《数字电路》课程PPT教学课件：同步时序逻辑电路的设计

63同步时序逻辑电路的设计 注:只要求用门电路和触发器设计同步时序逻辑电路 631一般设计步骤(分析的逆过程) 1)画出原始状态图确定电路的输入、输出变量,以及电 路应当包括的状态个数,状态转换 2)状态图化简——合并等价状态 等价状态:输入相同的情况下→输出相同、次态也相同 0/0 0/0 1/0 输入X=0时 输入X=1时 0/00/0 1/0S3,S2等价 1/0 0/0 0/ ③ 10L 1/1

6.3 同步时序逻辑电路的设计 注：只要求用门电路和触发器设计同步时序逻辑电路 6.3.1 一般设计步骤（分析的逆过程） 1) 画出原始状态图——确定电路的输入、输出变量，以及电 路应当包括的状态个数，状态转换 2) 状态图化简——合并等价状态 等价状态：输入相同的情况下→输出相同、次态也相同 S0 S1 S3 S2 0/0 1/1 1/0 0/0 0/0 1/1 1/0 0/0 输入X=0时 0/0 0/0 输入X=1时 1/1 1/1 S3,S2等价 S0 S2 S1 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 0/0

3)状态编码,填入状态图,写出状态表 4)选择触发器类型和个数 类型应该考虑器件型号是否容易得到,类型应该尽量少 假设电路中共有M个状态,由于每个触发器只能表示 位二进制数字,总共需要的触发器数目n有 2n1<M<2n 5)根据状态表以可以求出对应触发器的驱动表,进而求出 电路的输出方程和驱动方程(根据次态方程求驱动方程) 6)检查自启动能力,画逻辑电路图

3) 状态编码，填入状态图，写出状态表 4) 选择触发器类型和个数 类型应该考虑器件型号是否容易得到，类型应该尽量少 假设电路中共有M个状态，由于每个触发器只能表示一 位二进制数字，总共需要的触发器数目n有 2 n-1 < M ≤2n 5) 根据状态表以可以求出对应触发器的驱动表，进而求出 电路的输出方程和驱动方程( 根据次态方程求驱动方程) 6) 检查自启动能力，画逻辑电路图

例1:脉冲序列检测器,连续输入110时,电路输出1, 否则输出为0 1)确定输入输出变量,确定原始状态图 电路必然有一个输入X,一个输出Z。 要确定已经输入了110,电路应该能够记忆“已经输入了一 个1,两个1,110”三种状态。所以电路应该有4个状态 S:输入为0(初始状态) 0/0 符合要求的序列:S0S1+23多人 /0 S;:输入了1 2输入了11 0/0 S:输入了110 1/0 1/0 得到原始状态图→化简 0/1 1/0

例1：脉冲序列检测器，连续输入110时，电路输出1， 否则输出为0 1)确定输入输出变量，确定原始状态图 电路必然有一个输入X，一个输出Z。 要确定已经输入了110，电路应该能够记忆“已经输入了一 个1，两个1，110”三种状态。所以电路应该有4个状态 S0 S1 S3 S2 S0 :输入为0(初始状态) S1 :输入了1 S2 :输入了11 S3 :输入了110 1/0 1/0 0/1 0/0 1/0 0/0 0/0 1/0 符合要求的序列：S0→S1→S2→S3 得到原始状态图→化简

2)化简状态图 S0,S3是等价状态 0/0 0/0 1/0 S 00 01 0/0 0/0 0/0 1/0 1/0 1/0 0/1 3 2 0/1 1/0 1/0 3)编码,状态图,状态表 S0=00,s1=01,S2=11 IqC 0 00 00/0 01/0 01 00/0 11/0 00/1 11/0

2) 化简状态图 S0 S1 S3 S2 1/0 1/0 0/1 0/0 1/0 0/0 0/0 1/0 1/0 0/0 S0,S3是等价状态 S0 S1 S2 1/0 1/0 0/1 0/0 0/0 1/0 3) 编码，状态图，状态表 S0=00, S1=01, S2=11 00 01 11 Q1Q0 X 0 1 0 0 0 0 / 0 0 1 / 0 0 1 0 0 / 0 1 1 / 0 1 1 0 0 / 1 1 1 / 0

4)选择触发器共三种状态,所以需要两个触发器。可以 选JK触发器n+1 Q=Jo+KO 输入现态 次态输出 驱动信号 X Q1 Q Qon+ Z K K 0 0) X 0 0 0 X 0 0 0 0 0 1 1 X 0 1 0 0 0 根据次态表,倒推出驱动表来 JK XI Q XO 0 OX IX

4) 选择触发器——共三种状态，所以需要两个触发器。可以 选JK触发器 n n n Q = JQ + KQ +1 X 0 X 0 1 X X 0 0 X 1 X X 1 X 1 0 X X 1 0 X 0 X 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X Q1 n Q0 n Q1 n+1 Q0 n+1 Z 输入 现态 次态 输出 J1 K1 J0 K0 驱动信号 根据次态表，倒推出驱动表来 1 0 X 1 1 X Q X 0 0X JK

入现态出。驱动信号① (00 KiJ K 00011110 X 00XX X 001 00XX1 1IXIXIX 0000 J=X 0 X|0 QI c Ko=X 0 00011110 Q1Qo 00011110 0[X11X X 1X00X 000XX 10 可x Q1Qo 00011110 Jo=XQo K=X 0000x Z-XQl QIQ 1000X 00011110 X 1XX0X 5)得到驱动方程和输出方程

X 0 X 0 1 X X 0 0 X 1 X X 1 X 1 0 X X 1 0 X 0 X 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Z Q0 Q n+1 1 n+1 Q0 n Q1 n X 入 现态 次态 出 J1 K1 J0 K0 驱动信号 X 0 X 0 1 X X 0 0 X 1 X X 1 X 1 0 X X 1 0 X 0 X 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 Q0 Z n Q1 n X 入 现态 出 J1 K1 J0 K0 驱动信号 J0 1 1 X X X 0 0 X X X 00 01 11 10 Q1Q0 X J0=X K0 1 X 0 0 X 0 X 1 1 X 00 01 11 10 Q1Q0 X K0=X J1 1 0 1 X X 0 0 0 X X 00 01 11 10 Q1Q0 X J0=XQ0 K1 1 X X 0 X 0 X X 1 X 00 01 11 10 Q1Q0 X K1=X Z 1 0 0 0 X 0 0 0 1 X 00 01 11 10 Q1Q0 X Z=XQ1 5) 得到驱动方程和输出方程

6)逻辑电路图 Jo=X; Ko=X J,=XLo; K,=X Z=X21 & Z 1J,同1& CI IK K CP

6) 逻辑电路图      = = = = = 1 1 0 1 0 0 ; ; Z XQ J XQ K X J X K X X & CP 1J 1K C1 1J 1K C1 Q0 Q1 & Z

7)检查自启动能力:当电路进入无效状态,是否可以恢复到有效 Jo=X; Ko=X 0/0 1/0 1=XQ0;K1=X 00 01 0/0 Z=X21 输入不是110,也 输出1,错误/山 1/0 2o=x2+X2=X 0/1 g=(X2o2+ X2 10 1/0 =x(g+g)②2Q 1/0 0001 11110 X0=1Q0Q=0X000@xz2X1 X-1÷0Q0=1,Q1-11[000X「原因:x1 当Q1Q0=10,输入X=0时,输出为1 改成:z=XQ1Q0

7) 检查自启动能力: 当电路进入无效状态，是否可以恢复到有效 S0 S1 S2 1/0 1/0 0/1 0/0 0/0 1/0 00 01 11      = = = = = 1 1 0 1 0 0 ; ; Z XQ J XQ K X J X K X ( ) ( ) 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 n n n n n n n n n X Q Q Q XQ Q XQ Q XQ XQ X = + = + = + = + + 10 X=0→Z=1,Q0=Q1=0 0/1 X=1→Z=0,Q0=1,Q1=1 1/0 输入不是110，也 输出1，错误 Z 1 0 0 0 X 0 0 0 1 X 00 01 11 10 Q1Q0 X Z=XQ1 原因：X=1 当Q1Q0=10,输入X=0时，输出为1 改成：Z=XQ1Q0

不能自启动的原因就是对卡诺图中的X做了不恰当的包围。应 该回头改变X的取值,也就是把X包围入圈,或者不包围入, 再次检查。 改成:ZXQ1Q0 & Z & CI IK K CP 能否在设计中就考虑自启动能力呢?

不能自启动的原因就是对卡诺图中的X做了不恰当的包围。应 该回头改变X的取值，也就是把X包围入圈，或者不包围入， 再次检查。 X & CP 1J 1K C1 1J 1K C1 Q0 Q1 & Z 改成：Z=XQ1Q0 能否在设计中就考虑自启动能力呢？

自启动设计方法 S0,S3是等价状态 0/0 0/0 1/0 S 00 01 0/0 0/0 0/0 1/0 1/0 1/0 0/1 3 2 0/1 1/0 1/0 3)编码,状态图,状态表 S0=00,s1=01,S2=11 IqC 0 00 00/0 01/0 01 00/0 11/0 00/1 11/0

S0 S1 S3 S2 1/0 1/0 0/1 0/0 1/0 0/0 0/0 1/0 1/0 0/0 S0,S3是等价状态 S0 S1 S2 1/0 1/0 0/1 0/0 0/0 1/0 3) 编码，状态图，状态表 S0=00, S1=01, S2=11 00 01 11 Q1Q0 X 0 1 0 0 0 0 / 0 0 1 / 0 0 1 0 0 / 0 1 1 / 0 1 1 0 0 / 1 1 1 / 0 自启动设计方法