广东海洋大学：《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件）6.4.1 简单同步时序逻辑电路的设计 6.4.2 复杂时序逻辑电路的设计 6.5 时序逻辑电路中的竞争—冒险现象

6.4同步时序逻辑电路的设计方法 6.4.1简单同步时序逻辑电路的设计 简单时序逻辑电路：是指用一组驱动方程、状态方程 和输出方程完全可以描述其逻辑功能的电路。 设计的一般步骤 、分析设计要求，找出电路应有的状态转换图或状态转换 表 1.确定输入/输出变量、电路状态数。 2.定义输入输出逻辑状态以及每个电路状态的含义，并将电 路状态顺序进行编号。 3.按设计要求实现的逻辑功能画出电路的状态转换图或列出 状态转换表。 二、状态化简 若两个电路状态在相同的输入下有相同的输出，并转 向同一个次态，则称为等价状态；等价状态可以合并

6.4 同步时序逻辑电路的设计方法 6.4.1 简单同步时序逻辑电路的设计 简单时序逻辑电路：是指用一组驱动方程、状态方程 和输出方程完全可以描述其逻辑功能的电路。 设计的一般步骤 一、分析设计要求，找出电路应有的状态转换图或状态转换 表 1. 确定输入/输出变量、电路状态数。 2. 定义输入/输出逻辑状态以及每个电路状态的含义，并将电 路状态顺序进行编号。 3. 按设计要求实现的逻辑功能画出电路的状态转换图或列出 状态转换表。 二、状态化简 若两个电路状态在相同的输入下有相同的输出，并转 向同一个次态，则称为等价状态；等价状态可以合并

三、状态编码 1.确定触发器数目。2n-1<M≤2n 2.给每个状态规定一个n位二进制代码。 (通常编码的取法、排列顺序都依照一定的规律) 四、从状态转换图或状态转换表画出次态卡诺图，然后求 出电路的状态方程，驱动方程和输出方程。 五、根据得到的驱动方程和输出方程画出逻辑图。 六、检查所设计的电路能否自启动。 逻辑 状态 时序逻辑 抽象 状态转换 化简 最简状态 电路 逻辑 问题 图（表） 转换图（表） 方程式 电路图 选定触发 检查能否 器的类型 自启动

三、状态编码 1. 确定触发器数目。2 n-1  M  2 n 2. 给每个状态规定一个n位二进制代码。 （通常编码的取法、排列顺序都依照一定的规律） 四、从状态转换图或状态转换表画出次态卡诺图，然后求 出电路的状态方程，驱动方程和输出方程。 五、根据得到的驱动方程和输出方程画出逻辑图。 六、检查所设计的电路能否自启动

例：设计一个串行数据检测电路。正常情况下串行的数据不 应连续出现3个或3个以上的1。当检测到连续3个或3个以上的 1时，要求给出“错误”信号。 解：一、首先进行逻辑抽象，建立电路的状态转换图 取输入数据为输入变量，.用A表示；取检测结果为输出变量，用Y表示； 正常时Y=0、有错时Y=1。 ● 设电路没有输入1之前状态为S0,输入一个1以后状态为S1, 连续输入两 个1以后状态为S2,莲续输入3个或3个以上1以后状态为$3 二、状态化简 等价状态：若两个电路状态在相同的输入下有相同的输出，并且 转向同一个次态，则称这两个状态为等价状态。 观察发现：S2、S是等价状态 0/0 1/0 1/0 0/0 So 0/0 0/0 0/0 1/0 0/0 0/0 1/0 S V/ 1/1

例：设计一个串行数据检测电路。正常情况下串行的数据不 应连续出现3个或3个以上的1。当检测到连续3个或3个以上的 1时，要求给出“错误”信号。 解：一、首先进行逻辑抽象，建立电路的状态转换图 • 取输入数据为输入变量，用A表示；取检测结果为输出变量，用Y表示； 正常时Y=0、有错时Y=1。 • 设电路没有输入1之前状态为S0，输入一个1以后状态为S1，连续输入两 个1以后状态为S2，连续输入3个或3个以上1以后状态为S3 二、状态化简 等价状态：若两个电路状态在相同的输入下有相同的输出，并且 转向同一个次态，则称这两个状态为等价状态。 观察发现：S2、S3是等价状态 S0 S1 S3 S2 1/0 1/0 1/1 0/0 0/0 0/0 1/1 0/0

三、规定电路状态的编码 取n=2,取Q,Q的00、01、10为S0、S1、S2; 0/0 四、填写次态卡诺图，且化简得到状态方 1/0 程 0/0 S 9190 00 01 11 10 0/0 1/0 S A/Y 0 00/0 00/0 ××/X 00/0 01/0 10/0 ××/X 10/1 1/1 oior 9190 9190 9100 A 00 01 11 10 00 10 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (a)Q的卡诺图 (b)Q的卡诺图 (c)Y的卡诺图 21*=A21+AQ 2*=A2126 Y=A21

三、规定电路状态的编码 取n=2，取Q1Q0的00、01、10为S0、S1、S2 ； Q1 * = AQ1 + AQ0 Q0 * AQ1 Q0 =   Y = AQ1 四、填写次态卡诺图，且化简得到状态方 程

五、选用JK触发器，求方程组 2*=A21+A22*=AC26 Y-A0 见 2*=A21+A2(21+2) 2,*=(A2)2+1'20 =(AQ)21+A2 六、画逻辑图 >C1 FFo FF1 CLK

五、选用JK触发器，求方程组 0 1 1 1 1 0 1 1 ( ) * ( ) AQ Q AQ Q AQ AQ Q Q =  + = + +  0 1 0 1 0 Q * = (AQ)Q + Q Q1 * = AQ1 + AQ0 Q0 * AQ1 Q0 =   Y = AQ1 六、画逻辑图

七、检查电路能否自启动 将无效状态QQ,=11代入状态方程和输出方程计算，得到 A=1时次态转为10、输出为1；A=0时次态转为00、输出为0。 0/0 1/0 00 01 0/0 0/0 0/0 1/0 11 919o)A/Y 1/1 能自名动

七、检查电路能否自启动 Q1 Q0 =11 能自启动 将无效状态 代入状态方程和输出方程计算，得到 A=1时次态转为10、输出为1；A=0时次态转为00、输出为0

6.4.2复杂时序逻辑电路的设计 自项向下 采用层次化结构设计方法 (自底向上 无论哪一种做法，首先都需要将整个电路逐级划分为若 干比较简单的、容易实现的功能模块，每个模块实现一定的 逻辑功能。 在比较复杂的时序逻辑电路中，通常还必须设计一个控 制电路，用来控制这些模块电路按照规定的时序运行。通常 把这种含有控制模块的数宇电路称为数字系统。 一般用自底向上的方法设计，则用已有的标准化中、小 规模集成电路完全可以实现每一个底层模块的功能

6.4.2 复杂时序逻辑电路的设计 采用层次化结构设计方法 自顶向下 自底向上 无论哪一种做法，首先都需要将整个电路逐级划分为若 干比较简单的、容易实现的功能模块，每个模块实现一定的 逻辑功能。 在比较复杂的时序逻辑电路中，通常还必须设计一个控 制电路，用来控制这些模块电路按照规定的时序运行。通常 把这种含有控制模块的数字电路称为数字系统。 一般用自底向上的方法设计，则用已有的标准化中、小 规模集成电路完全可以实现每一个底层模块的功能

例6.4.3设计一个简单的电子钟，要求以十进制数显示时、分、 秒，并具有时、分、秒校准功能。 解：根据设计要求，首先将电子钟划分为计时电路、显示电路 和计时校准控制电路三个顶级模块。 将计时电路划分为秒计数器、分计数器和时计数器三个下 一级模块。 将显示电路划分为秒显示、分显示和时显示三个下一级模 块。 解读：图6.4.13

例6.4.3 设计一个简单的电子钟，要求以十进制数显示时、分、 秒，并具有时、分、秒校准功能。 解：根据设计要求，首先将电子钟划分为计时电路、显示电路 和计时/校准控制电路三个顶级模块。 将计时电路划分为秒计数器、分计数器和时计数器三个下 一级模块。 将显示电路划分为秒显示、分显示和时显示三个下一级模 块。 解读：图6.4.13

译 译 译 译 译 译 码 码 码 码 码 码 器 器 器 器 器 器 计数 计数 计数 计数 计数 计数 器时 器时 器分 器分 器秒 器秒 十位 个位 十位 个位 十位 个位 1Hz 校时电路 秒脉冲发生器 整点报时电路 闹钟电路

6.5时序逻辑电路中的竞争一冒险现象 分为两类： *由组合逻辑电路的竞争一冒险所引起。产生的输出 脉冲噪声不仅影响整个电路的输出，还可能使存储 电路产生误动作。 如果存储电路中触发器的输入信号和时钟信号在状 态变化时配合不当，也可能导致触发器误动作。 分析图6.5.1

6.5 时序逻辑电路中的竞争—冒险现象 分为两类： * 由组合逻辑电路的竞争—冒险所引起。产生的输出 脉冲噪声不仅影响整个电路的输出，还可能使存储 电路产生误动作。 • 如果存储电路中触发器的输入信号和时钟信号在状 态变化时配合不当，也可能导致触发器误动作。 分析图6.5.1