电子科技大学数字设计原理与实践第四次讨论课

第四次讨论课题

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1、使用一片163和逻辑门设计产生7, 8, 9, 12, 13循环计数序列，要求计数值为

7的时候输出1个周期的高电平，使用MULTISIM或其他工具仿真验证。

总结并讨论：利用163产生类似循环计数序列的设计思路和技巧。

解：利用预置复位法，当计数器运行到9（1001）时，置位到12（1100）当计数器运行到13（1101）时，置位到7（0111）。所以在1001和1101处LD端有效。因此可以设置LD=（Q D Q A）'；

又因为1001→1100；1101→0111。观察可设计D=Q C';C=1;B=Q C;A=B。

Multisim仿真设计电路连接如下：

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2、总结7、8章内容，用多种不同的方案设计序列发生器110111，讨论自启动。

提示：利用触发器设计（讨论序列长度和触发器个数的关系）；

利用MSI计数器设计（如163，扩展讨论：163+组合芯片，实现任

意序列发生器的结构）；

利用移位寄存器设计（讨论需要多少触发器？触发器个数仅与序列

长度相关吗？）

2.1序列信号发生器的原理介绍

在数字电路设计中，有些时候需用一组非常特殊的数字信号。一般情况下我们就将这种特殊的串行数字信号叫做序列信号。生成这样的一组特定序列信号的电路叫做序列信号发生器。

2.2利用触发器设计

110111序列有6个状态，这里用D触发器构成模6计数器，同时我们需要=3个，推广一下如果一个序列有n个序列，对于D触发器需要[个。

这里我们用二进制模6计数器产生序列110111，在同步时钟CLK的作用下，3个D触发器输出，顺序从000→001→010→011→100→101→000→…,

:

由上述真值表可以得到激励函数和输出函数的表达式，没有用到的110,111状态可以用无关项表示。

(0,2,4)+d(6,7)

(1,2)+d(6,7),

,=(3,4)+d(6,7),

Z=(0,1,3,4,5)+d(6,7) 分别用卡诺图化简：

构成实际电路是用与门和或门以及D触发器，如下是电路图：

2.3利用MSI计数器设计

这里用74x151和74x163进行计数器的设计，步骤如下：（1）如果序列长度为n,则将计数器接成n进制的计数器；（2）将数据选择器的数据输入接成“”想要的序列；（3）将计数器的输出端接到选择器的输入端；

产生一个110111序列（置数法），电路图如下：

数据选择器74x151的输入→接成110111，计数器74x163接成0-5计数，并连接到74x151的选择输入端CBA,以74x151的→作为输出，从而产生序列。

2.4利用移位寄存器设计

设序列的长度为L,则要求移位寄存器的位数n满足≥L;这里使用74x194与一些门信号来设计。序列110111需要3位移位寄存器

状态表如下：

用卡诺图化简：

电路图如下：

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3、将4个LED灯进行周期性显示，显示方案可自己设计，时钟1kHz。

a)只提供1种显示方案（移位寄存器+反馈），闪亮频率1Hz（计数器分频）。

b)提供2种显示方案，由S控制，讨论电路结构。

c)提供2种闪亮频率（如1Hz和5Hz），由M控制（可变模计数器）。

使用MULTISIM或其他工具仿真验证。

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4.设计一个11001序列检测器，讨论序列可重复使用和不可重复使用在设

计时的区别，讨论用Mealy机设计和用Moore机设计的区别，讨论未用状态的处理问题。使用JK触发器完成其中一种设计。

解：逻辑抽象

S0 ：初始状态

S1:1

S2:11

S3 :110

S4:1100

S5:11001

根据任务书要求，设计的序列检测器有一个外部输入A 和一个外部输出Y。

输入和输出的逻辑关系为：正常情况下Y=0，出现A=11001时，Y=1

状态转换图

状态转换表：

表1

由表1可知，S1 和S5是等价状态，故可以合并。 下图为化简后的状态转换图。

卡若图化简

规定电路状态编码，电路需要5个状态。需要3（

2n-1<

状态数≦

2n ）个触发器。现取Q2Q1Q0=001表示S1，Q2Q1Q0=010表示S2，Q2Q1Q0=011表示S3，Q2Q1Q0=100表示S4 ,即可得到： S0:000 S1:001 S2:010 S3 :011 S4:100

由上述转换表可以转化为卡诺图

下面即可分解卡诺图

'

'''011001*0

Q Q A Q AQ Q AQ Q ++='

'0101*

1Q Q Q AQ Q +='''201201*

2Q Q Q A Q Q Q A Q +=

'

'''011001*0Q Q A Q AQ Q AQ Q ++=

2AQ Y = 逻辑函数式

由上述的卡诺图得到状态方程和输出方程

⎪⎩⎪⎨⎧

⎪⎩⎪

⎨⎧++=+=0

111*

01010*1)''(''Q AQ AQ Q A Q Q Q Q AQ Q '''201201*

2

Q Q Q A Q Q Q A Q += 2AQ Y = 化简得到

上式与JK 触发器的特性方程对照比较可以得出（Q*=JQ ’+K ’Q ）

)'()'(.....'''1001012.110

10

12AQ K Q K Q Q A K AQ Q A J AQ J Q Q A J ===⎪⎩⎪

⎨⎧+===

2AQ Y =

JK 触发器具体实现电路图

由上述的式子我们可以画出模拟电路图（完整电路图附页说明） 仿真软件仿真效果（截图说明）

下面进行仿真实验，X3灯是为了显示0、1输入，X2灯是显示脉冲输入情况。

X4、5、6是为了显示JK 触发器是否处于初始状态，X1灯是检查11001是否完整输入。当完整输入时，该灯会亮。

输入信号时的情况

2.5 V