計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)補(bǔ)充ppt課件

1、同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的普通步驟同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的普通步驟設(shè)計(jì)要求原始形狀圖(形狀表)最簡形狀圖(形狀表)形狀編碼輸出方程驅(qū)動方程邏輯電路圖狀態(tài)簡化狀態(tài)分配觸發(fā)器選型自啟動檢查邏輯籠統(tǒng)一、設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路，普通按以下步驟：一、設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路，普通按以下步驟：(1)邏輯籠統(tǒng)，建立原始形狀轉(zhuǎn)換圖邏輯籠統(tǒng)，建立原始形狀轉(zhuǎn)換圖/表。表。這一步是根底，也是關(guān)鍵。通常要確定輸入變量、輸出變量、形狀這一步是根底，也是關(guān)鍵。通常要確定輸入變量、輸出變量、形狀數(shù)，并定義它們的含義，將形狀順序編號，畫出形狀轉(zhuǎn)換圖或表。數(shù)，并定義它們的含義，將形狀順序編號，畫出形狀轉(zhuǎn)換圖或表。(2)形狀化簡，消除多余形

2、狀，得到最小形狀轉(zhuǎn)換圖形狀化簡，消除多余形狀，得到最小形狀轉(zhuǎn)換圖/表。表。(3)形狀分配形狀分配(形狀編碼形狀編碼)，畫出編碼后的形狀轉(zhuǎn)換圖，畫出編碼后的形狀轉(zhuǎn)換圖/表。表。 由于時(shí)序邏輯電路的形狀是用觸發(fā)器形狀的不同組合來表示的。所以，這一步所做的任務(wù)就是要確定觸發(fā)器的個(gè)數(shù)所以，這一步所做的任務(wù)就是要確定觸發(fā)器的個(gè)數(shù)n，并給每個(gè)，并給每個(gè)形狀分配一組二值代碼。其中形狀分配一組二值代碼。其中n為滿足公式為滿足公式nlog2N(N為形狀數(shù)為形狀數(shù))的最小整數(shù)。的最小整數(shù)。 (4)選定觸發(fā)器的類型，求出電路的輸出方程，驅(qū)動方程。選定觸發(fā)器的類型，求出電路的輸出方程，驅(qū)動方程。(5)根據(jù)得到的方程式

3、畫出邏輯圖。根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。(6)檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動。檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動。假設(shè)電路不能自啟動，應(yīng)修正設(shè)計(jì)或加置初態(tài)。假設(shè)電路不能自啟動，應(yīng)修正設(shè)計(jì)或加置初態(tài)。例：設(shè)計(jì)一個(gè)自動報(bào)紙銷售機(jī)例：設(shè)計(jì)一個(gè)自動報(bào)紙銷售機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)個(gè)簡單的數(shù)字電路用于電子的報(bào)紙售賣機(jī)的投幣器。個(gè)簡單的數(shù)字電路用于電子的報(bào)紙售賣機(jī)的投幣器。假設(shè)報(bào)紙價(jià)錢為假設(shè)報(bào)紙價(jià)錢為1.51.5元。元。投幣器只能接受投幣器只能接受5 5角和角和1 1元的硬幣。元的硬幣。必需提供適當(dāng)數(shù)目的零錢，投幣器不找錢。必需提供適當(dāng)數(shù)目的零錢，投幣器不找錢。合法的硬幣組合包括合法的硬幣組合包括1 1個(gè)個(gè)5 5角的硬幣和角的硬幣和1

4、 1個(gè)個(gè)1 1元的硬幣，元的硬幣，3 3個(gè)個(gè)5 5角角的硬幣的硬幣,1,1個(gè)個(gè)1 1元硬幣和元硬幣和1 1個(gè)個(gè)5 5角的硬幣，角的硬幣，2 2個(gè)個(gè)1 1元的硬幣是合法的，元的硬幣是合法的，但是投幣器不找錢。但是投幣器不找錢。當(dāng)投幣滿足時(shí)，送出一份報(bào)紙當(dāng)投幣滿足時(shí)，送出一份報(bào)紙解解:(1):(1)邏輯籠統(tǒng)，建立原始形狀轉(zhuǎn)換圖邏輯籠統(tǒng)，建立原始形狀轉(zhuǎn)換圖 分析題意，分析題意， 確定輸入、確定輸入、 輸出變量。輸出變量。輸入：所投硬幣，輸入：所投硬幣，AB表示；表示；00：沒有投幣；：沒有投幣；01：一個(gè)：一個(gè)5角；角；10：一個(gè)：一個(gè)1元的硬幣時(shí)。元的硬幣時(shí)。輸出：輸出：Y表示；表示；0：不出報(bào)紙

5、；：不出報(bào)紙；1：出一份報(bào)紙。：出一份報(bào)紙。 確定形狀。確定形狀。 首先確定有多少種信息需求記憶，首先確定有多少種信息需求記憶， 然后然后對每一種需求記憶的信息設(shè)置一個(gè)形狀并用字母表示。對每一種需求記憶的信息設(shè)置一個(gè)形狀并用字母表示。形狀：形狀： s00；s15角；角；s21元；元；s31.5元；元；s4=2.0元。元。此外輸入信號還有時(shí)鐘信號此外輸入信號還有時(shí)鐘信號clk及復(fù)位信號及復(fù)位信號reset 確定形狀之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定形狀之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系， 畫出原始形狀圖，畫出原始形狀圖， 列出原始列出原始形狀表。形狀表。01/0 01/010/0(a) 原始形狀圖 S4S300/0 S0S1S2

6、AB/YS00/000/001/110/010/1形狀：形狀：s00；s15角；角； s21元；元；s31.5元；元； s4=2.0元。元。等價(jià)形狀：凡是在輸入一樣時(shí)，輸?shù)葍r(jià)形狀：凡是在輸入一樣時(shí)，輸出一樣、要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也一樣的出一樣、要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也一樣的形狀，稱為等價(jià)形狀。等價(jià)形狀可形狀，稱為等價(jià)形狀。等價(jià)形狀可以合并。以合并。10/001/000/000/0(2)(2)形狀化簡形狀化簡在完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表中，兩個(gè)形狀假設(shè)在完全描畫形狀轉(zhuǎn)移表中，兩個(gè)形狀假設(shè)“等價(jià)，那么這兩等價(jià)，那么這兩個(gè)形狀可以合并為一個(gè)形狀。兩個(gè)形狀等價(jià)的條件是：個(gè)形狀可以合并為一個(gè)形狀。兩個(gè)形狀等價(jià)的條件是：(1)

7、 (1) 在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀對應(yīng)輸出完全一樣；在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀對應(yīng)輸出完全一樣；(2) (2) 在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀轉(zhuǎn)移效果完全一樣。在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀轉(zhuǎn)移效果完全一樣。對轉(zhuǎn)移效果的了解：對轉(zhuǎn)移效果的了解：(1) (1) 在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀的次態(tài)完全一樣。在一切輸入條件下，兩個(gè)形狀的次態(tài)完全一樣。(2) (2) 在有些輸入條件下次態(tài)不一樣，例如：在有些輸入條件下次態(tài)不一樣，例如：S1S3S1S3，S2 S4S2 S4，那么要繼續(xù)比較那么要繼續(xù)比較S3S3和和S4S4兩個(gè)形狀，假設(shè)等價(jià)，那么兩個(gè)形狀，假設(shè)等價(jià)，那么S1S1和和S2S2的形狀的形狀轉(zhuǎn)移效果一

8、樣；否那么不同。稱轉(zhuǎn)移效果一樣；否那么不同。稱S3S3，S4S4是是S1S1和和S2S2的等價(jià)隱含條件。的等價(jià)隱含條件。(3) (3) 在有些輸入條件下，在有些輸入條件下， S1 S1和和S2S2形狀對與形狀對與S3S3和和S4S4形狀對互為隱形狀對互為隱含條件，那么含條件，那么S1S1和和S2S2等價(jià)，等價(jià)， S3 S3和和S4S4也等價(jià)。也等價(jià)。S1S2S3S4S0S1S2S3(a)隱含表不等價(jià)：不等價(jià)：；等價(jià)：；等價(jià)：隱含表化簡法：S0S1S200/001/001/110/110/100/001/010/000/0AB/Y或或01/0 01/010/0 S4S300/0 S0S1S200

9、/000/001/110/010/110/001/000/000/0(3)(3)形狀編碼形狀編碼 形狀分配是指將形狀表中每個(gè)形狀賦以適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制代碼，得到形狀分配是指將形狀表中每個(gè)形狀賦以適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制代碼，得到代碼方式的形狀表二進(jìn)制形狀表。代碼方式的形狀表二進(jìn)制形狀表。nnM221n n位二進(jìn)制數(shù)共有位二進(jìn)制數(shù)共有2n2n種不同代碼，假設(shè)需求分配的形狀數(shù)為種不同代碼，假設(shè)需求分配的形狀數(shù)為M M，那么那么即即n為選擇的觸發(fā)器的個(gè)數(shù)。本例中，為選擇的觸發(fā)器的個(gè)數(shù)。本例中，M=3，所以取，所以取n=2，需，需2個(gè)觸發(fā)器。個(gè)觸發(fā)器。S0=00S1=01S2=1000011000/001/001/11

10、0/110/100/001/010/000/0AB/Y或或(4)(4)觸發(fā)器選型，求時(shí)鐘、輸出、形狀、驅(qū)動方程觸發(fā)器選型，求時(shí)鐘、輸出、形狀、驅(qū)動方程00011000/001/001/110/110/100/001/010/000/0AB/Y或或xxx1011xxx11xxx01xxx00 xxx1110010100010100010 xxx11100100100100100 01xxx1101010001010000000YABn10nQ Qn+1110nQQ0 x0110 xxxx110 x10011x000010110100ABQ1Q0YABn10nQ Qn + 1110nQ Qn+11

11、Qn+110101QBQAQ QABQ0 x0010 xxxx110 x01010 x100010110100ABQ1Q0n+10Qn+10100QBQ QABQYABn10nQ Qn + 1110nQ Q1x1010 xxxx111x00010 x000010110100ABQ1Q0101YAQAQBQn+11010100101QBQAQ QABQBQ AQ QBQ ABQn+10100QBQ QABQ形形狀狀方方程程選用選用2 2個(gè)個(gè)CPCP下降沿觸發(fā)的下降沿觸發(fā)的JKJK觸發(fā)器，分別用觸發(fā)器，分別用FF0FF0、FF1FF1表示。表示。采用同步方案。采用同步方案。nnnQKQJQ 101

12、010010 JBQKABJBQ AQKBQ AB(5)(5)檢查自啟動才干，畫邏輯電路圖檢查自啟動才干，畫邏輯電路圖電路存在無效形狀電路存在無效形狀“1111，電路開場任務(wù)時(shí)，可經(jīng)過復(fù)位信，電路開場任務(wù)時(shí)，可經(jīng)過復(fù)位信號設(shè)置正確的任務(wù)初態(tài)號設(shè)置正確的任務(wù)初態(tài)0000 YFF0FF1 A B Q1 Q1 1J C1 1K 1J C1 1K & Q0 Q0 CP & & 1&reset解解:(1):(1)建立原始形狀圖和形狀表建立原始形狀圖和形狀表 分析題意，分析題意， 確定輸入、確定輸入、 輸出變量。輸出變量。 設(shè)置形狀。設(shè)置形狀。 首先確定有多少種信息需求記憶

13、，首先確定有多少種信息需求記憶， 然后對每一種需然后對每一種需求記憶的信息設(shè)置一個(gè)形狀并用字母表示。求記憶的信息設(shè)置一個(gè)形狀并用字母表示。 確定形狀之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定形狀之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系， 畫出原始形狀圖，畫出原始形狀圖， 列出原始形狀表。列出原始形狀表。分析題意，規(guī)定如下：分析題意，規(guī)定如下： S0 S0： 初始形狀，初始形狀， 表示電路還沒有收到一個(gè)有效的表示電路還沒有收到一個(gè)有效的1 1。 S1 S1： 表示電路收到了一個(gè)表示電路收到了一個(gè)1 1的形狀。的形狀。 S2 S2： 表示電路收到了延續(xù)兩個(gè)表示電路收到了延續(xù)兩個(gè)1 1的形狀。的形狀。 S3 S3： 表示電路收到了延續(xù)三個(gè)表示電路

14、收到了延續(xù)三個(gè)1 1的形狀。的形狀。S0S1S2S3設(shè)電路開場處于初始形狀為設(shè)電路開場處于初始形狀為S0S0。1/0X/Z1/01/11/10/00/00/00/0建立原始形狀圖建立原始形狀圖 0/01/0 1/01/01/0 0/0(b) 簡化狀態(tài)圖 S2 0/0 1/1 S0 S11/0 0/0 1/1 0/0 0/0 1/0 1/1(a) 原始狀態(tài)圖 S3 S2 0/0 S0 S1(2)(2)形狀化簡形狀化簡 凡是在輸入一樣時(shí)，輸出一樣、要凡是在輸入一樣時(shí)，輸出一樣、要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也一樣的形狀，稱為等價(jià)轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也一樣的形狀，稱為等價(jià)形狀。等價(jià)形狀可以合并。形狀。等價(jià)形狀可以合并。最簡

15、形狀表最簡形狀表 0/01/0 1/01/01/0 0/0(c) 二進(jìn)制狀態(tài)圖 10 0/0 1/1 00 01S0=00S1=01S2=10(3)(3)形狀分配形狀分配nnM221 形狀分配是指將形狀表中每個(gè)形狀賦以適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制代碼，形狀分配是指將形狀表中每個(gè)形狀賦以適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制代碼，得到代碼方式的形狀表二進(jìn)制形狀表。得到代碼方式的形狀表二進(jìn)制形狀表。n n位二進(jìn)制數(shù)共有位二進(jìn)制數(shù)共有2n2n種不同代碼，假設(shè)需求分配的形狀數(shù)為種不同代碼，假設(shè)需求分配的形狀數(shù)為M M，那么那么即即n為選擇的觸發(fā)器的個(gè)數(shù)。本例中，為選擇的觸發(fā)器的個(gè)數(shù)。本例中，M=3，所以取，所以取n=2，需，需2個(gè)觸發(fā)器。個(gè)觸

16、發(fā)器。形狀表形狀表選用選用2 2個(gè)個(gè)CPCP下降沿觸發(fā)的下降沿觸發(fā)的JKJK觸發(fā)器，分別用觸發(fā)器，分別用FF0FF0、FF1FF1表示。表示。采用同步方案。采用同步方案。輸輸出出方方程程nXQ1Z 形形狀狀方方程程 10nQ的卡諾圖的卡諾圖 X 00 01 11 10 0 0 0 0 1 1 0 0 nnQQ01 nnnQQXQ0110 nnnXQXQQ1011 11nQ的卡諾圖的卡諾圖 X 00 01 11 10 0 0 0 0 1 0 1 1 nnQQ01 Z 的的卡卡諾諾圖圖 X 00 01 11 10 0 0 0 0 1 0 0 1 nnQQ01 (4)(4)觸發(fā)器選型，求時(shí)鐘、輸出、

17、形狀、驅(qū)動方程觸發(fā)器選型，求時(shí)鐘、輸出、形狀、驅(qū)動方程 nnnnnnnnnnnnnnnXQQXQXQQQXQXQXQQQQQXQQXQ1101n110101100101100)(nnnQKQJQ 1比較，得驅(qū)動方程：比較，得驅(qū)動方程： XKXQJKQXJnn101010 1 0 0 1 1 10 0 /0 1/1 將無效形狀將無效形狀11代入輸出代入輸出方程和形狀方程計(jì)算：方程和形狀方程計(jì)算：電路可以自啟動。電路可以自啟動。(5)(5)檢查自啟動才干，畫邏輯電路圖檢查自啟動才干，畫邏輯電路圖 Z FF0 FF1 1 X Q1 Q1 1J C1 1K 1J C1 1K & Q0 Q0 C

18、P & 1 & 邏輯電路圖：邏輯電路圖：0001100/01/00/01/01/10/0110/11/1電路的完好形狀轉(zhuǎn)換圖：電路的完好形狀轉(zhuǎn)換圖：X/ZQ1Q0同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)步驟如下：同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)步驟如下：建立最簡形狀轉(zhuǎn)移圖建立最簡形狀轉(zhuǎn)移圖確定觸發(fā)器級數(shù)，進(jìn)展形狀編碼確定觸發(fā)器級數(shù)，進(jìn)展形狀編碼用次態(tài)卡諾圖，求形狀方程、輸出方程用次態(tài)卡諾圖，求形狀方程、輸出方程檢查自啟動特性檢查自啟動特性確定觸發(fā)器類型，求驅(qū)動方程確定觸發(fā)器類型，求驅(qū)動方程畫邏輯圖畫邏輯圖例 設(shè)計(jì)模同步計(jì)數(shù)器。解第一步：建立最簡原始形狀圖解第一步：建立最簡原始形狀圖S0S1S2

19、S5S4S5/0/0/0/0/1/0原始形狀圖第二步：形狀編碼第二步：形狀編碼由于形狀數(shù)為由于形狀數(shù)為6，23622，共需，共需3片觸發(fā)器。令：片觸發(fā)器。令：S0000， S1001， S2011， S5111， S4110， S5100。模計(jì)數(shù)器要求有個(gè)記憶形狀，模計(jì)數(shù)器要求有個(gè)記憶形狀，且逢六進(jìn)一，由此可作出原始形狀轉(zhuǎn)且逢六進(jìn)一，由此可作出原始形狀轉(zhuǎn)移圖。由于必需求有個(gè)記憶形狀，移圖。由于必需求有個(gè)記憶形狀，所以不需求再化簡。所以不需求再化簡。形狀轉(zhuǎn)移表Z(t)N(t)S(t)100000100010110011111011111001101000100000nQ3nQ2nQ113 nQ1

20、2 nQ11 nQ第三步：求形狀方程第三步：求形狀方程13 nQ11 nQZ01001100001111001nnQQ23nQ112 nQ00011110001111001nnQQ23nQ110011000001111001nnQQ23nQ1001000 x0001111001nnQQ23nQ1次態(tài)及輸出函數(shù)卡諾圖nnQQZ23 形狀轉(zhuǎn)移方程：形狀轉(zhuǎn)移方程：輸出方程：輸出方程：nnnnnnQQQQQQ311112213 010101000001011111110100原始形狀圖010101 (a) (b)第四步：檢驗(yàn)自啟動特性第四步：檢驗(yàn)自啟動特性將偏離態(tài)將偏離態(tài)010和和101代入形代入形狀

21、轉(zhuǎn)移方程，作出形狀轉(zhuǎn)移圖。狀轉(zhuǎn)移方程，作出形狀轉(zhuǎn)移圖。顯然，計(jì)數(shù)器不具有自啟顯然，計(jì)數(shù)器不具有自啟動特性。究其緣由是在求解形動特性。究其緣由是在求解形狀轉(zhuǎn)移方程時(shí)，將偏離態(tài)作為狀轉(zhuǎn)移方程時(shí)，將偏離態(tài)作為恣意態(tài)處置，沒有確定的轉(zhuǎn)移恣意態(tài)處置，沒有確定的轉(zhuǎn)移方向。方向。處理的方法是將某一個(gè)偏處理的方法是將某一個(gè)偏離態(tài)轉(zhuǎn)移到一個(gè)確定的有效形離態(tài)轉(zhuǎn)移到一個(gè)確定的有效形狀如狀如011，再次求解形狀，再次求解形狀轉(zhuǎn)移方程。轉(zhuǎn)移方程。nnnnnnnnQQQQQQQQ12311112213 1DRC1CP1DRC11DRC1&1125RDQ1Q2Q5Q2Z邏輯電路圖第五步：選擇觸發(fā)器類型并畫邏輯電路圖

22、第五步：選擇觸發(fā)器類型并畫邏輯電路圖采用采用D觸發(fā)器：觸發(fā)器：nnnnnQQQDQDQD12311223 原始形狀圖S0S1S2S4S5S60/0,1/00/00/01/00/0S31/10/10/0,1/00/0,1/0例設(shè)計(jì)一個(gè)可變模值的同步計(jì)數(shù)器，當(dāng)控制信號例設(shè)計(jì)一個(gè)可變模值的同步計(jì)數(shù)器，當(dāng)控制信號M=0M=0時(shí)，實(shí)時(shí)，實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)模7 7計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)，當(dāng)M=1M=1時(shí)，實(shí)現(xiàn)模時(shí)，實(shí)現(xiàn)模5 5計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)。解根據(jù)題意要求可直接作出原始形狀轉(zhuǎn)移圖，且不需求再化簡。解根據(jù)題意要求可直接作出原始形狀轉(zhuǎn)移圖，且不需求再化簡。最大形狀數(shù)為最大形狀數(shù)為7，因此取形狀代碼位數(shù)為，因此取形狀代碼位數(shù)為3。令：。令：S0=000，S1=001，S2=011，S5=110，S4=101，S5=010， S6=100 。序號序號S(t)N(t)Z(t)M = 0M = 1M=0M=1000000100100100101101100201111011000511010110000410101000501010000610000000011nQ3nQ2nQ113 nQ12 nQ11 nQ13 nQ12 nQ11 nQ形狀轉(zhuǎn)移表根據(jù)原始形狀轉(zhuǎn)移圖作形