輸入與高位片的進位輸入相連相連3.3. 低位片的進位輸入加高電平低位片的進位輸入加高電平ENCRLDCP“1” 按下圖連接的電路在測試時發(fā)現(xiàn)其狀態(tài)變化規(guī)按下圖連接的電路在測試時發(fā)現(xiàn)其狀態(tài)變化規(guī)律為律為: : 00 0001010202030304040505060607070808191910101111121213131414151516161717181829292020請分析其原因，并給以糾正。請分析其原因，并給以糾正。 Q1 Q2 Q3 Q4 COEN LD 74160CI CR D1 D2 D3 D4 Q1 Q2 Q3 Q4 COEN LD 74160CI CR

16、D1 D2 D3 D4VccCPVccVccCP個位個位進位進位十位十位 8 9 0 1 2 0 1畫出用畫出用74LS16074LS160設計的模設計的模5 5計數(shù)器計數(shù)器的邏輯圖。的邏輯圖。1.1.用反饋清用反饋清 0 0 法法2.2.用反饋置數(shù)法用反饋置數(shù)法Q3 Q2 Q1 Q00000000100100011010001010110011110001001反饋置數(shù) Q1 Q2 Q3 Q4 COEN LD 74160CI CR D1 D2 D3 D41VccVccQ3 Q2 Q1 Q00000000100100011010001010110011110001001反饋清除 Q1 Q2 Q

17、3 Q4 COEN LD 74160CI CR D1 D2 D3 D4&VccVcc何謂狀態(tài)等價何謂狀態(tài)等價? ?判別等價狀態(tài)有判別等價狀態(tài)有何用途何用途? ?何謂狀態(tài)編碼何謂狀態(tài)編碼? ?狀態(tài)編碼有何意狀態(tài)編碼有何意義義? ?用用MSIMSI集成電路設計時序邏輯電集成電路設計時序邏輯電路的原則是什么路的原則是什么? ?自學內(nèi)容自學范圍自學范圍 第四章第四章 4.1 4.4 重點重點: 4.1, 4.1, 4.2.1 4.2.1 4.2.3 4.2.3 4.3.1 4.3.1 4.4.1 4.4.1 4.4.2 4.4.2 4.1基本運算電路的設計方法與電路實現(xiàn)基本運算電路的設計方法與

18、電路實現(xiàn) 正規(guī)方法正規(guī)方法 其他思路其他思路 P.163P.163全加器電路從何得到？全加器電路從何得到？多位加法器的構(gòu)成原理多位加法器的構(gòu)成原理從上述討論中可對設計方法得出什么結(jié)論？從上述討論中可對設計方法得出什么結(jié)論？自學內(nèi)容(思考題)將多位加法器的超前進位方法與前面關(guān)將多位加法器的超前進位方法與前面關(guān)于計數(shù)器快速進位相對照，可得出什么于計數(shù)器快速進位相對照，可得出什么結(jié)論？（對這兩個方法只要一般了解）結(jié)論？（對這兩個方法只要一般了解）通過移位運算的實現(xiàn)方法對整個運算電通過移位運算的實現(xiàn)方法對整個運算電路的實現(xiàn)方法又可得出什么結(jié)論？路的實現(xiàn)方法又可得出什么結(jié)論？比較器的總體思想與級聯(lián)方法比

19、較器的總體思想與級聯(lián)方法 4.2加法加法ALUALU的結(jié)構(gòu)與運行。的結(jié)構(gòu)與運行。 為什么要這樣安排？有什么好處？為什么要這樣安排？有什么好處？減法的實現(xiàn)方法有哪幾種？各有什么優(yōu)減法的實現(xiàn)方法有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？缺點？乘法運算是這樣實現(xiàn)的？從對乘法運算乘法運算是這樣實現(xiàn)的？從對乘法運算的討論中，可看出設計一個運算器應按的討論中，可看出設計一個運算器應按怎樣的步驟進行？怎樣的步驟進行？從乘法運算的各種方法可看出設計運算從乘法運算的各種方法可看出設計運算電路的主要矛盾是什么？電路的主要矛盾是什么？ 4.3 4.3與與 4.4 4.4邏輯運算有哪些用處？其運算方法與算邏輯運算有哪些用處？其運算方

20、法與算術(shù)運算有何區(qū)別？術(shù)運算有何區(qū)別？實現(xiàn)實現(xiàn)BCDBCD運算可以有哪些方法？修正算法運算可以有哪些方法？修正算法的基本思想是什么？的基本思想是什么？實驗中反映的問題實驗中反映的問題關(guān)于電源關(guān)于電源 信號與電源分不清。信號與電源分不清。 電視機加電視機加220220伏交流電伏交流電電源電源 接收的電視節(jié)目接收的電視節(jié)目信號信號 關(guān)于動態(tài)測試關(guān)于動態(tài)測試 動態(tài)信號與高、低電動態(tài)信號與高、低電平都是信號，不可同時加在一個輸入端。平都是信號，不可同時加在一個輸入端。信號源+非邏輯實現(xiàn)非邏輯實現(xiàn)&A1&Al 高電平高電平 接電源接電源l 接開關(guān)接開關(guān)l TTLTTL（SSISSI）懸空）懸空示波器上看到的波形是否就是有用示波器上看到的波形是否就是有用的信號的信號須檢查它的幅度是否符