第二十七講 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)

7.5 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)
用SSI觸發(fā)器
16進(jìn)制以內(nèi)
7.5.1 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法
設(shè)計(jì)關(guān)鍵：
設(shè)計(jì)步驟：
1．根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
2．狀態(tài)化簡
3．狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表
4．選擇觸發(fā)器的類型，求出狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程
5．根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖。
6．檢查電路有無自啟動(dòng)能力
7.5.2 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例
[例7.5.1] 試設(shè)計(jì)一個(gè)同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。
按設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行
[例7.5.2] 設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖序列為10100的序列脈沖發(fā)生器。
按設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行

思考：若設(shè)計(jì)異步時(shí)序電路，與同步時(shí)序電路應(yīng)有何不同？

.5 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)：根據(jù)給定邏輯功能的要求，設(shè)計(jì)出能滿足要求的同步時(shí)序邏輯電路。
和分析正好相反，因此先回憶同步時(shí)序電路的分析，已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)點(diǎn)就可以略講，而強(qiáng)調(diào)與分析過程中不同的新知識(shí)。
用SSI觸發(fā)器（用MSI器件實(shí)現(xiàn)的方法已經(jīng)講過了）
16進(jìn)制以內(nèi)（更大容量的計(jì)數(shù)器采用級(jí)聯(lián)法實(shí)現(xiàn)）
7.5.1 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)關(guān)鍵：根據(jù)設(shè)計(jì)要求→確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換的規(guī)律→求出各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。

設(shè)計(jì)步驟：（先簡單介紹，通過以下的舉例后，再進(jìn)行總結(jié)，特別再點(diǎn)出設(shè)計(jì)關(guān)鍵）
1．根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
2．狀態(tài)化簡
前提：保證滿足邏輯功能要求。
方法：將等價(jià)狀態(tài)（多余的重復(fù)狀態(tài)）合并為一個(gè)狀態(tài)。
3．狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表
通常采用自然二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。N為電路的狀態(tài)數(shù)。
每個(gè)觸發(fā)器表示一位二進(jìn)制數(shù)，因此，觸發(fā)器的數(shù)目n可按下式確定
（7.5.1）
4．畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖，求出狀態(tài)方程、輸出方程
選擇觸發(fā)器的類型（一般可選JKF/F或DF/F，由于JK觸發(fā)器使用比較靈活，因此，在設(shè)計(jì)中多選用JK觸發(fā)器。）
將狀態(tài)方程和觸發(fā)器的特性方程進(jìn)行比較→驅(qū)動(dòng)方程。
5．根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖。
6．檢查電路有無自啟動(dòng)能力。
如設(shè)計(jì)的電路存在無效狀態(tài)時(shí)，應(yīng)檢查電路進(jìn)入無效狀態(tài)后，能否在時(shí)鐘脈沖作用下自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。如能回到有效狀態(tài)，則電路有自啟動(dòng)能力；如不能，則需修改設(shè)計(jì)，使電路具有自啟動(dòng)能力。

7.5.2 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例
掌握一種方法，需要通過一定的舉例、做練習(xí)。因此本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)方法：課堂上聽懂方法、步驟、關(guān)鍵點(diǎn)，再通過一定量的課后作業(yè)鞏固。
[例7.5.1] 試設(shè)計(jì)一個(gè)同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。
解：設(shè)計(jì)步驟
（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
七進(jìn)制→7個(gè)狀態(tài)→用S0，S1，…，S6表示
狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如教材中圖7.5.1所示。
（2）狀態(tài)化簡。
本例中7個(gè)狀態(tài)都是有效狀態(tài)。

3）狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。
根據(jù)式 ，→ N＝7，n＝3，即采用三個(gè)觸發(fā)器。
選用三位自然二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)編碼→列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。

（4）選擇觸發(fā)器的類型，求出狀態(tài)方程，驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。
根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表→圖7.5.2所示的各觸發(fā)器次態(tài)和輸出函數(shù)的卡諾圖。得

（5）根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖。教材中圖7.5.3所示。
（6）檢查電路有無自啟動(dòng)能力。
電路有一個(gè)無效狀態(tài)111，將該狀態(tài)代入狀態(tài)方程中得000。這說明一旦電路進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，只要再輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP，電路便回到有效狀態(tài)000。
因此，具有自啟動(dòng)能力。
[例7.5.2] 設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖序列為10100的序列脈沖發(fā)生器。
解：設(shè)計(jì)步驟
（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定狀態(tài)，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
由于串行輸出Y的脈沖序列為10100，故電路應(yīng)有5個(gè)狀態(tài)，即N＝5，它們分別用S0 ，S1 ，…，S4表示。輸入第一個(gè)時(shí)鐘脈沖CP時(shí)，狀態(tài)由S0轉(zhuǎn)到S1 ，輸出Y＝1：輸入第二個(gè)CP時(shí)，狀態(tài)由S1轉(zhuǎn)為S2 ，輸出Y＝0；其余依次類推。
畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，教材中圖7.5.4所示。
（2）狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。
根據(jù)式可知，在N＝5時(shí)，n＝3，即采用三位二進(jìn)制代碼。
可列出表7.5.2所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。
（3）選擇觸發(fā)器類型，求輸出方程、狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程。
根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表→圖7.5.5所示的各觸發(fā)器次態(tài)和輸出函數(shù)的卡諾圖。得

（4）根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖。如圖7.5.6所示。
（5）檢查電路有無自啟動(dòng)能力。
該電路的3個(gè)無效狀態(tài)101、110、111代入狀態(tài)方程中進(jìn)行計(jì)算后獲得的010、010、000都為有效狀態(tài)，這說明一旦電路進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，只要繼續(xù)輸入時(shí)鐘脈沖CP，電路便可自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。
電路有自啟動(dòng)能力。
思考：若設(shè)計(jì)異步時(shí)序電路，與同步時(shí)序電路應(yīng)有何不同？