同步时序电路的设计步骤
同步时序逻辑电路
2)顺序比较,寻找等效状态对;对照原始状态表或图对每个 状态对进行比较,结果有三:a)状态对等效;b)状态对不等 效;c)状态对是否等效需进一步检查。(将它们的次态对填 入相应表格中)。
4)选择触发器的类型及个数(2n-1M 2n,其中M是电 路包含的状态个数)。 5)求电路的输出方程及各触发器的驱动方程:根据各触 发器的次态方程,二进 制状态表求出触发器的激励函数 表达式和电路的输出函数表达式,并予以化简。 6)画逻辑电路图,并检查自启动能力。
五、画逻辑电路图:
1)先画出所选的触发器,并按状态表中状态变量的顺序 给触发器编号。 2)根据激励函数、输出函数写出组合逻辑图。 3)最后画出同步时钟信号线。
现态
S0 S1 S2 S3
次态/输出
X=0
X=1
S1/0
S0/0
S1/0
S2/0
S1/0
S3/0
S1/0
S0/0
这里所谓的次态交错,是指在某种输入取值下,Si的次态为SJ, 而SJ的次态为Si 。
而所谓次态循环则是指次态之间的关系构成闭环,例如, Si 和SJ在某种输入取值下的次态是Sk和Sl ,而Sk和Sl在j种取值 下的次态又是Si和SJ,这种情况称为次态循环。
同步时序逻辑电路设计的一般步骤
同步时序逻辑电路设计的一般步骤
设计同步时序逻辑电路的一般步骤如下:
1. 确定问题需求:明确电路的功能和性能要求,了解电路所需的输入和输出信号。
2. 分析问题需求:分析输入信号的特性和逻辑关系,了解所需实现的逻辑功能。
3. 确定电路的逻辑结构:根据问题需求,确定所需逻辑模块(如触发器、计数器、状态机等)的类型和数量,并确定它们之间的连接关系。
4. 设计逻辑电路图:根据确定的逻辑结构和所需逻辑功能,绘制逻辑电路图,包括逻辑模块的输入输出端口和信号线的连接方式。
5. 进行逻辑时序设计:根据问题需求,确定逻辑元件的时序性质,如时钟频率、延迟要求等,以及逻辑元件的输入输出关系。
6. 进行逻辑优化:分析设计电路的性能指标和优化需求,可尝试对电路进行逻辑简化、速度优化或面积优化等。
7. 进行电路模拟验证:使用电路模拟器对设计的电路进行验证,确保电路的功能和性能满足设计要求。
8. 进行电路布局布线:将设计的逻辑电路转化为物理电路,在
布局设计中,要考虑电路布局的最小化、布线的最短路径和最小功耗等因素。
9. 进行静态时序分析:进行静态时序分析,检查电路中的时序相关问题,如时钟走时、数据到达时间等,以确保电路的正确性和稳定性。
10. 进行时序验证和测试:对设计的电路进行时序验证和测试,以确保电路的功能和性能满足设计要求。
11. 进行电路仿真和验证:通过仿真和验证,确认电路的正确
性和性能,以便进一步进行优化和改进。
12. 进行后续维护和优化:根据实际应用情况,进行电路的后
续维护和优化,以适应新的功能需求或改进电路的性能。
同步时序逻辑电路的分析步骤
时序逻辑电路的分析,就是从给定的时序电路的逻辑电路图出发,分析得到其逻辑功能。
具体讲,就是确定电路的输入和现态如何决定了电路的输出和次态,从而得到电路的状态迁移规律。对于同步时序逻辑电路,其中的触发器在统一的时钟信号的控制下工作,电路分析过程比较简单。
★同步时序逻辑电路的分析步骤
◆判断
根据给定的逻辑电路图,判断其为同步时序,还是异步时序,如果是同步时序,就按照下面的步骤具体分析。
◆读图
阅读电路图,明确电路中采用了何种触发器,以及输入、输出变量的情况;随后,根据电路的连接形式,得到电路的输出方程(输出由输入和现态决定的函数),以及触发器的激励方程(触发器的激励信号由输入和现态决定的函数)。
◆带入
已知触发器类型,可知其特征方程的标准形式,将上一步中得到的激励方程带入触发器的特征方程,得到电路中各个触发器对应的状态方程。
此时就得到了电路对应的逻辑表达式,包括输出方程、状态方程(次态由输入和现态决定的函数)。
◆计算
根据上一步得到的表达式,得到状态表,一般按照真值表的结构列写即可,也就是电路的真值表。当然,列写时最好用整体分析的方法,在分析困难时,可能需要带入计算。
◆转换
将电路的状态表(真值表)转换为状态图。
◆总结
分析电路的状态图上表达出的状态迁移关系,从而总结得到电路的逻辑功能,同时,这里一般还需要判断电路的安全性如何。
时序逻辑电路的安全性,及安全性的判断,将在例题中具体介绍。
★以上分析步骤,可以简单总结为图8.2.3所示流程。
计
算
图8.2.3 同步时序逻辑电路的分析步骤
图8.2.3重点总结了同步时序电路的分析时,每一步骤的目标和工作核心,应该不难理解。
同步时序逻辑电路设计的一般步骤
同步时序逻辑电路设计的一般步骤
1.确定需求:首先,需要明确电路的功能和性能需求。这包括输入和输出的规格,时钟频率,输入和输出的时序关系以及其他约束条件。
2.确定设计规范:根据需求,制定电路设计的一般规范,包括数据通路、控制器、状态机等的规范。这些规范有助于设计过程的准确性和一致性。
3.划分功能模块:将整个电路设计划分为不同的功能模块,每个模块负责实现一个具体的功能。根据设计规范,确定各个模块的边界和功能。
4.设计每个功能模块:对于每个功能模块,进行详细的设计。这包括选择适当的逻辑元件,如逻辑门、触发器等,进行逻辑电路设计。根据需要,可能需要使用编码器、解码器、计数器等组件。
5.进行时序分析:对于整个电路,进行时序分析以确保时序正确性。这包括设计验证、时序约束分析、时钟域划分和检查等步骤。时序分析可通过模拟、仿真或形式化验证实现。
6.进行综合与布局布线:将设计转化为物理实现。这包括综合工具的使用,将设计转换为标准单元表述。然后进行布局布线,将标准单元放置在芯片上,并通过金属线端口互连。这个过程需要综合工具和布局布线工具的支持。
7.进行时序优化:根据实际硬件资源和时序约束,对设计进行优化。目标是满足时序要求并最小化资源使用。优化方法包括逻辑重写、时钟树优化、功耗优化等。
8.进行后仿真和验证:对设计进行后仿真和验证,以确保设计的正确性和功能性。这可以通过模拟或仿真来完成。如果发现问题或错误,需要进行相应的调整和修改。
9.实现和测试:将优化后的设计转化为实际的电路板或芯片。然后进行测试和验证以确保设计的正确性、可靠性和性能。
数字电路基础--ch06-3同步时序逻辑电路的设计
(2)状态化简-----求出最简状态图 ; 合并等价状态,消去多余状态的过程称为状态化简 等价状态:在相同的输入下有相同的输出,并转换到同 一个次态去的两个状态称为等价状态。
(3)状态编码(状态分配);
给每个状态赋以二进制代码的过程。 根据状态数确定触发器的个数,
2n-1<M≤2n
(M:状态数; n:触发器的个数)
1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
(2) 确定激励方程组
计数脉 冲CP的 顺序
现
态
次 态
激励信号
n n n n n n n n Q 3 Q 2 Q1 Q 0 Q 3 +1 Q 2 +1 Q1 +1 Q 0 +1 D3 D 2 D1 D0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
设计 要求
1
原始状 态图
2 化简
最简状 态图
3
状态 分配
4
检查电 路能否 自启动
6
画电 路图
5
选触发器,求时 钟、输出、状态、 驱动方程
(1)根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表
①明确电路的输入条件和相应的输出要求,分别确定输入 变量和输出变量的数目和符号。 ②找出所有可能的状态和状态转换之间的关系。 ③根据原始状态图建立原始状态表。
同步时序电路
同步时序电路
同步时序电路是一种基础的数字电路,它在许多电子设备中都有广泛的应用。本文将从定义、分类、原理、设计和应用等方面对同步时序电路进行详细介绍。
一、定义
同步时序电路是指在时序控制下,各个电路模块之间能够精确地协调工作,从而实现预定的功能。它是一种特殊的时序电路,可以对时序信号进行处理和控制,保证电路的稳定性和可靠性。
二、分类
根据不同的功能和工作原理,同步时序电路可以分为以下几种类型:
1.触发器型同步时序电路:利用触发器的特性进行时序控制,实现时序信号的稳定和精确控制。
2.计数器型同步时序电路:利用计数器的特性进行时序计数和控制,实现多种复杂的时序功能。
3.状态机型同步时序电路:利用状态机的特性进行时序状态转换和控制,实现多种复杂的控制功能。
4.时钟型同步时序电路:利用时钟信号进行时序同步和控制,实现多种复杂的时序功能。
三、原理
同步时序电路的工作原理主要包括时序控制、时序同步、时序存储和时序输出等方面。
1.时序控制:时序控制是同步时序电路的核心,它通过对时序信号进行处理和控制,实现电路的稳定和可靠工作。
2.时序同步:时序同步是同步时序电路的重要特性之一,它能够确保不同电路模块之间的时序信号同步,从而实现预定的功能。
3.时序存储:时序存储是同步时序电路的另一个重要特性,它能够将时序信号暂时存储在存储器中,以便后续处理和控制。
4.时序输出:时序输出是同步时序电路的最终结果,它通过将时序信号输出到其他电路模块中,实现预定的功能。
四、设计
同步时序电路的设计需要考虑多种因素,包括电路结构、时序控制、时序同步、时序存储和时序输出等方面。
实验十 Moore型同步时序逻辑电路的分析与设计
实验十 Moore型同步时序逻辑电路的分析与设计
一、实验目的
1.掌握同步时序逻辑电路的分析、设计方法;
2.掌握时序逻辑电路的测试方法。
二、实验原理
1.Moore型同步时序逻辑电路的分析方法:
时序逻辑电路的分析,按照电路图,选择芯片,根据芯片管脚,在逻辑图上标明管脚号;大街电路后,根据电路要求输入时钟信号,要求出电路的状态转换图或时序图,从中分析出电路的功能。
2.Moore型同步时序逻辑电路的设计方法:
(1)分析题意,求出状态转换图。
(2)状态化简:确定等价状态,电路中的等价状态可合并为一个状态。
(3)重新确定电路状态数N,求出触发器数你n,触发器数按下列公式求:2n-1
(4)触发器类型(D、JK)。
(5)状态编码,列出状态转换表,求状态方程、驱动方程。
(6)画出时序电路图。
(7)时序状态检验,当N<2n 时,应进行空转检验,以免电路进入无效状态而不能自启动。
(8)功能仿真、时序仿真。
3.同步时序逻辑电路的设计举例:
试用D触发器设421码模5加法计数器。
(1)分析题意:由于是模5(421码)加法计数器,其状态转换图如图1所示:
(2)状态转换化简:由题意得该电路无等价状态。
(3)确定触发器数:根据,2n-1
(4)触发器选型:选择D触发器。
(5)状态编码:Q3、Q2、Q1按421码规律变化。
(6)列出状态转换表,如表1.
(7)利用卡诺图如图2,求状态方程、驱动方程。
(8)自启动检验:将各无效状态代入状态方程,分析状态转换情况,画出完整的状态转换图,如图3所示,检查是否能自启动。
(9)画出逻辑图,如图4 所示。
基于触发器设计同步时序电路的方法和步骤
触发器是数字电路中重要的元件,它能够存储和传输数字信号,被广泛用于时序电路的设计中。在设计同步时序电路时,合理选用触发器并进行相应的设计是十分关键的。下面将介绍基于触发器设计同步时序电路的方法和步骤。
一、了解触发器的种类和特性
在设计同步时序电路之前,首先需要对常见的触发器种类及其特性有所了解。常见的触发器包括RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。它们具有不同的特性,如时序反馈、时钟边沿触发等,设计时需要根据具体的应用场景选择合适的触发器类型。
二、确定同步时序电路的功能需求
在设计同步时序电路之前,需要明确电路的功能需求,包括输入信号的类型和频率、输出的预期行为等。通过仔细分析功能需求,可以确定所需触发器的类型和数量,为后续设计提供指导。
三、进行触发器的选型和布局
根据功能需求,选用合适的触发器类型,并进行布局设计。在布局过程中,需要考虑触发器之间的相互影响、时钟信号的分布等因素,确保电路的稳定性和可靠性。
四、进行逻辑设计和时序分析
在确定触发器的选型和布局后,进行逻辑设计和时序分析。通过逻辑设计,确定各个触发器之间的逻辑关系和信号传输路径;通过时序分析,评估电路的时序性能,包括时钟周期、延迟时间等参数。
五、进行仿真和验证
完成逻辑设计和时序分析后,进行仿真和验证。利用仿真工具对电路进行验证,检查电路的功能是否符合设计要求,以及时序性能是否满足预期。
六、进行布线和布局设计
在仿真和验证通过后,进行布线和布局设计。根据实际的电路板布局要求,对电路进行合理的布线和布局设计,考虑信号传输的稳定性和抗干扰能力。
同步时序电路的设计步骤
同步时序电路的设计步骤
同步时序电路的设计步骤
同步时序电路的分析是根据给定的时序逻辑电路,求出能反映该电路功能的状态图。状态图清楚地表明了电路在不同的输入、输出原状态时,在时钟作用下次态状态的变化情况。同步时序电路的设计的设计是分析的反过程,其是根据给定的状态图或通过对设计要求的分析得到的状态图,设计出同步时序电路的过程。
这里主要讨论给定状态图的情况下的同步时序电路的设计,对于具体的要求得到状态图的过程一般是一个较复杂的问题。根据已知状态图设计同步时序电路的过程一般分为以下几步:
1.确定触发器的个数。首先根据状态的个数来确定所需要触发器的个数,如给定的状态个数为n,由应满足n≤2K,K为实现这来状态所需要的触发器的个数。(实际使用时可能给定的状态中存在冗余项,这时一般还须对状态进行化简。)
2.列出状态转移真值表。根据状态列出状态转移真值表,也称状态表、状态转移表。
3.触发器选型。选择合适的触发器,通常可选的触发器有:JK-FF,D-FF,T-FF,一般使用较广的为JK-FF。根据状态图和给出的触发器的型号写出其输入方程,通常在写输入方程时须对其进行化简,以使电路更简单。
4.求出输出方程。根据状态表,求出输出逻辑函数Z的输出方程,还过有些电路没有独立的输出,这一步就省了。
5.画出逻辑图。根据输入方程、输出方程画出逻辑电路图。
6.讨论设计的电路能否自启动。在设计的电路中可能出现一些无关的状态,这些状态能否经过若干个时钟脉冲后进行有效的状态。
同步时序电路设计举例
例按下图状态图设计同步时序电路。
同步时序逻辑电路设计的一般步骤
同步时序逻辑电路设计的一般步骤
引言:
同步时序逻辑电路是现代电子系统中的重要组成部分,它们用于处理时序关系和同步信号。在设计同步时序逻辑电路时,需要遵循一定的步骤,以确保电路的正确性和稳定性。本文将介绍同步时序逻辑电路设计的一般步骤。
一、确定需求和规格
在设计同步时序逻辑电路之前,首先需要明确需求和规格。这包括确定电路的功能、输入和输出信号的特性、时钟频率要求等。需求和规格的明确性对于后续的设计步骤至关重要,因此需要仔细分析和确认。
二、确定逻辑功能
根据需求和规格,确定逻辑功能是设计同步时序逻辑电路的关键步骤。逻辑功能可以通过真值表、状态图或状态表等方式进行描述。在这一步骤中,需要考虑电路的输入和输出信号之间的逻辑关系,以及电路中各个元件的工作方式。
三、设计状态机
在同步时序逻辑电路的设计中,常常需要使用状态机来描述电路的行为。状态机可以通过状态图或状态表等方式进行设计。在设计状态机时,需要确定状态的个数、状态之间的转换条件和输出条件。
状态机的设计需要考虑电路的功能和时序关系,确保电路能够按照需求正确地工作。
四、设计时钟信号
时钟信号在同步时序逻辑电路中起到关键的作用,它用于同步各个元件的操作。在设计时钟信号时,需要考虑时钟频率、时钟的占空比和时钟的相位关系等因素。时钟信号的设计需要满足电路的时序要求,以确保电路的正确性和稳定性。
五、选择元件和电路结构
在同步时序逻辑电路的设计中,需要选择适当的元件和电路结构来实现逻辑功能和时序关系。常用的元件包括触发器、计数器、多路选择器等。常用的电路结构包括级联、并联、反馈等。在选择元件和电路结构时,需要考虑元件的特性和电路的复杂度,以及电路的性能和可靠性要求。
同步时序逻辑电路的自启动设计
同步时序逻辑电路的设计方法
(一)逻辑抽象,得出电路的转换图或状态转换表(1)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;
(2)定义输入、输出逻辑状态和每个电路状态的含义,并将电路状态按顺序编号;
(3)按照题意列出状态转换表或画出电路的状态转换图;
(二)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去,则称这两个状态为等价状态,可以合并。
(三)状态编码
首先,确定触发器的数目n。n个触发器共有2^n种状态,所以为获得时序电路所需的M个状态,必须取2^(n-1)<M≤2^n。比如有5种状态,n取3.
其次,要给每个电路状态规定对应的触发器状态组合。(四)选定触发器类型,求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程
(五)根据得到的方程式画出逻辑图
(六)检查设计的电路能否自启动
上述设计的流程图如下:
同步时序逻辑电路的设计
(2)等效类
等效类:由若干彼此等效的状态构成的集合。在同一个等 效类中的任意两个状态都是等效的。 例如,由(S1,S2)和(S2,S3)可以推出(S1,S3),进而可知 S1、S2、S3属于同一等效类,记作{ S1,S2,S3},即
(S1,S2) ,(S2,S3)
{ S1,S2,S3}
(3) 最大等效类 所谓最大等效类,是指不被任何别的等效类所包含的等效 类。 换而言之,如果一个等效类不是任何其他等效类的子集, 则该等效类称为最大等效类。 完全给定原始状态表的化简过程,就是寻找出表中的所有 最大等效类,然后将每个最大等效类中的状态合并为一个新的 状态,从而得到最小化状态表。 简化后的状态数等于最大等效类的个数!
方法:常用方法有观察法、输出分类法、隐含表法等。下 面讨论最常用的一种方法----隐含表法。
一、 完全确定状态表的化简 1.几个概念
(1)等效状态
请注意掌握三点:定义、判断方法和性质。
Fra Baidu bibliotek
①定义
设状态Si和Sj是完全确定状态表中的两个状态,若对于所 有可能的输入序列,分别从状态Si和状态Sj出发,所得到的输 出响应序列完全相同,则状态Si和Sj是等效的,记作(Si,Sj), 又称状态Si和Sj 为等效对。
构造Moore型原始状态图如下:
1
相应的原始状态表如下表所示。
《数字电子技术》ppt课件
〔2〕任务波形与电压传输特性
施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。
下限触发转 换 电 平 UT -
上限触发转 换电平UT+
施密特触发器的任务波形及电压传输特性
回差Δ〔Ua〕T 任= 务UT波+形-UT-〔〔b通〕常电压UT传+输>特U性T-〕 3改. 动重R要1和参R数2的大小可以改动回差ΔUT
〔1〕输出脉冲宽度tw 输出脉冲宽度tw,就是暂稳态的维持时间。根据
uI2的波形可以计算出: tw ≈0.7RC
〔2〕 恢复时间tre 暂稳态终了后,电路需求一段时间恢复到初始形
状。普通,恢复时间tre为〔3~5〕放电时间常数〔通 常放电时间常数远小于RC〕。
〔3〕最高任务频率fmax〔或最小任务周期Tmin〕
1OS反相器构成的多谐振荡器
CMOS反相器构成的多谐振荡器
R的选择应使G1任务在电压传输特性的转机区。 此时,由于uO1即为uI2,G2也任务在电压传输特 性的转机区,假设uI有正向扰动,必然引起下述正反响 过程:
1. 电路组成及任务原理 暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。 由于图示电路的RC电路接成微分电路方式,故
该电路又称为微分型单稳态触发器。
集成门电路构成的单稳态触发器
〔1〕 输入信号uI为0时,电路处于稳态。 uI2=VDD,uO=UOL =0,uO1=UOH =VDD。
同步时序逻辑电路的设计步骤
时序逻辑电路的设计,就是从给定的逻辑功能入手,通过一系列的设计过程,最终得到电路的实现方案,即逻辑电路图。
当然,最终得到的时序电路也分两种,即同步时序电路和异步时序电路。一般来讲,完成相同的逻辑功能,异步时序电路的整体结构要比同步时序电路简单一些,但是,其设计过程也明显较后者复杂,难以掌握。
组合逻辑电路的设计过程,基本可看做分析的逆过程,类似的,同步时序路的设计过程和分析过程之间,也有互逆的特点。
★ 同步时序逻辑电路的设计步骤
◆ 逻辑抽象
根据逻辑要求,进行逻辑抽象,明确该电路的状态量的含义,并确定输入、输出变量和状态数;
根据电路的逻辑功能,明确状态迁移关系,从而建立原始状态图。
此过程中,重点在于找到电路的状态量,理解其含义。
◆ 状态化简
在原始状态图中,若两个电路状态在相同的输入条件下,得到相同的次态结果和输出结果(即状态迁移关系相同),就称这两个状态为等价状态。
显然,等价状态是可以合并的,合并后,得到该电路的最简状态图。 ◆ 状态编码
根据最简状态图中,状态的数量,确定需要使用的触发器的数量,并用二进制代码表示各个状态,即对状态进行编码。至此,最初的设计要求已完全数学化,得到了一个完全数学化的状态图。
设最简状态图中,状态个数为 ,需要使用的触发器个数为
,则两者数量关系上满足: 。
同时,如果 ,则意味着是从 种状态中选取 个,对电路的状态图进行赋值,这样的选择方案是不唯一的。如果选择的编码方案得当,则可以很大程度上简化设计过程和最终得到的电路结构,反之,如果选择不当,设计出来的电路就会比较复杂。
同步时序电路的设计
实验十同步时序电路的设计
一、实验目的
1、掌握触发器组成的同步时序逻辑电路的一般设计方法;
2、掌握MSI时序逻辑器件74LS160、74LS194的逻辑功能和使用方法;
3、熟悉MSI时序逻辑器件的一般设计方法。
二、实验仪器及设备
1、直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱、万用表、示波器
2、TTLSSI逻辑门 74LS00、74LS74、74LS76、74LS160、74LS194
三、实验内容及步骤
1、二进制计数器
试用触发器设计一个模8的同步二进制加法计数器,给出状态图、驱动方程和逻辑电路图,并完成实验验证。
二进制计数器
状态转移图:
状态方程为:
1
2
1
2
Q
Q
Q
Q n⊕
=
+
1
2
Q
Q
J=
1
2
Q
Q
K=
1
1
1
1
Q
Q
Q
Q
Q n+
=
+
1
Q
J=
1
Q
K=
1
Q
Q n=
+1
=
=K
J
仿真结果为:
2、模M=13的扭环计数器
下图6-1所示的一自起动扭环计数器的状态图。试用时序逻辑器件74LS94将该电路设计出来,画出逻辑电路图并完成实验验证。(要求为同步电路)
模M=13的扭环计数器仿真结果为:
同步时序逻辑电路的设计
同步时序逻辑电路的设计
同步时序逻辑电路是一种电路设计技术,它通过使用锁存器和触发器
等特定的时钟信号来确保电路的操作在特定的时间序列内发生。在本文中,我们将讨论同步时序逻辑电路的设计原理和流程,并通过一个实际的案例
来说明如何设计一个同步时序逻辑电路。
同步时序逻辑电路的设计原理主要基于时钟信号的使用。时钟信号是
一个周期性的脉冲信号,它指示了电路中各个操作的发生时机。同步时序
逻辑电路中的数据操作只能在时钟信号的上升沿或下降沿发生,这样可以
确保数据的稳定性和一致性。
1.确定需求和功能:首先,需要明确电路的需求和功能。这包括输入
输出信号的数量和特性,以及电路要实现的逻辑功能。
2.确定时钟信号:根据电路的需求和功能,确定时钟信号的频率和周期。时钟信号的频率决定了电路操作的速度,周期决定了电路操作的时间
序列。
3.确定触发器和锁存器:根据电路的需求和功能,选择适合的触发器
和锁存器来实现电路的时序控制。触发器和锁存器是存储元件,可以存储
和传输电路中的数据。
4.确定逻辑门和电路结构:根据电路的需求和功能,选择适合的逻辑
门来实现电路的逻辑功能。逻辑门是将输入信号进行逻辑运算的元件,常
见的逻辑门有与门、或门和非门等。
5.进行逻辑设计:根据电路的需求和功能,进行逻辑设计。逻辑设计
包括将输入信号经过逻辑门的运算得到输出信号的表达式,以及设计触发
器和锁存器的实现电路。
6.进行位宽设计:根据电路的需求和功能,确定各个信号的位宽。位宽是指信号在逻辑门和触发器中占据的位数,它决定了电路的运算和存储的精度和范围。
7.进行时序设计:根据电路的需求和功能,进行时序设计。时序设计包括确定电路的时钟信号的频率和周期,以及电路操作在时钟信号的上升沿或下降沿发生。
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6.检查该电路是否可以自启动。
在该设计中状态01没有出现,现在须验证状态01能否进入有效的循环,将x为0和1及状态10分别带代入上面电路可得到下图的状态转移图,从图上可能看出其可以实现自启动,故设计是可行的。
同步时序电路自启动设计方法
在上面的设计过程中我们是在最后一步对电路的自启动与否进行判断,如果不能自启动就重新进行设计,这是比较痛苦的事件,如果一开始进行设计时能知道你设计的电路能否自启动,到最后也就没有必要再进行判断是否能自启动了,那么是不是可以解决这个办法?答案是肯定的。下面通过例子加以说明其解决的办法:
2.列出状态转移真值表。根据状态列出状态转移真值表,也称状态表、状态转移表。
3.触发器选型。选择合适的触发器,通常可选的触发器有:JK-FF,D-FF,T-FF,一般使用较广的为JK-FF。根据状态图和给出的触发器的型号写出其输入方程,通常在写输入方程时须对其进行化简,以使电路更简单。
4.求出输出方程。根据状态表,求出输出逻辑函数Z的输出方程,还过有些电路没有独立的输出,这一步就省了。
4.根据上面的输入方程画出逻辑图:
根据输入方程您可以很方便画出逻辑电路图,请您自行画出。
进一步研究
通过上面自启动的设计你可以解决了自启动问题,但是其电路不是最简的电路,如果须得到最简的电路,只须在绘制卡诺图时重新调整任意项的取值,使其在有效状态中或经过几个无效状态后进入有效状态,这样得到的电路将是最简的电路,如上面设计中将:110的次态选在000,101的次态选在100将可得到最简的电路。
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
3.根据状态表写出输入方程:
由状态表列出以次态为应变量的卡诺图经过化简后就得到次态方程:(在JK触发器来实现时序电路时,画卡诺圈时应注意在每一项中包含对应输出的原态,即Q2n+1中包含Q2n项,其可以是原变量或反变量的形式)
Q2n+1=/Q2nQ1n+(/Q1n+/Q0n)Q2n
Q1n+1=/Q1nQ0n+Q1nQ2n/Q0n
Q0n+1=(/Q1n+Q2n)/Q0n+Q2n/Q1nQ0n
假设使用JK触发器,根据JK触发器的特征方程Qn+1=J/Qn+/KQn可得到各触发器输入方程:
J2=Q1nK2=Q1nQ0n
J1=Q0nK1=/(Q2n/Q0n)
J0=/Q1n+Q2nK0=/(Q2n/Q1n)
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同步时序电路的设计步骤
同步时序电路的设计步骤
同步时序电路的分析是根据给定的时序逻辑电路,求出能反映该电路功能的状态图。状态图清楚地表明了电路在不同的输入、输出原状态时,在时钟作用下次态状态的变化情况。同步时序电路的设计的设计是分析的反过程,其是根据给定的状态图或通过对设计要求的分析得到的状态图,设计出同步时序电路的过程。
2.根据状态图列出状态表:状态表的自变量为输入变量x和触发器当前状态Q1n,Q0n,而应变量为触发器的次态Q1n+1Q0n+1、及输出z,列表时将自变量的所有组合全部列出来,其中当Q1nQ0n=01的状态为不出现,其输出可看作任意项处理。
x
Q1n
Q0n
Q1n+1
Q0n+1
z
0
0
0
0
0
0
0
0
1
d
d
d
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
d
d
d
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
3.选择触发器并确定各触发器的输入方程:
以Q1n+1、Q0n+1、z分别为应变量,可根据上面状态表画出如下的卡诺图:
根据上面的卡诺图可写出各触发器的次态方程为:
Q1n+1=x/Q1n+(/x+/Q0n)Q1n
Q0n+1=xQ1n/Q0n+/xQ0n
1.确定触发器的个数:从上面的状态可以看出其有3个变量,故只须三个触发器即可。
2.根据状态图写出状态表:在这个例子中没有输入、输出,其是一个典型的摩尔型时序电路,其状态表如下:
Q2n
Q1n
Q0n
Q2n+1
Q1n+1
Q0n+1
0wenku.baidu.com
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
5.画出逻辑图。根据输入方程、输出方程画出逻辑电路图。
6.讨论设计的电路能否自启动。在设计的电路中可能出现一些无关的状态,这些状态能否经过若干个时钟脉冲后进行有效的状态。
同步时序电路设计举例
例 按下图状态图设计同步时序电路。
1.根据状态数确定触发器的数目:由状态图可以看出,其每个状态由两个状态,故可用两个触发器。其变量可用Q1,Q0表示;
假设在这里选择JK触发器,则根据上式与JK触发器的特征方程进行比较可得其输入方程为:
J0=xQ1nK0=x
J1=x K1=xQ1n
4.求输出函数:由上图的卡诺图可写出输出函数为:
z=xQ0n
在上面的卡诺图的化简中,其结果不是唯一的,其也可以有其它的化简结果,其化简的原则是其使用的门尽可能少、连线最少等。
这里主要讨论给定状态图的情况下的同步时序电路的设计,对于具体的要求得到状态图的过程一般是一个较复杂的问题,这是暂不讲。根据已知状态图设计同步时序电路的过程一般分为以下几步:
1.确定触发器的个数。首先根据状态的个数来确定所需要触发器的个数,如给定的状态个数为n,由应满足n≤2K,K为实现这来状态所需要的触发器的个数。(实际使用时可能给定的状态中存在冗余项,这时一般还须对状态进行化简。)
例 设计一个按顺序000→001→010→100→101→111→000循环的自启动同步时序电路。
从题目上可以看出该时序电路有三个触发器,其共有8个状态,即:000,001,010,011,100,101,110,111,而现在使用了:000,001,010,100,101,111共六个状态,故011,110为无效,如果这两个状态的次态落在上面的有效状态上,那么该时序电路就可能自启动,解决的办法只须一开始就选定这两个状态的次状态,而不是将这两个状态作为任意状态进行处理,并且这两个状态的次状态必须是有效状态中的一个,这样一来就可以解决了。具体设计步骤如下: