中南大学数字电子技术 5.3 时序逻辑电路的设计.pdf

5.3 时序逻辑电路的设计 1.时序逻辑电路的设计的任务 要求设计者根据给出的具体逻辑问题，求出实 现这一逻辑功能的逻辑电路。 2.时序逻辑电路的设计的原则 所得到的设计电路结果应力求简单。 SSI设计：电路最简的标准是所用的触发器和门电 路的数 目最少，而且触发器和门电路的输入端数 目也最少。 MSI设计：电路最简的标准则是使用的集成电路数 目最少，种类最少。而且互相间的连线也最少。 3. 同步时序逻辑电路的设计步骤 1）逻辑抽象 a.分析给定的逻辑问题,确定输入变量、输出变量以及电路的 状态数。 b.定义输入、输出变量和状态的含义，并将电路状态顺序编号 c.按照题意列出电路的状态转换表或画出电路的状态转换图。 2）状态化简 若两个电路状态在相同的输入下有相同的输出，并且转换到 同样一个次态。则称这两个状态为等价状态。显然等价状态是 重复的，可以合并为一个。 3）状态分配 用状态变量表示电路的状态的过程 首先，需要确定状态变量的数 目n。因为n个状态 n 变量共有2 种状态组合，所以为获得时序 电路所 需的M个状态，必须取 n-1 n 2 ＜M＜2 4）选定触发器的类型，求出电路的状态方程、驱 动方程和输出方程 5）根据驱动方程和输出方程画出电路图 6）检查设计的电路能否自启动 举例：试设计一个5进制计数器。 解 ①根据设计要求，设定状态，画出状态 转换图。 分别用S0 、S1、S2 、S3 、S4表示五进制计数器的5个状 态，。在计数脉冲CP作用下，5个状态循环转换，当电 路状态为S4 时，输出Y 1。 ②状态化简。 五进制计数器应有5个状态，不需化简。 ③状态分配，列出状态转换表。 现态 次态 进位输出 状态转换顺序 Qn Qn Qn Qn1 Qn1 Qn1 Y 2 1 0 2 1 0 S0 0 0 0 0 0 1 0 S1 0 0 1 0 1 0 0 S2 0 1 0 0 1 1 0 S3 0 1 1 1 0 0 0 S4 1 0 0 0 0 0 1 ④选择触发器，并求各触发器的驱动方程及输出 方程。 根据状态转换表，画出电路的次态卡诺图， 其中三个无效状态101、110、111做无关项处理。 分解卡诺图， 得到 写出电路的状态方程式： Q n  1 Q Q  2 1 0  n  1  Q 1 Q 1Q 0  Q 1Q 0  n  1