1、第1頁/共29頁 同步時序邏輯電路的設計是分析的逆過程同步時序邏輯電路的設計是分析的逆過程, ,其任務是根據其任務是根據實際邏輯問題的要求實際邏輯問題的要求，設計出能實現給定邏輯功能的，設計出能實現給定邏輯功能的電路電路。 由由 給給 定定 的的 邏邏輯輯 功功 能能 建建 立立原原 始始 狀狀 態態 圖圖和和 原原 始始 狀狀 態態表表 狀狀態態 化化簡簡 狀狀態態 分分配配 選選擇擇 觸觸發發器器類類型型 確確定定 激激勵勵方方程程組組 和和 輸輸出出方方程程組組 畫畫出出 邏邏輯輯圖圖并并檢檢查查自自啟啟動動能能力力 同步時序電路的設計過程同步時序電路的設計過程第2頁/共29頁(1) )

2、根據給定的邏輯功能建立原始狀態圖和原始狀態表根據給定的邏輯功能建立原始狀態圖和原始狀態表明確電路的輸入條件和相應的輸出要求，分別確定輸入變量明確電路的輸入條件和相應的輸出要求，分別確定輸入變量和輸出變量的數目和符號。和輸出變量的數目和符號。找出所有可能的狀態和狀態轉換之間的關系。找出所有可能的狀態和狀態轉換之間的關系。根據原始狀態圖建立原始狀態表。根據原始狀態圖建立原始狀態表。第3頁/共29頁S0S1S2S30/01/11/00/00/01/11/00/00/00/01/11/1輸入X=0時輸入X=1時S3,S2等價減少觸發器的個數S0S1S21/00/01/00/01/10/0(2)狀態化簡

3、狀態化簡-求出最簡狀態圖求出最簡狀態圖 ；合并等價狀態，消去多余狀態合并等價狀態，消去多余狀態等價狀態：等價狀態：在相同的輸入下有相同的輸出，并轉換到同一個次在相同的輸入下有相同的輸出，并轉換到同一個次態去的兩個狀態稱為等價狀態。態去的兩個狀態稱為等價狀態。第4頁/共29頁(3)狀態編碼（狀態分配）；狀態編碼（狀態分配）；(4)選擇觸發器的類型選擇觸發器的類型(6)畫出邏輯圖并檢查自啟動能力。畫出邏輯圖并檢查自啟動能力。給每個狀態賦以二進制代碼的過程。給每個狀態賦以二進制代碼的過程。根據狀態數確定觸發器的個數，根據狀態數確定觸發器的個數，(5)求出電路的激勵方程和輸出方程求出電路的激勵方程和輸

4、出方程 ；（M:狀態數狀態數;n:觸發器的個數）觸發器的個數）2n-1M2n 注意：在注意：在M 2n的情況下，從的情況下，從2n個狀態組合中取個狀態組合中取M個狀態的個狀態的組合可以有多種方案，而每種方案中代碼組合的排列順序又組合可以有多種方案，而每種方案中代碼組合的排列順序又有很多種，若編碼方式選得合適，設計結果可以比較簡單。有很多種，若編碼方式選得合適，設計結果可以比較簡單。第5頁/共29頁例例1 用用D觸發器設計一個觸發器設計一個8421 BCD碼同步十進制加計數器。碼同步十進制加計數器。 8421碼同步十進制加計數器的狀態表碼同步十進制加計數器的狀態表nQ3nQ2nQ1nQ01+3n

5、Q1+2nQ1+1nQ1+0nQ000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次次 態態現現 態態計數脈計數脈沖沖CP的的順序順序第6頁/共29頁nQ3nQ2nQ1nQ01+3nQ1+2nQ1+1nQ1+0nQ000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次次 態態現現 態態計數脈計數脈沖沖CP的的順序順序(2) (2) 確定激勵

6、方程組確定激勵方程組00000001000111100110101000101100010010003D2D1D0D激勵信號激勵信號D3、 D2、 D1、 D0是觸發器是觸發器現態的函數現態的函數D3、 D2、 D1、 D0、是觸發器現是觸發器現態還是次態的函數？態還是次態的函數？第7頁/共29頁 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 D0 D1 Q n 1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 Q n 1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 畫出各觸發器激勵信號的卡諾圖畫出各觸發器激勵信號的卡諾圖 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 D2 Q n

7、1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 D3 Q n 1 Q n 3 Q n 2 Q n 0 nnnnnQQQQQD012033 nnnnnnnQQQQQQQD01202122 nnnnnQQQQQD013011 nQD00 第8頁/共29頁 R C1 1D FFQ0 R C1 1D FFQ2 R C1 1D FFQ1 R C1 1D FFQ3 QQQQ CP RESEnnnnnQQQQQD012033 nnnnnnnQQQQQQQD01202122 nnnnnQQQQQD013011 nQD00 CP & & & R C1 1D

8、 FF0 Q0 R C1 1D FF2 Q2 R C1 1D FF1 Q1 R C1 1D FF3 Q3 1 1 1 1 1 RESEQ3 Q0 Q1 Q2 (3) (3) 畫出邏輯圖，并檢查自啟動能力畫出邏輯圖，并檢查自啟動能力第9頁/共29頁畫出完全狀態圖畫出完全狀態圖電路具有自啟動能力電路具有自啟動能力 0000 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 1001 Q3Q2Q1Q0 1110 1111 1010 1011 1100 1101 nnnnn1nQQQQQQ012033 nnnnnnn1nQQQQQQQQ01202122 nnnnn1nQQ

9、QQQQ013011 n1nQQ00 (3) (3) 畫出邏輯圖，并檢查自啟動能力畫出邏輯圖，并檢查自啟動能力第10頁/共29頁例例2: 設計一個串行數據檢測器。電路的輸入信號設計一個串行數據檢測器。電路的輸入信號A是與時鐘是與時鐘脈沖同步的串行數據，其時序關系如下圖所示。輸出信脈沖同步的串行數據，其時序關系如下圖所示。輸出信號為號為Z；要求電路在；要求電路在A信號輸入出現信號輸入出現110序列時，輸出信序列時，輸出信號號Z為為1，否則為，否則為0。a 初始狀態初始狀態;b A輸入一個輸入一個1后后;c A輸入輸入11后后;d A輸入輸入110后。后。 2.2.）定義輸入）定義輸入 輸出邏輯狀

10、態和每個電路狀態的含義；輸出邏輯狀態和每個電路狀態的含義；1.1.）確定輸入、輸出變量及電路的狀態數）確定輸入、輸出變量及電路的狀態數: :輸入輸入變量：變量：A狀態數：狀態數：4個個輸出輸出變量：變量：Z解解: 1、根據給定的邏輯功能建立原始狀態圖和原始狀態表、根據給定的邏輯功能建立原始狀態圖和原始狀態表第11頁/共29頁列出原始狀態轉換表列出原始狀態轉換表現態現態次態次態/輸出輸出A=0A=1aa / 0b / 0ba / 0c / 0cd/ 1c/ 0da/ 0b/ 0現態現態次態輸出次態輸出A=0A=1aa/ 0b /0ba / 0c/0ca/1c /0abc0/01/00/01/01

11、/00/1 a d c b 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/1 1/0 初始狀態初始狀態 S A/Y 第12頁/共29頁3、狀態分配令令 a = 00，b = 01，c = 11， 0/0 1/0 0/1 1/0 1/0 0/0 00 11 01 現態現態Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000 / 001 /00100 / 011 /01100 / 111 /04、選擇觸發器的類型觸發器個數觸發器個數: : 兩個。兩個。 類型：采用類型：采用對對 CP 下降沿敏感的下降沿敏感的 JK 觸發器。觸發器。abc0/01/00/01/01/00/1第13頁/共29

12、頁現態現態Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000 / 001 /00100 / 011 /01100 / 111 /0 1 0 J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=XnQ1nQ01+1nQ1+0nQ狀態轉換真值表及激勵信號狀態轉換真值表及激勵信號K0J0K1J1激勵信號YA0000000000101001010000 0100111101 0110001111111100第14頁/共29頁 0 0 1 0 J1 A Q1 n Q0 n AQY1 0 1 K1 A Q1 n Q0 n 0 0 0 0 0 1 Y A Q1 n Q0 n 0 1 0 1 0 1 J0 K0

13、 A Q1 n Q0 n A Q1 n Q0 n AJ 0AK 0AQJ01 AK 1第15頁/共29頁 FF0 FF1 & & 1 A CP C1 1J 1K C1 1J 1K Y Q0 Q1 AQY1 AJ 0AK 0AQJ01 AK 1第16頁/共29頁1Q0Q100001110/01/00/01/01/00/10/11/0AQY1 AQQY01 1 Y1Q0Q0 Y1Q0QAQY1 AJ 0AK 0AQJ01 AK 1第17頁/共29頁 FF0 FF1 & & 1 A CP C1 1J 1K C1 1J 1K Y Q0 Q1 AQY1 AQQY01 第1

14、8頁/共29頁 0/0 0/0 b c g d f 0/0 0/0 0/0 0/0 1/1 1/1 1/1 1/0 1/0 1/0 0/0 e a 1/1 第19頁/共29頁 0/0 0/0 b c g d f 0/0 0/0 0/0 0/0 1/1 1/1 1/1 1/0 1/0 1/0 0/0 e a 1/1 1、列出原始狀態表、列出原始狀態表原始狀態表原始狀態表f / 1a / 0gf / 1g / 0ff / 1a / 0ef / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態/ /輸出（Sn+1/Y）現態（Sn）第20頁/共29頁f

15、/ 1a / 0gf / 1g / 0ff / 1a / 0ef / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態/ /輸出（Sn+1/Y）現態（Sn）第一次化簡狀態表第一次化簡狀態表f / 1e / 0ff / 1a / 0ef / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態/ /輸出（Sn+1/Y）現態（Sn）2、狀態表化簡、狀態表化簡第21頁/共29頁011 / 1000 / 0100011 / 1100 / 0011011 / 0000 / 0010011 / 0010 / 000

16、1001 / 0000 / 0000A=1A=0次態次態/ /輸出輸出（Sn+1/Y）現態現態（Sn）已分配狀態的狀態表已分配狀態的狀態表2、狀態編碼、狀態編碼a=000;b=001;c=010 ;d=011;e=100最后簡化的狀態表最后簡化的狀態表d / 1a / 0ed / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態次態/ /輸出（輸出（Sn+1/Y）現態現態（Sn）第22頁/共29頁三種狀態分配方案三種狀態分配方案狀態狀態方案方案1自然二進制自然二進制碼碼方案方案2格雷碼格雷碼方案方案3“一對一一對一”a0 0 00 0 00 0

17、0 0 1b0 0 10 0 10 0 0 1 0c0 1 00 1 10 0 1 0 0d0 1 10 1 00 1 0 0 0e1 0 01 1 01 0 0 0 0第23頁/共29頁狀態轉換真值表狀態轉換真值表nQ1nQ012 nQnQ211 nQ10 nQ11101001000000011110111000010110011010100000001001101100001001000100100000000000Y (D0) (D1) (D2)A3、求激勵方程、輸出方程、求激勵方程、輸出方程第24頁/共29頁 D2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 A Q n 2 Q n 1 Q n 0 D1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 A Q n 2 Q n 1 Q n 0 D0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 A Q n 2 Q n 1 Q n 0 Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 A Q n 2 Q n 1 Q n 0 AQQQDnnn01122 AQAQQQDnnnn21101 AQQQYnnn201 AQDn 100 第25頁/共29頁畫出邏輯電路畫出邏輯電路 D0 Q0 Q0 FF0 1D C1 R D1 D2 Q2 Q2 FF2 1D C1 R Q1