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1、时序逻辑电路分析与设计(IV)孙卫强内容提要o时序逻辑电路的分类o时序电路的分析方法n同步时序电路的分析方法n异步时序电路的分析方法o常用的时序逻辑电路n计数器n寄存器和移位寄存器n序列脉冲发生器n序列信号发生器o时序逻辑电路的设计方法n同步时序电路设计n异步时序电路设计时序逻辑电路设计的一般方法逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图o 例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器2.得到状态图1.抽象为13个状态的时序电路，电路在第12个状态时输出1逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图例1 设计一个有进位
2、输出端的十三进制计数器3.S0S12分别用00001100的四位二进制码表示。得到次态表。逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器状态编码下一状态S00000S1S10001S2S20010S3S121100S03.S0S12分别用00001100的四位二进制码表示。得到次态/输出卡诺图。逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器状态编码下一状态S00000S1S10001S2S20010S3S121100S03.S0S12分别用
3、00001100的四位二进制码表示。得到次态/输出卡诺图。逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器Q3n+1卡诺图13323210nQQ QQ Q QQQ2n+1卡诺图12321320210nQQ Q QQ Q QQ QQQ1n+1卡诺图111010nQQQQ QQ0n+1卡诺图103020nQQ QQ Q输出C的卡诺图23CQ Q4.(a)得到次态方程和输出方程1332321012321320210111010103020nnnnQQ QQ Q QQQQ Q QQ Q QQ QQQQQQ QQQ QQ Q23
4、CQ Q次态方程输出方程逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器1332321012321320210111010103020nnnnQQ QQ Q QQQQ Q QQ Q QQ QQQQQQ QQQ QQ Q1nQJQKQJK触发器的特征方程次态方程4.(b)得到驱动方程逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图4.(b)得到驱动方程驱动方程J3=Q2Q1Q0K3=Q2J2=Q1Q0K2=(Q3(Q1Q0)J1=Q0K1=Q0J0=(Q3Q2)K0=1逻辑抽象画状态转移
5、图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器5.画出电路连接图利用次态方程和状态图，检查能否自启动逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器电路的自启动检查1101111011111332321012321320210111010103020nnnnQQ QQ Q QQQQ Q QQ Q QQ QQQQQQ QQQ QQ Q状态下一状态11010010111000101111000023CQ Q/1/1/1例2 设计一个串行数据检测器o 要求：连续检测
6、一个二进制码流，如果连续输入3个或者以上的1时输出1，否则输出0S0S1S2S3输入0个1输入1个1输入2个1输入3个或更多的1例2设计一个串行数据检测器2.得到状态图1.将串行输入抽象为逻辑变量X，输出为逻辑变量Y化简逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图3.利用卡诺图进行化简。例2设计一个串行数据检测器逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图S0S1S2无效状态3.利用卡诺图进行化简。11101010nnQXQXQQXQ Q例2设计一个串行数据检测器逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方
7、程和驱动方程画出逻辑电路图1YXQ4.得到电路的次态方程和输出方程。11101010nnQXQXQQXQ Q1101110100()()1nnQXQ QXQQXQ QQ1nQJQKQ1YXQ利用JK触发器实现，修改次态方程例2设计一个串行数据检测器逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图J1=XQ0K1=XJ0=XQ1K0=1驱动方程5.画出电路图和状态转移图无效状态自动进入有效状态，因此电路能够自启动。例2设计一个串行数据检测器逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图J1=XQ0K1=XJ0=XQ1K0=11
8、YXQ4.对卡诺图进行化简，得到电路的次态方程和输出方程。11101010nnQXQXQQXQ Q11101010nnQXQ QQXQ Q1nQD利用D触发器实现，修改次态方程例2设计一个串行数据检测器逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图110010DXQ QDXQ Q驱动方程5.画出电路图和状态转移图例2设计一个串行数据检测器逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路图110010DXQ QDXQ Q同步时序电路设计方法简单的回顾逻辑抽象画状态转移图并化简通过卡诺图化简表达式得到状态方程和驱动方程画出逻辑电路
9、图1.确定输入输出表示方法2.确定状态数目1.画出状态转移图2.对状态进行编码，并进行化简1.利用卡诺图化简各状态方程2.化简驱动方程1.选定使用的触发器类型2.按照类型对状态方程进行变形3.得到驱动方程1.按照驱动方程画出电路图2.检查电路的自启动性时序逻辑电路的自启动设计无法自启动！环形计数器希望在不改变其环形结构的前提下将其修改为自启动的。时序逻辑电路的自启动设计o 假设选择有效循环10000100001000011000o 使其它状态自动进入到这些状态nQ0Q1Q2Q3的下一态必然是：XQ0Q1Q2,X是0或1n例如1100，经过一个周期以后，肯定是X110，我们希望是0110，因为0
10、110的下一个状态更容易变成0001！n例如1011，经过一个周期以后，肯定是X101，我们希望是0101，因为0101的下一个状态更容易变成0010！关键在于控制Q0的状态变化方法！时序逻辑电路的自启动设计修改以前的状态转移图和卡诺图X0X01XXXXXXX0XXXQ0Q1Q2Q3Q0n+10001 111000011110时序逻辑电路的自启动设计修改原来的状态转移图得到新的状态转移图（实际上是将原本的无效状态全部变为有效状态！）1000100000000000Q0Q1Q2Q3Q0n+10001 111000011110时序逻辑电路的自启动设计o 从而可以得到FF0的状态方程为：o Q0n+1 Q0Q1Q2o 也就是FF0的驱动方程是：o D0=Q0Q1Q2=(Q0+Q1+Q2)从而得到修改后的电路可以自启动作业o 第10章：5,8,11,12,18,22o 自学Johnson Counter和Ring Countern 自己完成10-23和10-24（不用交）
时序逻辑电路分析与设计IV
