1、1,电子技术,第五章 时序逻辑电路,数字电路部分,第十五讲 时序电路设计,2,课题：同步时序逻辑电路的设计课时：重点：求驱动方程的方法难点：建立状态图及其编码的理解教学目标：使同学掌握时序逻辑电路的设计方法 及基本步骤，理解逻辑抽象及状态编 码的意义教学过程：设计的基本步骤 例1 例2 例3,3,5.3 同步时序逻辑电路的设计方法,设计步骤,1、根据设计要求，设定状态，导出原始状态图或状态表。,(1)分析给定的逻辑问题，确定输入变量、输出变 量和电路的状态数。()定义输入输出逻辑状态的含义，并将电路状态顺序编号。()依题意列出原始状态图或状态表。,2 、状态化简。消去多余的状态，得简化状态图（
2、表）。等价状态：两个状态在相同输入的条件下转换到同一次态去，并得到同样的输出，则称它们为等价状态。等价状态是重复的，可以合并为一个。,4,5 、根据编码状态表列出状态转换表,从而得到所设计电路的状态方程和输出方程,由状态方程结合所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计电路的驱动方程。,6 、根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。,4 、选择触发器的类型。,7 、检查电路能否自启动。,3 、状态分配，又称状态编码。即把一组适当的二进制代码分配给简化状态图（表）中各个状态。 因为n个触发器共有 种状态组合,所以为取得M个状态组合,必须取,5,同步时序逻辑电路的设计过程,6,一、同步计数器的设计举例,例1
3、： 设计一个同步5进制加法计数器。,(1）根据设计要求，设定状态，画出状态转换图。 该状态图不须化简。,状态编码表,原始状态转换图,（2）状态分配，列状态编码表。 状态数M=5,所以触发器个数：n=3,7,（3）选择触发器类型。选用JK触发器。,（4）求各触发器的驱动方程和进位输出方程。列 出状态转换表，画出电路的次态卡诺图。,8,根据次态卡诺图得各触发器的次态方程,9,由状态方程得驱动方程,10,再画出输出卡诺图可得电路的输出方程：,（5）将各驱动方程与输出方程归纳如下：,（6）画逻辑图。,11,利用逻辑分析的方法画出电路完整的状态图。,（7）检查能否自启动,可见，如果电路进入无效状态101
4、、110、111时，在CP脉冲作用下，分别进入有效状态010、010、000。所以电路能够自启动。,12,例:试设计一个带进位输出端的十三进制计数器,解:状态转换图,13,次态/输出（ ）的卡诺图,14,卡诺图的分解,15,十三进制同步计数器电路,16,十三进制同步计数器电路的状态转换图,17,二、一般时序逻辑电路的设计举例,典型的时序逻辑电路具有外部输入变量X，所以设计过程要复杂一些。,S0初始状态(没有收到1时的状态以前的状态)；,例 设计一个串行数据检测器。该检测器有一个输入端X，它的功能是对输入信号进行检测。当连续输入三个1（以及三个以上1）时，该电路输出Y=1，否则输出Y=0。,解：
5、（1）根据设计要求，设定状态:,S2X=11的状态（连续输入两个1以后的状态）。,S1X=1的状态（输入一个1后的状态）；,S3X=111连续输入三个1（以及三个以上1）后的状态。,18,电路处于初始状态S0,电路已转到状态S1,（2）根据题意可画出原始状态图：,19,20,画原始状态图,21,（3）状态化简。 观察上表可知，S2和S3是等价状态，所以将S2和S3合并，并用S2表示，得简化状态图:,22,（4）状态分配。 该电路有3个状态，可以用2位二进制代码组合（00、01、10、11）中的 三个代码表示。本例取S0=00、S1=01、S2=1。,（5）选择触发器。 本例选用2个下降沿触发的
6、JK触发器。,23,编码后的状态表,24,例2电路次态/输出（ ）的卡诺图,（6）求出状态方程、驱动方程和输出方程。,25,由输出卡诺图可得电路的次态方程和输出方程：,分解的卡诺图,26,（7）画逻辑图。根据驱动方程和输出方程，画出逻辑图,27,（8）检查能否自启动,电路的状态转换图电路能够自启动!,如何用D触发器实现该逻辑电路 ?,28,例3：设计一个自动售火柴机的逻辑电路。它的投币口每次只能投入一枚一分或二分的硬币。投入三分钱硬币后机器给出一盒火柴；投入四分（两枚二分）硬币后，给出火柴的同时找回一枚一分硬币。,解：输入变量、，分别表示投入一枚二分，投入一枚一分硬币。,输出变量、，分别表示给
7、出一盒火柴，找一分零钱。,未投币前的状态,投入一分硬币后的状态,投入二分（一枚二分或两枚一分）硬币后的状态,29,例3的状态转换图,30,例3电路次态/输出（ ）的卡诺图,31,卡诺图的分解,32,例3的逻辑图,33,所设计电路的状态转换图,34,例 试设计一个模可变递增同步计数器，当控制信号X= 0时为三进制计数，X = 1时为四进制计数。设置一个进位输出端C。,解：1）根据题意画状态图,35,2）状态编码,3）编码后状态图及状态表,36,无效状态,37,4）选触发器M=4N=2用2个上升沿触发的D触发器。,5）求输出方程、驱动方程,38,39,6）检查自启动能力由状态方程：,7）电路图略,
8、有自启动能力,40,例：试用触发器和与非门设计一个红、黄、绿三色的十字路口交通灯控制电路，要求按照图示顺序循环工作。,41,解：1.分析框图1）需设计的控制系统有6个输出，无外部输入。,南北向：绿、红、黄灯 Sg 、Sr 、Sy东西向：绿、红、黄灯 Eg 、Er 、Ey设： 灯亮 Sg 、Sr 、Sy、Eg 、Er 、Ey=1 灯灭 Sg 、Sr 、Sy、Eg 、Er 、Ey=0,42,2）每一分钟为一个状态，共需 6 个状态 S0 Sg=1， Er =1 1分钟 S1 Sg=1， Er =1 1分钟 S2 Sy=1， Er =1 1分钟 S3 Sr=1， Eg =1 1分钟 S4 Sr=1，
9、 Eg =1 1分钟 S5 Sr=1， Ey =1 1分钟,(南北绿、东西红)(南北绿、东西红)(南北黄、东西红)(南北红、东西绿)(南北红、东西绿)(南北红、东西黄),43,2. 状态编码M=6取触发器位数 n = 3,44,3. 编码后的状态图,45,4. 求驱动方程、输出方程,0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 00 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 00 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 01 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 01 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 01 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1,46,47,5. 自启动检查6. 逻辑图,48,例：试用D触发器设计一个同步时序电路，要 求电路输出Z与CP的相对关系满足图示波 形。,49,P173 5.14,补充题：试用JK触发器设计一个带进/借位输出端的同步三进制加减可逆计数器。,
