數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件4.ppt

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1、第4章時(shí)序邏輯電路分析與設(shè)計(jì)4.1同步時(shí)序電路分析4.2觸發(fā)器級同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)4.3模塊級同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)*4.4異步計(jì)數(shù)器分析與設(shè)計(jì)4.1同步時(shí)序電路分析4.1.1觸發(fā)器級電路分析要確定一個(gè)用觸發(fā)器構(gòu)成的同步時(shí)序電路的功能，通常需要經(jīng)過以下幾個(gè)分析步驟：①根據(jù)給定電路寫出輸出方程組、激勵方程組和次態(tài)方程組；②根據(jù)上述三個(gè)方程組列出電路的狀態(tài)表；③根據(jù)狀態(tài)表畫出電路的狀態(tài)圖，必要時(shí)還可畫出電路的工作波形；④根據(jù)狀態(tài)圖（或狀態(tài)表、工作波形）確定電路的邏輯功【例4-1】分析圖4-1所示同步時(shí)序電路的功能，并畫出電路的工作波形。圖4-1例4-1的電路解輸出方程組激勵方程組將激勵

2、函數(shù)代入JK觸發(fā)器的次態(tài)方程,得次態(tài)方程組:表4-1例4-1狀態(tài)表圖4-2例4-1的狀態(tài)圖圖4-3例4-3的電路工作波形由狀態(tài)圖可見，當(dāng)輸入X=0時(shí)，電路始終處于保持狀態(tài)；當(dāng)輸入X=1時(shí)，電路呈現(xiàn)出來一個(gè)CP脈沖狀態(tài)加1的特點(diǎn)，且當(dāng)電路處于狀態(tài)11（3）時(shí)，下一個(gè)CP脈沖到來后狀態(tài)變?yōu)?0且產(chǎn)生Z=1輸出，為四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。因此，本電路為一個(gè)可控同步四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，X為控制端，Z為進(jìn)位輸出。當(dāng)控制端X=0時(shí)，維持原態(tài)；X=1時(shí)，進(jìn)行四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。【例4-2】分析圖4-4所示同步時(shí)序電路的功能，并畫出電路的工作波形。圖4-4例4-2的電路解輸出方程組激勵方程組：次態(tài)方程組:表4

3、-2例4-2狀態(tài)表圖4-5例4-2的狀態(tài)圖從狀態(tài)圖可見，狀態(tài)“11”是一個(gè)死循環(huán)，因此，圖4-4所示電路是一個(gè)非自啟動電路，加電工作時(shí)必須先清0。清0后，電路處于狀態(tài)“00”。如果X=Y（即XY=00或11），維持狀態(tài)“00”，輸出GEL=010；如果X＞Y（即XY=10），電路進(jìn)入狀態(tài)“10”，輸出GEL=100；如果X＜Y（即XY=01），電路進(jìn)入狀態(tài)“01”，輸出GEL=001。一旦電路進(jìn)入狀態(tài)“10”或“01”，將不再進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，而是停止在這些狀態(tài)上。由此可以判斷，該電路是一個(gè)高位先入的串行二進(jìn)制數(shù)比較器，X和Y是比較器的兩個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入端，G、E、L是X＞Y、X=Y、X＜

4、Y等三種比較結(jié)果的輸出端。圖4-6例4-2的電路工作波形4.1.2模塊級電路分析【例4-3】圖4-7電路由兩片4位二進(jìn)制同步可預(yù)置加法計(jì)數(shù)器74161和少量邏輯門組成，試分析其功能。圖4-7例4-3的電路解兩片74161的連接電路極為相似，如果不考慮級聯(lián)問題，二者完全相同。當(dāng)QDQCQBQA=0100時(shí)，下一個(gè)CP脈沖將QDQCQBQA置為1000；當(dāng)QDQCQBQA=1100時(shí)，下一個(gè)CP脈沖將QDQCQBQA置為0000?？梢姡恳黄?4161都是一個(gè)5421BCD碼計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)在來看兩片74161的級聯(lián)關(guān)系。雖然二者的CP端都與時(shí)鐘脈沖CP相連，但右側(cè)74161的計(jì)數(shù)控制端P

5、受與門輸出控制，而與門輸入接左側(cè)74161的QD、QC。只有當(dāng)左側(cè)74161處于“1100”狀態(tài)即“9”狀態(tài)時(shí)，下一個(gè)CP脈沖到來時(shí)右側(cè)74161才能計(jì)數(shù)，同時(shí)左側(cè)74161回到“0000”狀態(tài)。也就是說，每來10個(gè)CP脈沖，左側(cè)74161構(gòu)成的5421BCD計(jì)數(shù)器向右側(cè)74161構(gòu)成的5421BCD計(jì)數(shù)器輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖，使右側(cè)5421BCD碼計(jì)數(shù)器狀態(tài)加1。因此，該電路是一個(gè)兩位5421BCD碼計(jì)數(shù)器，其中左側(cè)74161構(gòu)成個(gè)位計(jì)數(shù)器，右側(cè)74161構(gòu)成十位計(jì)數(shù)器。【例4-4】分析圖4-8所示電路的功能。圖4-8例4-4的電路解本題電路的存儲器件只有1片74194，從連接情況看

6、，它構(gòu)成模8扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。其它器件都是圍繞74194來發(fā)揮作用的。畫出電路的全狀態(tài)圖，有助于電路功能的分析。根據(jù)移位寄存器74194和譯碼器74154的功能特點(diǎn)，容易畫出電路的全狀態(tài)圖，如圖4-9所示。從狀態(tài)圖可見，這是一個(gè)自啟動的π值發(fā)生器，周期性地在輸出端Z3Z2Z1Z0依次產(chǎn)生3、1、4、1、5、9、2、6等8位π值的8421BCD碼輸出。圖4-9例4-4電路的全狀態(tài)圖4.2觸發(fā)器級同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)4.2.1設(shè)計(jì)步驟(1)導(dǎo)出原始狀態(tài)圖或狀態(tài)表。(2)狀態(tài)化簡。狀態(tài)分配。(4)觸發(fā)器選型。(5)導(dǎo)出輸出和激勵函數(shù)表達(dá)式。(6)檢查多余狀態(tài)，打破無效循環(huán)。(7)畫電路圖。4.

7、2.2導(dǎo)出原始狀態(tài)圖或狀態(tài)表1.狀態(tài)定義法狀態(tài)定義法的基本思路是，認(rèn)真分析電路要實(shí)現(xiàn)的功能，定義輸入、輸出變量和用來記憶輸入歷史的若干狀態(tài)，然后分別以這些狀態(tài)為現(xiàn)態(tài)，在不同的輸入條件下確定電路的次態(tài)和輸出，由此得到電路的原始狀態(tài)圖或狀態(tài)表。本書將這種設(shè)計(jì)方法稱為狀態(tài)定義法，定義狀態(tài)的原則是“寧多勿缺”，使原始狀態(tài)圖或狀態(tài)表全面、準(zhǔn)確地體現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的邏輯功能。多余的狀態(tài)可以在狀態(tài)化簡時(shí)消除。【例4-5】導(dǎo)出“1111”序列檢測器的原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表。當(dāng)連續(xù)