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1、第六章 异步时序逻辑电路本讲稿第一页，共七十三页异异步步时时序序逻逻辑辑电电路路中中没没有有统统一一的的时时钟钟脉脉冲冲信信号号，电电路路状状态态的改变是外部输入信号变化直接作用的结果。的改变是外部输入信号变化直接作用的结果。根据电路结构和输入信号形式的不同，异步时序逻辑电路可分为脉脉冲异步时序逻辑电路冲异步时序逻辑电路和电平异步时序逻辑电路两种类型。电平异步时序逻辑电路两种类型。两类电路均有两类电路均有Mealy型和型和Moore型两种结构模型。型两种结构模型。本讲稿第二页，共七十三页6.1.1概述概述 一、结一、结 构构脉冲异步时序电路的一般结构如下图所示。图中，存储电路可由时钟控制触发器
2、或非时钟控制触发器组成。6.1 脉冲异步时序逻辑电路脉冲异步时序逻辑电路本讲稿第三页，共七十三页二、输入信号的形式与约束二、输入信号的形式与约束1.输入信号为脉冲信号输入信号为脉冲信号;2.输入脉冲的宽度必须保证触发器可靠翻转输入脉冲的宽度必须保证触发器可靠翻转;3.输入脉冲的间隔必须保证前一个脉冲引起的电路响输入脉冲的间隔必须保证前一个脉冲引起的电路响应完全结束后，后一个脉冲才能到来应完全结束后，后一个脉冲才能到来;4.不允许两个或两个以上输入端同时出现脉冲。不允许两个或两个以上输入端同时出现脉冲。对对n个个输输入入端端的的电电路路，其其一一位位输输入入只只允允许许出出现现n+1种种取取值值
3、组组合合，其其中有效输入种取值组合为中有效输入种取值组合为n种。种。本讲稿第四页，共七十三页三、输出信号的形式三、输出信号的形式脉脉冲冲异异步步时时序序逻逻辑辑电电路路的的输输出出信信号号可可以以是是脉脉冲冲信信号号也可以是电平信号。也可以是电平信号。本讲稿第五页，共七十三页6.1.2 脉冲异步时序逻辑电路的分析脉冲异步时序逻辑电路的分析 一、分析方法与步骤一、分析方法与步骤1.分析方法分析方法 脉冲异步时序逻辑电路的分析方法与同步时序逻辑电路大致相同。注意两点：注意两点：当存储元件采用时钟控制触发器时，对触发器的时钟控制当存储元件采用时钟控制触发器时，对触发器的时钟控制端应作为激励函数处理。
4、端应作为激励函数处理。仅当时钟端有脉冲作用时，才根据触发器的输入确定状态转移方向，否则，触发器状态不变。根据对输入的约束，分析时可以排除两个或两个以上输入根据对输入的约束，分析时可以排除两个或两个以上输入端同时出现脉冲以及输入端无脉冲出现情况，从而使图、表简化。端同时出现脉冲以及输入端无脉冲出现情况，从而使图、表简化。本讲稿第六页，共七十三页(4)用文字描述电路的逻辑功能（必要时画出时间图）。用文字描述电路的逻辑功能（必要时画出时间图）。2.分析步骤分析步骤(1)写出电路的输出函数和激励函数表达式；写出电路的输出函数和激励函数表达式；(2)列出电路次态真值表或次态方程组；列出电路次态真值表或次
5、态方程组；(3)作出状态表和状态图；作出状态表和状态图；本讲稿第七页，共七十三页二、二、分析举例分析举例 例例 分析下图所示脉冲异步时序逻辑电路，指出该电路功能。&本讲稿第八页，共七十三页 写出输出函数和激励函数表达式写出输出函数和激励函数表达式 解解:该电路由两个J-K触发器和一个与门组成，有一个输入端x和一个输出端Z，输出是输入和状态的函数，属于Mealy型脉冲异步时序电路。&Z=xy2y1J2=K2=1；C2=y1J1=K1=1；C1=x本讲稿第九页，共七十三页 列出电路次态真值表列出电路次态真值表J-K触发器的状态转移发生在时钟端脉冲负跳变的瞬间，为为了了强强调调在在触触发发器器时时钟
6、钟端端 C1、C2何何时时有有负负跳跳变变产产生生，在在次次态态真真值值表表中中用用“”表表示示下下跳跳。仅仅当当时时钟钟端端有有“”出出现现时时，相相应应触触发器状态才能发生变化，否则状态不变。发器状态才能发生变化，否则状态不变。J KQ(n+1)0 00 11 01 1Q01本讲稿第十页，共七十三页 作出状态表和状态图作出状态表和状态图根据次态真值表和输出函数表达式（Z=xy2y1），可作出该电路的状态表和状态图如下。现态现态y2 y1次态次态y2n+1y1n+1 /输出输出Zx=10 00 1/00 11 0/01 01 1/01 10 0/1000110110/00/00/00/01/
7、01/01/01/1x/Z本讲稿第十一页，共七十三页画出时间图并说明电路逻辑功能。画出时间图并说明电路逻辑功能。为了进一步描述该电路在输入脉冲作用下的状态和输出变化过程，可根据状态表或状态图画出该电路的时间图如下图所示。由状态图和时间图可知，该电路是一个由状态图和时间图可知，该电路是一个模模4加加1计数器，计数器，当收到第四个输入脉冲时，电路产生一个进位输出脉冲。当收到第四个输入脉冲时，电路产生一个进位输出脉冲。xy1y2Z本讲稿第十二页，共七十三页一、方法与步骤一、方法与步骤 方法方法:脉冲异步时序逻辑电路设计的方法与同步时序逻辑电路设计大致相同，主要应注意两个问题。由于不允许两个或两个以上
8、输入端同时为1（用1表示有脉冲出现），设计时可以作如下处理：当有多个输入信号时，只需考虑多个输入信号中仅一当有多个输入信号时，只需考虑多个输入信号中仅一个为个为1的情况；的情况；在确定激励函数和输出函数时，可将两个或两个以上在确定激励函数和输出函数时，可将两个或两个以上输入同时为输入同时为1的情况作为无关条件处理。的情况作为无关条件处理。当存储电路采用带时钟控制端的触发器时，触发器的时钟端应作为激励函数处理。设计时通过对触发器的时钟端和输入端综合处理，有利于函数简化。6.1.3 脉冲异步时序逻辑电路的设计脉冲异步时序逻辑电路的设计 本讲稿第十三页，共七十三页步骤步骤设计过程与同步时序电路相同，
9、具体如下：形成原始状态图状态化简状态编码画逻辑电路图 确定激励函数 和输出函数本讲稿第十四页，共七十三页二、举例二、举例 例例 用T触发器作为存储元件，设计一个异步模8加1计数器，电路对输入端x出现的脉冲进行计数，当收到第八个脉冲时，输出端Z产生一个进位输出脉冲。解解 由题意可知，该电路模型为Mealy型。由于状态数目和状态转换关系非常清楚，可直接作出二进制状态图和状态表。作出状态图和状态表作出状态图和状态表设电路初始状态为“000”，状态变量用y2、y1、y0表示，可作出二进制状态图如下。x/z1011/01/0本讲稿第十五页，共七十三页相应二进制状态表为：0 0 0 0 0 1/00 0
10、1 0 1 0/00 1 0 0 1 1/00 1 1 1 0 0/01 0 0 1 0 1/01 0 1 1 1 0/01 1 0 1 1 1/01 1 1 0 0 0/1现态次态y2n+1y1n+1y0n+1/输出Zy2 y1 y0 x=1本讲稿第十六页，共七十三页确定激励函数和输出函数确定激励函数和输出函数假定状态不变时，令相应触发器的时钟端为0，输入端T任意；而状态需要改变时，令相应触发器的时钟端为1(有脉冲出现)，T端为1。根据状态表，可得到x为1时激励函数和输出函数真值表：y2 y1 y00 d 0 d 1 100 d 1 1 1 100 d 0 d 1 101 1 1 1 1 1
11、00 d 0 d 1 100 d 1 1 1 100 d 0 d 1 101 1 1 1 1 11输入脉冲x现 态激励函数输 出C2 T2 C1 T1 C0 T0Z111111110 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1次 态y2(n+1)y1(n+1)y0(n+1)001010011100101110111000本讲稿第十七页，共七十三页根据激励函数和输出函数真值表，并考虑到x为0时(无脉冲输入,电路状态不变)，可令各触发器时钟端为0，输入端T随意。可得到简化后的激励函数和输出函数表达式如下：C2=xy1y0；T2=1 C1=xy0；T1=1 C0=x
12、；T0=1Z=xy2y1y0本讲稿第十八页，共七十三页画出逻辑电路图画出逻辑电路图根据激励函数和输出函数表达式，可画出实现给定要求的逻辑电路如下图所示。本讲稿第十九页，共七十三页6.2.1 概述概述 前面所述同步时序电路和脉冲异步时序电路有两个共同的特点：电路状态的转换是在脉冲作用下实现的；电路状态的转换是在脉冲作用下实现的；电路对过去输入信号的记忆由触发器的状态体现。电路对过去输入信号的记忆由触发器的状态体现。6.2电电 平平 异异 步步 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路本讲稿第二十页，共七十三页事实上，对上述特点可进一步理解如下：脉冲信号只不过是电平信号的一种特殊形式。脉冲信号只不过是电
13、平信号的一种特殊形式。电电路路中中的的触触发发器器，不不管管是是哪哪种种类类型型，都都是是由由逻逻辑辑门门加加反反馈馈回回路构成的。路构成的。将上述两个特点一般化，便可得到时序逻辑电路中更具一般性的另一类电路电平异步时序逻辑电路。电平异步时序逻辑电路。本讲稿第二十一页，共七十三页一、一、电平异步时序逻辑电路的结构特点电平异步时序逻辑电路的结构特点 结构框图结构框图图中：x1，xn：外部输入信号；Z1，Zm：外部输出信号；Y1，Yr：激励状态；y1，yr：二次状态；t1，tr：反馈回路中 的时间延迟。本讲稿第二十二页，共七十三页 组成组成电平异步时序逻辑电路可由逻辑门加反电平异步时序逻辑电路可由
14、逻辑门加反馈组成。馈组成。逻辑方程逻辑方程电路可用以下逻辑方程组描述：Zi=fi(x1,xn,y1,yr)i=1,m Yj=gj(x1,xn,y1,yr)j=1,r yj(t+tj)=Yj(t)例如：用“或非”门构成的R-S触发器。本讲稿第二十三页，共七十三页电平异步时序逻辑电路的特点电平异步时序逻辑电路的特点电平异步时序电路具有如下特点：电电路路输输出出和和状状态态的的改改变变是是由由输输入入信信号号电电位位的的变变化化直直接接引引起的，工作速度较高；起的，工作速度较高；电路的二次状态和激励电路的二次状态和激励状态仅仅相差一个时间延迟。状态仅仅相差一个时间延迟。二次状态y是激励状态Y经过延迟
15、t后的“重现重现”。本讲稿第二十四页，共七十三页 输入信号的一次变化可能引起二次状态的多次变化。输入信号的一次变化可能引起二次状态的多次变化。电路在状态转换过程中存在稳定状态和非稳电路在状态转换过程中存在稳定状态和非稳定状态。定状态。稳稳 定定 状状 态：态：Y=y 非稳定状态非稳定状态：Yy本讲稿第二十五页，共七十三页 输入信号的约束输入信号的约束(1)不允许两个或两个以上输入信号同时发生变化。不允许两个或两个以上输入信号同时发生变化。(2)输入信号变化引起的电路响应必须完全结束后输入信号变化引起的电路响应必须完全结束后,才允才允许输入信号再次变化。换句话说，必须使电路进入稳定状态许输入信号
16、再次变化。换句话说，必须使电路进入稳定状态后，才允许输入信号发生变化。后，才允许输入信号发生变化。0001 10 11 （不允许）（不允许）例如，本讲稿第二十六页，共七十三页二二.电平异步时序逻辑电路的描述方法电平异步时序逻辑电路的描述方法 2.流程表流程表 流流程程表表：是一种以卡诺图的格式反映电路输出信号、激励状态与电路输入信号、二次状态之间关系的一种表格。1用逻辑方程描述用逻辑方程描述 电路可用以下逻辑方程组描述：Zi=fi(x1,xn,y1,yr)i=1,m Yj=gj(x1,xn,y1,yr)j=1,r yj(t+tj)=Yj(t)本讲稿第二十七页，共七十三页流程表的一般格式如下表所
17、示。构造流程表应注意两点：构造流程表应注意两点：将表中与二次状态相同的激励状态加上圆圈，以表示电路处于稳将表中与二次状态相同的激励状态加上圆圈，以表示电路处于稳态，否则处于非稳态。态，否则处于非稳态。将一位输入的各种取值按代码相邻的关系排列将一位输入的各种取值按代码相邻的关系排列(与卡诺图相同与卡诺图相同)，以表示输入信号只能在相邻位置上发生变化。，以表示输入信号只能在相邻位置上发生变化。本讲稿第二十八页，共七十三页例如，用或非门构成的基本例如，用或非门构成的基本R-S触发器是一个最简单的电触发器是一个最简单的电平异步时序逻辑电路。该电路的状态即输出，属于平异步时序逻辑电路。该电路的状态即输出
18、，属于Moore型型电平异步时序逻辑电路的特例。其激励方程为电平异步时序逻辑电路的特例。其激励方程为根据激励方程和约束条件RS=0，可作出相应流程表如下表所示。本讲稿第二十九页，共七十三页3.总态图总态图电平异步时序逻辑电路在输入信号作用下存在稳态和非稳态，而且在同一输入信号作用下，可能有一个稳态也可能有多个稳态，为了对电路的工作状态和逻辑功能作出确切的说明，除了流程表和常用的时间图外，引入了总态和总态图的概念。总态：指电路输入和二次状态的组合，记作总态：指电路输入和二次状态的组合，记作(x,y)。在流程表中，代表某种输入取值的一列和代表某个二次状态的一行的交叉点对应一个总态。总总态态图图：反
19、反映映稳稳定定总总态态之之间间转转移移关关系系及及相相应应输输出出的的一一种种有有向向图。图。本讲稿第三十页，共七十三页一个电平异步时序逻辑电路的逻辑功能，是由该电路在输入作用下各稳定总态之间的转移关系以及各时刻的输出来体现的。总态图能够清晰地描述一个电路的逻辑功能。例如，R-S触发器的流程表所对应的总态图如下图所示。(00,0)/0(00,0)/0(01,1)/1(01,1)/1(10,0)/0(10,0)/0(00,1)/1(00,1)/1本讲稿第三十一页，共七十三页6.2.2 6.2.2 电平异步时序逻辑电路的分析电平异步时序逻辑电路的分析(1)根据逻辑电路图写出输出函数和激励函数表达式
20、；(2)作出流程表；(3)作出总态图或时间图；(4)说明电路逻辑功能。一、一、一般步骤一般步骤 本讲稿第三十二页，共七十三页二、举例二、举例例例 分析下图所示电平异步时序逻辑电路。解解 该电路有两个外部输入x1、x2；两条反馈回路，对应的激励状态为Y1、Y2,二次状态为y1、y2；一个外部输出Z。输出仅仅是状态的函数，属于Moore模型。本讲稿第三十三页，共七十三页(1)(1)写出输出函数和激励函数表达式写出输出函数和激励函数表达式根据逻辑电路图可写出输出函数和激励函数表达式如下。本讲稿第三十四页，共七十三页(2)(2)作出流程表作出流程表本讲稿第三十五页，共七十三页(3)(3)作出总态图作出
21、总态图当电路收到输入序列“001011001011”时，才产生一个高电平输出信号，其他情况下均输出低电平。(01,01)/0 (11,01)/0(01,01)/0 (11,01)/0(0000,00)/0 (10,01)/0,00)/0 (10,01)/0(1010,10)/0 (,10)/0 (1111,11)/,11)/1 1本讲稿第三十六页，共七十三页(4)(4)说明电路功能说明电路功能 从总态图可以看出，仅当电路收到输入序列“001011”时，才产生一个高电平输出信号，其他情况下均输出低电平。因此，该该电电路路是是一一个个“001011001011”序列检测器。序列检测器。本讲稿第三十
22、七页，共七十三页6.2.3 6.2.3 电平异步时序逻辑电路反馈回路间的竞争电平异步时序逻辑电路反馈回路间的竞争前面对电路进行分析时，是在假定各回路之间延迟时间相同的情况下对电路的工作过程进行分析的。事实上，各反馈回路的延迟时间往往各不相同。当电路中存在多条反馈回路，而各回路之间的延时又互不相同时，则可能由于输入信号的变化在反馈回路之间引起竞争。竞竞争争：是是指指当当输输入入信信号号变变化化引引起起电电路路中中两两个个或或两两个个以以上上状状态态变变量量发发生生变变化化时时，由由于于各各反反馈馈回回路路延延迟迟时时间间的的不不同同，使使状状态态的的变化有先有后而导致不同状态响应过程的现象。变化
23、有先有后而导致不同状态响应过程的现象。一、竞争现象一、竞争现象 本讲稿第三十八页，共七十三页 根据竞争对电路状态转移产生的影响，可将竞争分为非临界竞争和临界竞争两种类型。非非临临界界竞竞争争：若若竞竞争争的的结结果果最最终终能能到到达达预预定定的的稳稳态态，则则称称为为非非临界竞争。临界竞争。临临界界竞竞争争：若若竞竞争争的的结结果果可可能能使使电电路路到到达达不不同同的的稳稳态态，即即状状态态转移不可预测，则称为临界竞争。转移不可预测，则称为临界竞争。1.1.竞争的两种类型竞争的两种类型本讲稿第三十九页，共七十三页例如,右图所示某电平异步时序电路的流程表如下。当当电电路路处处在在稳稳定定总总
24、态态（0000，0000）和和（1010，1111），输输入入发发生生变变化化时时，电电路路状状态态响响应应过过程程将将如如何呢？何呢？x2x1=11010101111010 01x2x1=10 x2x1=01x2x1=00 激励状态Y2Y1/输出Z二次状态 y2y100/000/001/011/0 00 11 10/0/0/000/000/000/010/000/000/0/0/0/0 2.2.实例分析实例分析本讲稿第四十页，共七十三页从表可以看出，当电路处于稳定总态(00,00),输入x2x1由0010时，引起激励状态Y2Y1从0011；当电路处于稳定总态(10，11)、输入x2x1由10
25、00时，激励状态Y2Y1从1100。即两个状态变量均发生变化，所以，当电路中两条反馈回路的延迟时间t1和t2不相等时，电路中将产生竞争。本讲稿第四十一页，共七十三页分析：分析：tt2 2=t=t1 1：到达预定的稳定总态(10，11)。tt2 2ttt1 1：电路到达了一个非期望的稳定总态(10，01)。结论：结论：本次竞争为临界竞争！本次竞争为临界竞争！(1)(1)当电路处于稳定总态当电路处于稳定总态(00(00，00)00)、输入、输入x x2 2x x1 1由由00100010时：时：本讲稿第四十二页，共七十三页分析分析如下：如下：tt2 2=t=t1 1：到达预定的稳定总态(00，00
26、)。tt2 2ttt1 1：到达预定的稳定总态(00，00)。结论如下：本次竞争属于非临界竞争！结论如下：本次竞争属于非临界竞争！(2)(2)当当电电路路处处于于稳稳定定总总态态(10(10，11)11)、输输入入x x2 2x x1 1由由10001000时时，其其状状态态响响应过程如下。应过程如下。本讲稿第四十三页，共七十三页用流程表检查电路竞争的一般法则：用流程表检查电路竞争的一般法则：当当从从某某一一稳稳态态出出发发，输输入入信信号号发发生生允允许许变变化化、引引起起两两个个或或两两个个以以上上激激励励状状态态同同时时发发生生变变化化时时，由由于于反反馈馈回回路路之之间间延延迟迟时时间
27、间的的不不同会使电路产生竞争。同会使电路产生竞争。若若输输入入信信号号变变化化所所到到达达的的列列只只有有一一个个稳稳态态，则则该该竞竞争争属属于于非非临临界界竞竞争争；若若输输入入信信号号变变化化所所到到达达的的列列有有两两个个或或两两个个以以上上稳态，则该竞争属于临界竞争。稳态，则该竞争属于临界竞争。非临界竞争的存在不会影响电路的正确工作，但临界竞争的存在却将导致电路状态转换的不可预测。为了确保电平异步时序电路能可靠地实现预定功能，电路设计时必须避免发生临界竞争！本讲稿第四十四页，共七十三页6.3.1 设计的一般步骤和方法设计的一般步骤和方法 6.3 电平异步时序逻辑电路的设计电平异步时序
28、逻辑电路的设计一般步骤如下：一般步骤如下：1.根据设计要求，建立原始流程表；根据设计要求，建立原始流程表；2.化简原始流程表，得到最简流程表；化简原始流程表，得到最简流程表；3.状态编码，得到二进制流程表；状态编码，得到二进制流程表；4.确定激励状态和输出函数表达式；确定激励状态和输出函数表达式；5.画出逻辑电路图。画出逻辑电路图。本讲稿第四十五页，共七十三页一、建立原始流程表一、建立原始流程表 原始流程表是对设计要求的一种最原始的抽象。建立原始流程表时通常借助时间图或原始总态图。即首先根据题意画出典型输入、输出时间图或作出原始总态图。根据时间图建立原始流程表的过程如下。1.画出典型输入、输出
29、时间图并设立相应状态画出典型输入、输出时间图并设立相应状态 由于电平异步时序电路约定对于每次输入信号变化，必须保证电路进入稳定状态后才允许输入信号再次变化，所以，应根据题意设立与各时刻输入、输出对应的稳定状态。本讲稿第四十六页，共七十三页2.建立原始流程表建立原始流程表根据时间图和所设立的状态建立原始流程表，一般分为3步进行。(1)画出原始流程表，并填入稳定状态和相应输出画出原始流程表，并填入稳定状态和相应输出由于根据时间图设立状态时，对不同的输入取值总是设立不同的状态进行区分的，这就使得原始流程表中每一行只有一个稳定状态。显然，时间图上设立了多少个状态，原始流程表便有多少行。本讲稿第四十七页
30、，共七十三页(2)填入非稳定状态并指定相应的输出，完善流程表填入非稳定状态并指定相应的输出，完善流程表由于表中每行只有一个稳定状态，所以，在稳态下输入信号发生允许变化时，电路不可能直接进入另一个稳态。假假定定每每次次输输入入信信号号发发生生变变化化时时，电电路路总总是是经经过过一一个个非非稳稳定定状状态态后后进进入入另另一一个个稳稳定定状状态态，根根据据时时间间图图中中的的状状态态转转移移关关系系，可可在在原原始始流程表中填入相应的非稳定状态。流程表中填入相应的非稳定状态。注注意意：当从某一稳态出发，输入信号发生允许变化所引起的状态转移，不能用时间图中所设立的状态来表示时，则应根据题意补充新的
31、状态，以便无遗漏地反映设计要求。本讲稿第四十八页，共七十三页非稳定状态下输出指定的法则为：非稳定状态下输出指定的法则为：若转换前后两个稳定状态的输出相同，则指定非稳定状态下的输出与稳态下的输出相同；若转换前后两个稳定状态的输出不同，则可指定非稳定状态下的输出为任意值“d”。(思考：为什么？思考：为什么？)(3)填入无关状态和无关输出填入无关状态和无关输出对稳态下输入不允许到达的列，在相应处填入任意状态对稳态下输入不允许到达的列，在相应处填入任意状态和任意输出，用和任意输出，用“d”表示，即作为无关处理。表示，即作为无关处理。本讲稿第四十九页，共七十三页例例某电平异步时序逻辑电路有两个输入端x1
32、和x2，一个输出端Z。输出与输入之间的关系为：若x1x2=00,则Z=0，之后当x1x2=01或10时，Z=1；若x1x2=11，则Z=1，之后当x1x2=01或10时，Z=0。作出该电路的原始流程表。解解借助时间图形成该电路原始流程表的过程如下。(1)画出典型输入、输出时间图并设立相应状态画出典型输入、输出时间图并设立相应状态根据题意，可画出该电路典型输入、输出时间图并设立状态如下。本讲稿第五十页，共七十三页(2)建立原始流程表建立原始流程表根据波形图中设立的状态和填写原始流程表的步骤，可构造出该问题的原始流程表。本讲稿第五十一页，共七十三页二、化简原始流程表二、化简原始流程表 在进行电平异
33、步时序逻辑电路设计时，流程表中的状态数目决定了电路中反馈回路的数目，即状态数目的多少与电路的复杂程度直接相关。为了获得一种经济、合理的设计方案，必须对原始流程表进行化简，求出最简流程表。目的目的-简化电路结构。简化电路结构。由于原始流程表中含有不确定的状态和输出，因而原始流程表的化简是建立在状态相容这一概念基础之上的。本讲稿第五十二页，共七十三页1相容行的概念相容行的概念原始流程表中的每一行代表一个稳定状态，因而相容状态的概念被引申为相容行相容行的概念。相容行：相容行：对于原始流程表中的某两行，如果每一列给定的对于原始流程表中的某两行，如果每一列给定的输出相同，且给定的激励状态相同、交错、循环
34、、相容或为各输出相同，且给定的激励状态相同、交错、循环、相容或为各自本身，则这两行为相容行。自本身，则这两行为相容行。在检查输出时，对于一个给定而另一个任意，或者在检查输出时，对于一个给定而另一个任意，或者两个均任意的情况，作为相同情况处理。两个均任意的情况，作为相同情况处理。注意：注意：本讲稿第五十三页，共七十三页在在检检查查激激励励状状态态时时，按按以以下下原原则则确确定定稳稳定定状状态态、非非稳稳定定状状态态和和任任意状态的相容性。意状态的相容性。(1)稳定状态 和非稳定状态i相容；(2)若稳定状态 和 相容，则稳定状态 和非稳定状 态j相容；(3)若稳定状态 和 相容，则非稳定状态 i
35、和j相容；(4)稳定状态和非稳定状态i均与任意状态“d”相容,任意状态“d”与任意状态“d”相容。iijiiji本讲稿第五十四页，共七十三页2.化简的方法与一般步骤化简的方法与一般步骤化简原始流程表与化简不完全给定状态表的过程类似。注意注意:对各相容行类中的相容行进行合并时,当输出存在给定值和任意值“d”时，合并后取给定值；当激励状态存在稳定状态和非稳定状态时，合并时取稳定状态；当激励状态存在给定状态和任意状态“d”时，合并时取给定状态。（1）作隐含表，找出相容行对；）作隐含表，找出相容行对；（2）作合并图，求出最大相容行类；）作合并图，求出最大相容行类；（3）从相容行类中选择一个最小闭覆盖；
36、）从相容行类中选择一个最小闭覆盖；（4）状态行合并，作出最简流程表。）状态行合并，作出最简流程表。本讲稿第五十五页，共七十三页例例化简如下原始流程表。化简如下原始流程表。本讲稿第五十六页，共七十三页解解根据化简原始流程表的方法和步骤，化简过程如下：（1）作隐含表，找相容行）作隐含表，找相容行原始流程表对应的隐含表如右下图所示。根据相容行的判断规则，可找出相容行对：(1，2)，(1，3)，(2，3)，(2，6)，(3，5)，(4，5)，(4，6)，(5，6)。本讲稿第五十七页，共七十三页(2)作合并图，求最大相容行类作合并图，求最大相容行类 根据所得出的相容行对，可作出合并图如下图所示。由合并图
37、可知，最大相容行类为：(1，2，3)，(4，5，6)，(3，5)，(2，6)。(3)选择一个最小闭覆盖选择一个最小闭覆盖选择最大相容行类构成的集合(1，2，3)，(4,5,6)，便可满足覆盖、闭合和最小3个条件。所以，该集合即为原始流程表的最小闭覆盖。本讲稿第五十八页，共七十三页令：令：(1，2，3)A，(4，5，6)B，可得到最简流程表如下表所示。(4)作出最简流程表作出最简流程表本讲稿第五十九页，共七十三页 三、三、状态编码状态编码状态编码的任务：状态编码的任务：(1)根据化简后的状态数目确定二进制代码的位数；根据化简后的状态数目确定二进制代码的位数；(2)选择一种合适的状态分配方案，将每
38、个状态用一个选择一种合适的状态分配方案，将每个状态用一个二进制代码表示。二进制代码表示。注意：注意：确定分配方案时应考虑的主要问题是如何避免反馈回路之间的临界竞争，保证电路可靠地实现预定功能。常用的几种方法常用的几种方法:1.相邻状态，相邻分配相邻状态，相邻分配相邻状态相邻状态相邻状态相邻状态：是指稳态下输入取值作相邻变化时，需要直接发生转换的状态。相邻分配相邻分配相邻分配相邻分配：是指分配给相邻状态的代码为相邻代码。本讲稿第六十页，共七十三页通常借助状态相邻图确定流程表中各状态的相邻关系。状态相邻图状态相邻图:将流程表中的每一个状态加圈表示，并从每一个稳态出发，找出输入取值作相邻变化时的下一
39、个稳态,用有向线段将其连接起来，表示这两个状态为相邻状态。例例对如下流程表进行状态编码，求出二进制流程表。解解根据“相邻状态，相邻分配”的法则，首先根据流程表作出状态相邻图。本讲稿第六十一页，共七十三页根据流程表作出状态相邻图如右下图所示。状态相邻图ACDB流程表中共有4个状态，需两位代码,设二次状态用y2、y1表示。根据相邻图，可选择如右卡诺图所示的状态分配方案。即用即用00表示表示A，01表示表示B，10表表示示C，11表示表示D。本讲稿第六十二页，共七十三页将给定流程表中的状态用相应二进制编码表示，即可得到相应二进制流程表。该该二二进进制制流流程程表表，消消除除了竞争现象。了竞争现象。A
40、00 B 01 C10 D11本讲稿第六十三页，共七十三页对于某些流程表，尽管相邻图上状态的最大相邻状态数L不大于状态分配的最小代码位数m，但状态之间的相邻关系形成由奇数个状态构成的闭环，因而无法直接实现状态的相邻分配。解决这类问题的一种常用的方法是通过增加过渡状态，实现相邻分配，得到一个无竞争的二进制流程表。2.增加过渡状态，实现相邻分配增加过渡状态，实现相邻分配例例对如下流程表进行状态编码，得到二进制流程表。本讲稿第六十四页，共七十三页解解根据给定流程表可作出状态相邻图如右下图所示。尽管相邻图上每个状态只有两个相邻状态，但由于3个状态之间的相邻关系构成一个闭环，所以，用两位代码无法满足其相
41、邻关系。ABCABCD如如果果在在状状态态A和和C之之间间增增加加过过渡渡状状态态D，将将AC改改为为ADC,CA改改为为CDA,即如右图所示：本讲稿第六十五页，共七十三页在状态A和C之间增加过渡状态D后，可将流程表修改成如右下表所示。修改后的流程表中增加了新的一行，但该行没有稳定状态，因为状态D仅在稳态A和C发生转换时完成过渡作用。ABCD本讲稿第六十六页，共七十三页设二次状态用y2、y1表示，相应激励状态用Y2、Y1表示，令y2y1取值00表表示示A，01表示表示B，10表示表示D，11表示表示C，即可得到相应二进制流程表如右下表所示，该流程表描述的电路中不存在竞争。ABCD C B D
42、Ay2y10 101本讲稿第六十七页，共七十三页3.允许非临界竞争，避免临界竞争允许非临界竞争，避免临界竞争 对于有的流程表，虽然无法用最少位数的代码实现无竞争的状态分配，但可以通过将竞争限制在只有一个稳态的列，即允许非临界竞争，从而实现无临界竞争的状态分配。例例对如下流程表进行状态编码，得到二进制流程表。本讲稿第六十八页，共七十三页解解 给定流程表的状态相邻图如右下图所示。显然，用两位二进制代码无法实现相邻状态相邻分配。但在该流程表中，状态状态A和和C之间的转换只发生在之间的转换只发生在x2x1=00和和x2x1=01这两列，而这两列各只有一个稳定状态，这就意味这两列，而这两列各只有一个稳定
43、状态，这就意味着着A和和C发生转换时，即使产生竞争也属于非临界竞争。发生转换时，即使产生竞争也属于非临界竞争。即在状态分配时A和C可以不相邻。排除A和C的相邻关系后，状态编码只需满足A和B、A和D、D和C、C和B相邻即可。ADCB本讲稿第六十九页，共七十三页 设二次状态用y2、y1表示，令y2、y1取值00表示A，01表示B，10表示D，11表示C，将其代入给定流程表，即可得到相应二进制流程表。该流程表描述的电路不会产生临界竞争。y2y1=00,01,10,11 A B DCADCB本讲稿第七十页，共七十三页 根据流程表可作出激励状态、输出函数的卡诺图，化简根据流程表可作出激励状态、输出函数的卡诺图，化简后即可得到激励状态和输出函数的最简表达式。后即可得到激励状态和输出函数的最简表达式。四、确定激励函数和输出函数四、确定激励函数和输出函数例例 求如下流程表的激励函数和输出函数最简表达式。本讲稿第七十一页，共七十三页根据二进制流程表可作出Y2、Y1和输出Z的卡诺图如下图所示。激励函数和输出函数表达式为激励函数和输出函数表达式为:本讲稿第七十二页，共七十三页 根据激励函数和输出函数表达式可画出逻辑电路图。根据激励函数和输出函数表达式可画出逻辑电路图。（略）（略）本讲稿第七十三页，共七十三页