数字电路与逻辑设计第五章-答案幻灯片.ppt

第第5 5章章 时序逻辑电路习题时序逻辑电路习题 时序逻辑电路的分析就是在给定逻辑电路的基础上，列出电时序逻辑电路的分析就是在给定逻辑电路的基础上，列出电路的输出方程、驱动方程和状态方程，得出状态转换表或时序路的输出方程、驱动方程和状态方程，得出状态转换表或时序图，从而分析电路的逻辑功能。图，从而分析电路的逻辑功能。其步骤如下：其步骤如下：（1）由所给的逻辑电路写出输出方程、驱动方程；）由所给的逻辑电路写出输出方程、驱动方程；（2）根据触发器的特性方程，将驱动方程代入特性方程中，）根据触发器的特性方程，将驱动方程代入特性方程中，得出状态方程；得出状态方程；（3）通过输出方程和状态方程列出触发器输出端初态和）通过输出方程和状态方程列出触发器输出端初态和次态，并形成状态转换表；次态，并形成状态转换表；（4）通过状态转换表得出电路的逻辑功能；）通过状态转换表得出电路的逻辑功能；（5）通过状态转换表画出触发器的状态转换图和）通过状态转换表画出触发器的状态转换图和时序图，判断电路能否自启动。时序图，判断电路能否自启动。电路自启动就是电路所有状态都能在时钟脉冲作电路自启动就是电路所有状态都能在时钟脉冲作用下自动进入到有效循环中用下自动进入到有效循环中 5-2题题（3 3）电路的输出方程为）电路的输出方程为（1 1）驱动方程为）驱动方程为（2 2）电路的状态方程为）电路的状态方程为 （4 4）状态转换表）状态转换表 状态转换表状态转换表态初态次nQ313+nQY000100010100010110011000100001nQ2nQ10001012+nQ11+nQ输出序列脉冲CLK12345（5 5）由状态转换表可以得出状）由状态转换表可以得出状态转换图和时序图态转换图和时序图 000001010011100123QQQY00001101011001110电路可电路可以自启以自启动动,五五进制加进制加法计数法计数器器5-3题题（1 1）驱动方程为）驱动方程为（2 2）电路的状态方程为）电路的状态方程为 （3 3）电路的输出方程为）电路的输出方程为（4 4）状态转换表）状态转换表 101 10X(5)(5)电路能自启动电路能自启动(6)X(6)X0 0时四进制加法计数，时四进制加法计数，X X1 1时四进制减法计数。时四进制减法计数。米里型米里型 ：输出变量：输出变量与输入变量有关与输入变量有关.（3 3）各触发器的时钟脉冲为）各触发器的时钟脉冲为 5-4题题（1 1）驱动方程为）驱动方程为（2 2）电路的状态方程为）电路的状态方程为 （4 4）状态转换表）状态转换表 态初nQ212+nQnQ111+nQ00010110101111000001010010111100态次nQ30000111113+nQ00011010时钟脉冲1CLK)(12nQCLK时序图时序图(5)(5)状态转换图和时序图状态转换图和时序图 可以看出此电路为异步六可以看出此电路为异步六进制加法计数器，且所有进制加法计数器，且所有的状态都可以进入到这个的状态都可以进入到这个循环中，可以自启动。循环中，可以自启动。态初nQ212+nQnQ111+nQ00010110101111000001010010111100态次nQ30000111113+nQ00011010时钟脉冲1CLK)(12nQCLK状态转换图状态转换图000001010101110111011100123QQQ5.3 5.3 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计5.3.1 5.3.1 同步时序逻辑电路的设计同步时序逻辑电路的设计 时序逻辑电路的设计就是在给定逻辑要求的条件下，得出时序逻辑电路的设计就是在给定逻辑要求的条件下，得出实现要求的时序逻辑电路，并且电路要力求简单，即所用的元实现要求的时序逻辑电路，并且电路要力求简单，即所用的元器件数量及类型要少，它是电路分析的逆过程器件数量及类型要少，它是电路分析的逆过程。同步时序逻辑电路的设计由于时钟脉冲接到同一时钟脉冲输同步时序逻辑电路的设计由于时钟脉冲接到同一时钟脉冲输入端，故不需要考虑各触发器的时钟脉冲的接法问题，一般可入端，故不需要考虑各触发器的时钟脉冲的接法问题，一般可按下面步骤进行设计按下面步骤进行设计:（1 1）按照所给定的逻辑要求，确定输入变量、）按照所给定的逻辑要求，确定输入变量、输出变量以及电路的状态数目，并画出电路输出变量以及电路的状态数目，并画出电路的状态转换图；的状态转换图；（2 2）进行状态化简，得出最简状态转换图；）进行状态化简，得出最简状态转换图；所谓的状态化简就像组合逻辑函数化简一样，即将所谓的状态化简就像组合逻辑函数化简一样，即将在同一输入作用下产生相同输出的两个状态合并成一个在同一输入作用下产生相同输出的两个状态合并成一个状态，这样做会使电路简化状态，这样做会使电路简化（3 3）根据简化后的状态转换图确定触发器的数目及类型，并）根据简化后的状态转换图确定触发器的数目及类型，并进行状态编码；进行状态编码；若电路的状态数目为若电路的状态数目为n，则所用触发器的数目，则所用触发器的数目M为为 触发器数目确定后，就要对状态进行编码，即触发器数目确定后，就要对状态进行编码，即对每一个状态用二进制代码来代替。一般来说，选对每一个状态用二进制代码来代替。一般来说，选择二进制编码时，应按照一定的规律，如按二进制择二进制编码时，应按照一定的规律，如按二进制编码、编码、8421BCD码、循环码、格雷码等，这样便码、循环码、格雷码等，这样便于记忆。于记忆。（4 4）由状态转换图建立新态、次态以及输出变量的卡诺）由状态转换图建立新态、次态以及输出变量的卡诺图，并分解成每一个触发器的次态及输出状态的卡诺图，图，并分解成每一个触发器的次态及输出状态的卡诺图，由此得到电路的状态方程和输出方程；由此得到电路的状态方程和输出方程；（5 5）根据触发器的特性方程和电路的状态方程得出电路的驱）根据触发器的特性方程和电路的状态方程得出电路的驱动方程动方程;（6 6）根据驱动方程画出电路图，并检查电路能否自启动。如）根据驱动方程画出电路图，并检查电路能否自启动。如果电路不能自启动则回到第果电路不能自启动则回到第4 4步修改电路的状态方程和驱动方步修改电路的状态方程和驱动方程，直到电路能自启动为止。程，直到电路能自启动为止。注意注意:检查电路自启动可以在第检查电路自启动可以在第4步中进行。步中进行。5-6题题（1 1）确定电路状态转换图：）确定电路状态转换图：（2 2）确定触发器的数目：）确定触发器的数目：4 4个个 0000000100100011010001010110011110001001000000000110100（3 3）建立次态卡诺图，并分）建立次态卡诺图，并分解为触发器立的次态卡诺图解为触发器立的次态卡诺图 nQ2nQ1nQ300011110010001/0/0011100010/00100/00011/00101/00110/01000/00111/01001/01010/00000/1/nQ0YQQQnnn/111213+Qn 10+nQ3nQ1nQ200011110010001/0/0011100010/00100/00011/00101/00110/01000/00111/01001/01010/00000/1/nQ0YQQQnnn/111213+Qn 10+nQ2nQ1nQ3000111100110011100011001100nQ0Qn 10+nQ2nQ1nQ3000111100100011101010101010nQ0Qn 11+nQ2nQ1nQ3000111100100011100101101000nQ0Qn 12+nQ2nQ1nQ3000111100100011100000010110nQ0Qn 13+YnQ2nQ1nQ3000111100100011100000000001nQ0（4 4由卡诺图得到电路状态方程和输出方程）由卡诺图得到电路状态方程和输出方程 （5 5）由电路状态方程得到电路的驱动方程，即）由电路状态方程得到电路的驱动方程，即（6 6）检查电路能否自启动）检查电路能否自启动1011010011001101110101001110010011110000电路可以电路可以自启动自启动（7 7）根据驱动方程和输出方程可画出逻辑电路图）根据驱动方程和输出方程可画出逻辑电路图 5-7题题（1 1）确定电路状态转换图：根据题意，）确定电路状态转换图：根据题意，MM6 6，其状态，其状态转换图如图所示。转换图如图所示。（2 2）确定触发器的数目：）确定触发器的数目：3 3个个（3 3）建立次态卡诺图，并分解为触发器立的次态卡诺图）建立次态卡诺图，并分解为触发器立的次态卡诺图 000001011111101123QQQ100YQQQnnn/111213+nQ3nnQQ120001111001001011111100000101（4 4）由卡诺图得到电路状态方程）由卡诺图得到电路状态方程 12+nQnQ3nnQQ12000111100101100011+nQnQ3nnQQ120001111001111010nQ3nnQQ12000111100100101113+nQYQQQnnn/111213+nQ3nnQQ120001111001001011111100000101（5 5）由电路状态方程得到电路的驱动方程，即）由电路状态方程得到电路的驱动方程，即（6 6）检查电路能否自启动）检查电路能否自启动 将没出现的两个状态将没出现的两个状态010、110代入状态方程中代入状态方程中010101110101（7 7）电路的总的状态转换图）电路的总的状态转换图 电路可以电路可以自启动自启动（8 8）根据驱动方程和输出方程可画出逻辑电路图）根据驱动方程和输出方程可画出逻辑电路图 5-8题题100011001110111101110110001110010100001010001101101011101101000000000电路总的状态转换图电路总的状态转换图 电路不可电路不可以自启动以自启动 nQBnQCnQA00011110011000011101101110001110100010010001001010101011001111000100110111110101nQDQQQnnn1C1B1A+Qn 1D+nQBnQCnQA00011110011001001110110011010110nQDQn 1A+修改后的电路图：修改后的电路图：5-10题题入输出输CLRDQCLKLHHHLLL异步清零HHLEPETLOADHH同步预置数不变）保持RCO(DCHHCQBQAQLLL明说BADQCQBQAQDQCQBQAQ)0=RCO保持（加法计数H图图(a)当计数器计成当计数器计成1010(10)时时 变成低电位，立刻计数器清变成低电位，立刻计数器清零置成零置成0000(0)。由于。由于1010是一个过渡状态，所以电路将在是一个过渡状态，所以电路将在00001001这这10个状态循环，故电路为十进制计数器。个状态循环，故电路为十进制计数器。CLRLOAD图图(b)当计数器计成当计数器计成1010(10)时时 变成低电位，在下变成低电位，在下一个时钟脉冲到来时计数器置成一个时钟脉冲到来时计数器置成0000(0)，所以电路将，所以电路将在在00001010这这11个状态循环，故电路为十一进制计个状态循环，故电路为十一进制计数器。数器。图图5-10(a)时序图时序图图图5-10(b)时序图时序图 当当M1的状态下，计数器计成的状态下，计数器计成1100（12）时时 变变成低电位；待到下一个成低电位；待到下一个CLK脉冲的上升沿到来时，将脉冲的上升沿到来时，将电路置成电路置成0101（5）；所以电路将在；所以电路将在01011100（12518）这八个状态循环，故电路为）这八个状态循环，故电路为八八进制计数进制计数器。器。5-12题题LOADLOAD 当当M0的状态下，计数器计成的状态下，计数器计成1000（8）时时 变成低电位；待到下一个变成低电位；待到下一个CLK脉冲的脉冲的上升沿到来时，将电路置成上升沿到来时，将电路置成0101（5）；所；所以电路将在以电路将在01011000（8514）这四）这四个状态循环，故电路为个状态循环，故电路为四四进制计数器。进制计数器。5-13题题 当当X1的状态下，计数器计成的状态下，计数器计成1001（9）时时 变成低电位；待到下一个变成低电位；待到下一个CLK脉冲的上升沿到来时，脉冲的上升沿到来时，将电路置成将电路置成0001（1）；所以电路将在；所以电路将在10001001这这九个状态循环，故电路为九个状态循环，故电路为九九进制计数器。进制计数器。LOADLOAD 当当X0的状态下，计数器计成的状态下，计数器计成1001（9）时时 变成低电位；待到下一个变成低电位；待到下一个CLK脉冲的上升沿到来时，脉冲的上升沿到来时，将电路置成将电路置成0111（7）；所以电路将在；所以电路将在00101001这这三个状态循环，故电路为三个状态循环，故电路为三三进制计数器。进制计数器。第一片第一片74161的起始状态为的起始状态为0000，第二片，第二片74161的的起始状态为起始状态为0000（0）；当）；当15个个CLK脉冲以后，第一片脉冲以后，第一片74161的进位端的进位端C为高电平。第为高电平。第16个个CLK脉冲上升沿第脉冲上升沿第二片二片74161计数为计数为0001（1），第一片），第一片74161为为0000，进，进位端位端C为低电平。第二片为低电平。第二片74161进入保持状态。进入保持状态。当第当第168=128个个CLK脉冲上升沿第二片脉冲上升沿第二片74161计数计数为为1000（8），第一片），第一片74161为为0000，进位端，进位端C为低电平。为低电平。当第当第129个个CLK脉冲上升沿第二片脉冲上升沿第二片74161计数置位为计数置位为0000（0），第一片），第一片74161为为0001。这与第。这与第1个个CLK脉冲脉冲后的计数器的状态是相同的。后的计数器的状态是相同的。所以这是所以这是128进制进制的计数器。的计数器。5-15题题 两片两片74161构成一个构成一个8位二进制计数器。位二进制计数器。当输出当输出0100 1100（76）时，时，输入低电平，进行输入低电平，进行异步清零。异步清零。所以这是所以这是76进制进制的计数器。的计数器。5-16题题CLR5-17题题15-22题题输出输出Y的序列为的序列为01011010输出输出Y Y的序列为的序列为11101000101110100010D D触发器的作用：延时、存储触发器的作用：延时、存储5-23题题