吉林大学：《数字逻辑电路》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 同步时序逻辑电路 6.5 同步时序逻辑电路的设计（3/3）

例:设计一序列信号发生器,产生序列1010010100 序列信号发生器就是用来产生序列电位和序列脉 冲的逻辑部件。按其结构来分,序列信号发生器可分 为计数型和移位型两种。 计数型序列信号发生器由计数器和组合电路来 成。计数器相当于组合电路的输入源,决定序列信号 的长度,组合电路则在这个输入源的作用下产生序列 信号。这时,计数器的输出可以供给几个组合电路, 产生几种长度相同但是序列内容不同的序列信号 计数型序列信号发生器的设计方法: 1、根据序列长度M确定触发器位数k,2k1<M2k; 2、列状态表,状态表中输出要根据序列信号的要求 来确定,有n个序列信号就列n个输出; 3、根据求得的激励函数和输出函数画出逻辑图

例:设计一序列信号发生器，产生序列1010010100……。 序列信号发生器就是用来产生序列电位和序列脉 冲的逻辑部件。按其结构来分，序列信号发生器可分 为计数型和移位型两种。 计数型序列信号发生器由计数器和组合电路来构 成。计数器相当于组合电路的输入源，决定序列信号 的长度，组合电路则在这个输入源的作用下产生序列 信号。这时，计数器的输出可以供给几个组合电路， 产生几种长度相同但是序列内容不同的序列信号。 计数型序列信号发生器的设计方法： 1、根据序列长度M确定触发器位数k，2 k-1<M≤2k； 2、列状态表，状态表中输出要根据序列信号的要求 来确定，有n个序列信号就列n个输出； 3、根据求得的激励函数和输出函数画出逻辑图

移位型序列信号发生器的设计步骤: ①根据给定序列信号的长度M,由2k1<M2决定所需最 少的触发器数目k。 ②验证并确定实际需要的触发器数目k。对给定的序列信 号每k位分为一组,选定一组后,向前移一位,按k位再取 组,总共取M组。如果这M组数字,都不重复,就可以 使用已经选择的k;否则,就使k=k+1。再重复以上的过程, 直到M组数字不再重复时,k值就可以确定下来 ③最后得到的M组数字,就是序列信号发生器的状态转 移关系,将它们依次排列,得到序列信号发生器的状态转 移表。状态转移表的右边是该状态下反馈信号 ④由状态转移表求反馈函数。 ⑤检查未使用状态的转移关系,以满足自启动的要求。 ⑥画逻辑图

移位型序列信号发生器的设计步骤： ①根据给定序列信号的长度M，由2 k-1<M≤2k决定所需最 少的触发器数目k。 ②验证并确定实际需要的触发器数目k。对给定的序列信 号每k位分为一组，选定一组后，向前移一位，按k位再取 一组，总共取M组。如果这M组数字，都不重复，就可以 使用已经选择的k；否则，就使k=k+1。再重复以上的过程， 直到M组数字不再重复时，k值就可以确定下来。 ③最后得到的M组数字，就是序列信号发生器的状态转 移关系，将它们依次排列，得到序列信号发生器的状态转 移表。状态转移表的右边是该状态下反馈信号。 ④由状态转移表求反馈函数。 ⑤检查未使用状态的转移关系，以满足自启动的要求。 ⑥画逻辑图

组合反馈网络 Z Q1 Q2 On SR(SL)n位移位寄存器 CP 反馈移位型序列信号发生器框图

反馈移位型序列信号发生器框图 组合反馈网络 Q1 Q2 Qn SR(SL) n位移位寄存器 Z CP …

利用移位型序列信号发生器的设计方法对本例进行设 计,触发器选用D触发器。 解: (1)本例序列长度是5(10100),最小触发器数目 是3。 (2)对序列信号每3位一组取信号,每取一组移 位,共取5组:101、010、100、001、010。出现了 两次010。说明k=3不能满足设计要求。再取k=4 重新按4位一组信号,也取5组:1010、0100、1001 0010、0101。没有重复,确定k=4

利用移位型序列信号发生器的设计方法对本例进行设 计，触发器选用D触发器。 解： （1）本例序列长度是5（10100），最小触发器数目 是3。 （2）对序列信号每3位一组取信号，每取一组移一 位，共取5组：101、010、100、001、010。出现了 两次010。说明k＝3不能满足设计要求。再取k＝4。 重新按4位一组信号，也取5组：1010、0100、1001、 0010、0101。没有重复，确定k＝4

(3)列状态转移表。(4)作D的卡诺图 00011110 03 o2 on 20D 2120 Aodv d d 01 0d0 010 0 0100 11 d d 00 10 d dO 00 0101 Do的表达式 0=23 2

D0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 n Q3 n Q2 n Q1 n Q0 （3）列状态转移表。 （4）作D0的卡诺图 n n D0 = Q3 Q0 D0的表达式： 00 01 11 10 00 d 1 d d 01 d 0 d 0 11 d d d d 10 1 d d 0 Q3Q2 Q1Q0

(5)检查自启动。卡诺图中,没有被圈入的格的 D值都是0,从而可以确定未使用状态的次态。确 定所有状态的转移关系后,画出状态转移关 系图。可以看出电路可以自启动。 O,0 00011110 00 6 10 01d0d0 11 dddd 101a\d0 2 14

（5）检查自启动。卡诺图中，没有被圈入的格的 D0值都是0，从而可以确定未使用状态的次态。确 定所有状态的转移关系后，画出状态转移关 系图。可以看出电路可以自启动。 6 13 10 11 3 5 2 9 4 14 12 8 7 15 0 1 00 01 11 10 00 d 1 d d 01 d 0 d 0 11 d d d d 10 1 d d 0 Q3Q2 Q1Q0

(6)画逻辑图 Do=2320 d 2o Q CP

（6）画逻辑图。 CP Q0 D Q1 Q2 C D C D C & D C Q3 n n D0 = Q3 Q0

例:设计一个公路和铁路交叉路口交通控制电路,如下 图所示。在P1和P2点设置两个压敏器件,当它承受火车 的压力时,产生逻辑电平1,否则为0。为保证同一列 火车不会同时压在两上压敏元件上,假设P1和P2点相距 较远。A,B是两个栅门,要求火车任何部分位于P1 P2之间时,栅门A,B应同时关闭,否则栅门同时打开 压敏器件P1,P2的输出用x1,x2表示,它控制一电路, 使其输出为Z,当Z=1,栅门A,B关闭;当Z=0,栅门 A,B打开。 公路 西 B 东

例:设计一个公路和铁路交叉路口交通控制电路，如下 图所示。在P1和P2点设置两个压敏器件，当它承受火车 的压力时，产生逻辑电平1，否则为0。为保证同一列 火车不会同时压在两上压敏元件上，假设P1和P2点相距 较远。 A，B是两个栅门，要求火车任何部分位于P1， P2之间时，栅门A，B应同时关闭，否则栅门同时打开。 压敏器件P1，P2的输出用x1，x2表示，它控制一电路， 使其输出为Z，当Z＝1，栅门A，B关闭；当Z＝0，栅门 A，B打开。 公路 B P1 P2 A 西 东

解:(1)建立原始状态图、状态表。 公路 A 西 B 东 ①火车尚未到来,这时x1x2=00,输出Z=0; ②火车由西向东行驶,并压在P1上,这时x1x2=10,输出Z=1; 3火车继续行驶且位于P1和P2之间,这时x1x2=00,输出Z=1 ④火车仍继续行驶,且压在P2上。这时x1x2=01,输出Z=1 当火车离开P2后,这时x1x2=00,输出Z=0; 同理当火车由东向西行驶时,情况如下: ⑤输入xlx2=01,输出Z=1 ⑥输入x1x2=00,输出Z=1 ⑦输入xlx2=10,输出Z=1。 该电路共有7个状态,分别用S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7表示

解：（1）建立原始状态图、状态表。 ①火车尚未到来，这时x1x2＝00，输出Z＝0； ②火车由西向东行驶，并压在P1上，这时x1x2＝10，输出Z＝1； ③火车继续行驶且位于P1和P2之间，这时x1x2＝00，输出Z＝1； ④火车仍继续行驶，且压在P2上。这时x1x2＝01，输出Z＝1； 当火车离开P2后，这时x1x2＝00，输出Z＝0； 同理当火车由东向西行驶时，情况如下： ⑤输入x1x2＝01，输出Z＝1。 ⑥输入x1x2＝00，输出Z＝1。 ⑦输入x1x2＝10，输出Z＝1。 该电路共有7个状态，分别用S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7表示。 公路 B P1 P2 A 西 东

10/1 01/1 00/0 00/1 10 0l/1 00/ 00/1 0l/1 00/000 10/1 7 01/1 Ⅹ1X2/Z 10/1 PIP2/Z 原始状态图

01/1 00/0 00/1 00/1 00/1 01/1 00/0 10/1 00/0 10/1 01/1 00/1 S3 S1 S2 S4 S6 S5 S7 10/1 10/1 01/1 原始状态图 X1X2/Z P1P2/Z