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1、L6.5同步时序电路设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望6.5.2 建立原始状态图建立原始状态图状态图是同步时序电路设计的依据，它必须正确反映设计要求。状态图的构成没有统一的方法，关键是要充分正确地理解设计要求，明确电路的输入条件和输出要求，输入和输出关系，以及状态的转换关系。原始状态图建立的一般过程为：原始状态图建立的一般过程为：假定一个初始状态，由此出发，每加入一个输入信号，则记忆其次态，并标出其相应的输出值。次态可能为现态、已有状态或新的状态
2、，直到没有新的状态为止。每个状态的各种可能的输入值都要考虑到。2例例:某序列检测器有一个输入端x和一个输出端Z。从x端输入一组按时间顺序排列的串行二进制码。当输入序列中出现101时，输出Z1，否则 Z0。试作出该 序 列 检 测 器 的 Mealy型 和Moore型原始状态图和状态表。S0S1S2S31/11/00/00/00/01/00/01/0电路的电路的Mealy 型状态表型状态表现态次态/输出x=0 x=1S0S1S2S3S0/0S2/0S0/0S2/0S1/0S1/0S3/1S1/03电路的电路的 Moore 型状态表型状态表现态次 态x=0 x=1S0S1S2S3S0S2S0S2S
3、1S1S3S1输 出Z0001S0/0 S1/0S2/0S3/1101001014例例:假设某同步时序电路，用于检测串行输入的8421BCD码，其输入的顺序是先高位后低位，当出现非法数字(即输入1010，1011，1100，1101，1110，1111)时，电路的输出为1。试作出该时序电路的Mealy型原始状态图和状态表。FDABCEG0/01/00/01/00/01/00/01/0解：解：5HDAB1/00/0CEI0/00/01/01/0FG0/01/0NJKP0/00/01/01/0LM0/01/00/01/00/01/00/01/00/01/00/01/00/11/10/11/10/1
4、1/1电路的原始状态图6现态次态/输出x=0 x=1ABCDEFGHIJKLMNPB/0D/0J/0F/0H/0A/0A/0A/0A/0L/0N/0A/0A/1A/1A/1C/0E/0K/0G/0I/0A/0A/0A/0A/0M/0P/0A/0A/1A/1A/1电电路路的的原原始始状状态态表表7例例：假设有一个三位二进制加、减法器（模8计数器），当X输入为1时，实现加1计数；当X为0时，实现减1计数，试作出该电路的Moore型原始状态图和状态表。解：解：000111110101100011010001000001010011100101110111当X为0时：当X为1时：计数器的输出可为状态本
5、身，亦可看作外部输出。81 000110001101010111100011111111100000000原始状态图原始状态图9现态次态/输出x=0 x=1000001010011100101110111111000001010011100101110001010011100101110111000原始状态表原始状态表106.5.3 状态简化状态简化一般情况下，原始状态图和原始状态表中存在着多余的状态。状态个数越多，电路中所需的触发器的数目也越多，制造成本就越高。为降低制造成本，需要去掉多余的状态，即要进行状状态态简化简化。所谓状状态态简简化化，就是要获得一个最小化的状态表。这个表不仅能正确地
6、反映设计的全部要求，而且状态的数目最少。11完全确定状态表完全确定状态表：状态表中的次态和输出都有确定的 状态和确定的输出值。等等效效状状态态：设状态S1和S2是完全确定状态表中的两个状态,如果对于所有可能的输入序列，分别从状态S1和状态S2出发，所得到的输出响应序列完全相同，则状态S1和S2是等效的，记作(S1,S2).或说，状态S1和S2是等效对。等效状态可以合并。一、完全确定状态表的简化一、完全确定状态表的简化一、完全确定状态表的简化一、完全确定状态表的简化S1S1S2S2S3S3S4S40/00/00/10/11/11/1 12 等效状态传递性：(S1,S2),(S2,S3)(S1,S
7、3)等效类：彼此等效的状态集合 最大等效类：不被其它等效类所包含的等效类。一个状态也可能是一个最大等效类。状态简化的任务是要在原始状态表中找出全部最大等效类(最大等效类集合)，并将每一个最大等效类用一个状态来表示。13判别方法：判别方法：第一、它们的输出完全相同；假定状态S1和S2是完全确定原始状态表中的两个现态，那么S1和S2等效的条件可归纳为在输入的各种取值组合下：(1)次态相同；第二、它们的次态满足下列条件之一，即(2)次态交错；(3)次态循环；(4)次态对等效。14 SiSj1/0Sl0/10/1Sk1/0次态相同15次态相同或交错 SiSj0/01/01/0Sk0/016次态交错或相
8、同或循环 SiSj1/01/0SkSl0/00/00/10/1Sm1/01/017次态交错或等效(Sk,Sl等效)SiSj1/01/0SlSk0/10/1181.观察法化简观察法化简例例：简化下表所示的状态表现态次态/输出x=0 x=1ABCDA/0A/0A/0A/0B/0C/0D/1D/119解：解：A和B，C和D的输出完全相等；C和D在输入的各种取值组合下，次态相同，因此C和D等效；最大等效类为A，B，C,D,分别用A,B,C表示；A和B在x=1时的次态不满足四条件之一，因此A和B不等效;现态次态/输出x=0 x=1ABCDA/0A/0A/0A/0B/0C/0D/1D/120最小化状态表为
9、：现态次态/输出x=0 x=1ABCA/0A/0A/0B/0C/0C/1现态次态/输出x=0 x=1ABCDA/0A/0A/0A/0B/0C/0D/1D/1212.隐含表法化简隐含表法化简例例：简化下表所示的状态表现态次态/输出x=0 x=1ABCDEFGC/0F/0D/0D/1C/0D/0C/1B/1A/1G/0E/0E/1G/0D/022解：解：作隐含表作隐含表 顺序比较，寻找等效顺序比较，寻找等效状态对状态对 状态对等效，打状态对等效，打“”；状态对不等效，打状态对不等效，打 “”“”；状态对是否等效需进状态对是否等效需进一步检查，则标记次态一步检查，则标记次态对。对。ABCDEFGFE
10、DCBCFBEAECFCDDE现态次态/输出x=0 x=1ABCDEFGC/0F/0D/0D/1C/0D/0C/1B/1A/1G/0E/0E/1G/0D/023ABCDEFGFEDCBCFBEAECFCDDE 处于循环链中的每一个状态对都是等效状态对,一共四个等效对(A,B),(A,E),(B,E),(C,F)。关联比较，确定等效状态对AEBECFABCF24现态次态/输出x=0 x=1abcdb/0c/0c/1b/1a/1d/0a/0c/0确定最大等效类，作最小化状态表确定最大等效类，作最小化状态表:四个等效对(A,B),(A,E),(B,E),(C,F)四个最大等效类(A,B,E),(C,
11、F),(D),(G)令以上四个最大等效类依次为a,b,c,d.现态次态/输出x=0 x=1ABCDEFGC/0F/0D/0D/1C/0D/0C/1B/1A/1G/0E/0E/1G/0D/025二、不完全确定状态表的简化二、不完全确定状态表的简化二、不完全确定状态表的简化二、不完全确定状态表的简化不不完完全全确确定定状状态态表表：状态表中存在不确定的次态或输出，这些不确定的次态或输出将有利于状态简化。相容状态：设状态S1和S2是不完全确定状态表中的两个状态，如果对于所有的有效输入序列，分别从状态S1和S2出发，所得到的输出响应序列(除不确定的那些位之外)是完全相同的，那么状态S1和S2是相容的，
12、或者说状态S1和S2是相容对，记作(S1,S2)。相容状态可以合并。26例:设计一个“1111”序列检测器，使其成为爆炸装置的引爆控制器。假定工作条件为：平时无1输入，Z一直处于0状态；当连续输入4个1时（不允许出现0），Z=1引爆，整个装置不存在。ADBC1/01/01/00/00/d0/d0/d1/1dddd现态次态/输出x=0 x=1ABCDA/0d/dd/dd/dB/0C/0D/0d/127 相容状态无传递性：SiSj1/10/00/00/0Sk0/0Sl1/01/dSi和Sj相容；Sj和Sk相容；但Si和Sk不相容。最大相容类：不被其它相容类所包含的相容类相容类：彼此相容的状态集合2
13、8判别方法：判别方法：在不完全确定状态表中判断两个状态是否相容也是根据表中给出的次态和输出来决定的。假定状态Si和Sj是不完全确定状态表中的两个现态，那么状态Si和Sj相容的条件可归纳为在输入的各种取值组合下:第一、它们的输出完全相同，或者其中的一个(或两个)输出为任意值。第二、它们的次态满足下列条件之一：(1)次态相同；(2)次态交错；(3)次态循环；(4)其中的一个(或两个)为任意状态;(5)次态相容；29例例：简化下表所示的状态表现 态次 态x=0 x=1ABCDEFBBAdFdDDEEdC输 出0d111d30解：解：作隐含表；顺序比较，寻找相容对；ABDEABCDEFEDCBDEBF
14、AFCE CECDCD现 态次 态x=0 x=1ABCDEFBBAdFdDDEEdC输 出0d111d31CEAF CFCE DFCE 以上三步与确定状态表的化简相同 关联比较，确定相容对；ABDEABCDEFEDCBDEBFAFCE CECDCDAFCD BCAB DE BDDE BEBFCD 全部相容对：(A,B),(A,F),(B,C),(B,D),(B,E),(B,F),(C,D),(C,E),(C,F),(D,F),(D,E),(E,F)。32 作状态合并图，求最大相容类。S1S2S33状态相容S4S1S2S34状态相容S1S2S3S4S55状态相容33ABCDFE本例状态合并图，最
15、大相容类是(A,B,F),(B,C,D,E,F)。全部相容状态对：(A,B),(A,F),(B,C),(B,D),(B,E),(B,F),(C,D),(C,E),(C,F),(D,F),(D,E),(E,F)。34作最小化状态表作最小化状态表:最小化状态表(又称最小闭覆盖)应满足下列三个条件：覆盖性所选相容类集合应包含原始状态表中的全部状态。最小性所选相容类集合中相容类的个数应最少。闭合性所选相容类集合中的任一相容类，在原始状态表中任一输入条件下产生的次态应该属于该集合中的某一个相容类。35采用闭覆盖表来反映所选相容类集合的覆盖和闭合情况。本例的闭覆盖表为CDE最大相 容类ABFBCDEFA
16、B C D EF 覆盖闭合x=0 x=1BABFCD现态次态x=0 x=1ABCDEFBBAdFdDDEEdC输出0d111d36所所选选相相容容类类集集合合(A,B,F),A,B,F),(B,C,D,E,F)(B,C,D,E,F)满满足足最最小小闭闭覆覆盖盖条条件件，令令A A表表示示(A,B,F)A,B,F)，C C表示表示(B,C,D,E,F)B,C,D,E,F)可得：可得：现 态次 态x=0 x=1ACA,CACC输 出01现 态次 态x=0 x=1ACdACC输 出01由于该表中只有两个状态，进一步可以得到：由于该表中只有两个状态，进一步可以得到：现态次态x=0 x=1ABCDEFB
17、BAdFdDDEEdC输出0d111dCDE最大相 容类ABFBCDEFABCDEF 覆盖闭合x=0 x=1BABFCD37例：例：化简下表所示的状态表现态次态/输出x=0 x=1ABCDED/dE/0D/0C/dC/1A/dA/dB/dC/dB/d38解解：作隐含表，寻找相容状态对ABCDEDCBABDEACCECDACABCDABDEBCBC由上图得相容状态对为(A,B),(A,C),(A,D),(A,E),(B,C),(C,D),(D,E)ABDEBC ACAB BDAC CE AEABCDADBC CDAC现态次态/输出x=0 x=1ABCDED/dE/0D/0C/dC/1A/dA/d
18、B/dC/dB/d39 作状态合并图，寻找最大相容类ABCDE得最大相容类为(A,B,C),(A,C,D),(A,D,E)40 作最小化状态表若 选 相 容 类 集 合 为(A,B,C),(A,D,E)则下表表明它不满足闭合要求相容类ABCADEA B C D E 覆盖闭合x=0 x=1DECD ABCABABCDE现态次态/输出x=0 x=1ABCDED/dE/0D/0C/dC/1A/dA/dB/dC/dB/d(A,B,C),(A,C,D),(A,D,E)41但如果选相容类(A,B,C)和(D,E)则能满足最小闭覆盖的要求相容类ABCDEA B C D EA B CD E覆盖闭合x=0 x=
19、1DECBCABABCDE现态次态/输出x=0 x=1ABCDED/dE/0D/0C/dC/1A/dA/dB/dC/dB/d42令A=(A,B,C),B=(D,E),进一步可得：现态次态/输出x=0 x=1ABB/0A/1A/dA/d寻找最小闭覆盖通常不是一件容易的事情，其结果往往不唯一。现态次态/输出x=0 x=1ABCDED/dE/0D/0C/dC/1A/dA/dB/dC/dB/d436.5.4 状态编码状态编码(状态分配状态分配)给最小化状态表中的每一个状态指定一个二进制代码，形成二进制状态表。通常情况下，状态编码的方案不一样，所得到的输出函数和激励函数的表达式也不同，由此而设计出来的电
20、路复杂度也不同。状态分配的任务是：决定编码的长度；寻找一种最佳的或接近最佳的状态分配方案。44设最小化状态表中的状态数为N，编码长度为n，N和n的关系为 2n1N2n用2n种组合来对N个状态进行分配时，可能出现的分配方案的总数Ks为45例如例如，n=2,N=4时 有方案状态12345678910 11 12ABCD00 10 01 11 00 01 10 11 00 10 01 1101 11 00 10 10 11 00 01 11 01 10 0011 01 10 00 11 10 01 00 01 11 00 1010 00 11 01 01 00 11 10 10 00 11 01方案
21、状态13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24ABCD00 01 10 11 00 10 01 11 00 01 10 1111 10 01 00 10 00 11 01 01 00 11 1010 11 00 01 01 11 00 10 10 11 00 0101 00 11 10 11 01 10 00 11 10 01 0046但是，在Ks种方案中只有三种是独立的(真正不相同的)方案然而，当n较大时，Ku仍然很大，要真正找到最佳的分配方案是十分困难的，况且分配方案的好坏还与所采用的触发器的类型有关。因此，实际应用时都是采用工程的方法，依据以下四条件原则来进行
22、状态分配。47状态分配的基本原则有四条：状态分配的基本原则有四条：(1)在相同输入条件下具有相同次态的现态，应尽可能分配相邻的二进制代码；(2)在相邻输入条件，同一现态的次态应尽可能分配相邻的二进制代码；(3)输出完完全全相相同同的现态应尽可能分配相邻的二进制代码；(4)最小化状态表中出现次数最多的状态或初始状态应分配逻辑0。48一般情况下，第一条原则较为重要，需优先考虑，其次要考虑由前三条原则得到的应分配相邻代码的状态对出现的次数，次数多的状态对应优先分配相邻的二进制代码。49例例：对下表所示的状态表进行状态分配现态次态/输出x=0 x=1ABCDC/0C/0B/0A/1D/0A/0D/0B
23、/150解：解：确定n=2 确定分配 由规则(1)得A和B,A和C应相邻；由规则(2)得C和D,C和A,B和D,A和B应相邻；由规则(3)得A,B,C 三者应相邻,即AB,AC,BC应相邻；由规则(4)得A分配为逻辑0。现态次态/输出x=0 x=1ABCDC/0C/0B/0A/1D/0A/0D/0B/151ABDC0101y2y1A:B:C:D:y2 y100100111 由规则(1)得A和B,A和C应相邻；由规则(2)得C和D,C和A,B和D,A和B应相邻；由规则(3)得A,B,C 三者应相邻,即 A和 B,A和C,B和C应相邻；由规则(4)得A分配为逻辑0。52最后我们可以得到二进制状态表
24、现态y2 y1次态y2(n+1)y1(n+1)/输出x=0 x=10001111001/010/000/101/011/011/010/100/0注意：注意：有时满足分配原则的分配方案不唯一，这时可任选一种。现态次态/输出x=0 x=1ABCDC/0C/0B/0A/1D/0A/0D/0B/153确定激励函数和输出函数确定激励函数和输出函数1.触发器的激励表触发器的激励表触发器的激励表反映触发器从某种现态转换 到某种次态时，对触发器输入(激励)的要求。在这种表中，现态和次态作为自变量，输入(激励)作为因变量。触发器的激励表可由触发器的状态表直接推出。54Q Q(n+1)RSd001100d000
25、11011Q Q(n+1)D010100011011RS触发器激励表D触发器激励表55Q Q(n+1)JK0d1dd1d000011011Q Q(n+1)T011000011011JK触发器激励表T触发器激励表562.确定激励函数确定激励函数两两种种方方法法：根据次态方程来确定和通过激励表来确定。57例：例：若用JK触发器实现下表所示的二进制状态表，试写出激励和输出函数。现态 y2 y1次态y2(n+1)y1(n+1)/输出Zx=0 x=10001111011/000/000/101/001/000/110/111/058解：解：确定激励函数现态 y2 y1次态y2(n+1)y1(n+1)00
26、01111000011110输入x激励函数J2K2J1K111000001010010111 d 1 d0 d d 1d 1 d 1d 1 1 d0 d 1 d0 d d 1d 0 d 1d 0 1 d00001111现态y2 y1y2(n+1)y1(n+1)/输出Zx=0 x=10 00 11 11 011/000/000/101/001/000/110/111/0Q Q(n+1)JK0d1dd1d00001101159J1=1现态 y2 y1次态y2(n+1)y1(n+1)0001111000011110输入x激励函数J2K2J1K111000001010010111 d 1 d0 d d
27、 1d 1 d 1d 1 1 d0 d 1 d0 d d 1d 0 d 1d 0 1 d00001111xy21dd0000101y11110d0d0J2xy2d11d000101y111100d0dK2xy211dd000101y1111011ddJ1xy2dd11000101y11110dd11K1K1=160Z=y2y1+xy10010000101y1xy211100011Z 确定输出函数现态y2 y1y2(n+1)y1(n+1)/输出Zx=0 x=10 00 11 11 011/000/000/101/001/000/110/111/061画出逻辑电路图画出逻辑电路图先画出触发器并给触
28、发器编号，再根据激励函数和输出函数画出组合逻辑部分的电路，最后画出同步时钟信号线。621D1CD2Cy2CPx&y1z1y21&y1例如：例如：636.5.5 同步时序逻辑电路设计举例同步时序逻辑电路设计举例例：例：设计一个“111”序列检测器，用来检测串行二进制序列，要求每当连续输入3个(或3个以上)1时，检测器输出为1，否则输出为0。其典型输入输出序列如下：输入x：0111011110输出Z：000100011064解：解：作状态图和状态表0A0/00/00/00/0B1/0D1/11/1C1/065现 态次态/输出Zx=0 x=1ABCDA/0A/0A/0A/0B/0C/0D/1D/16
29、6 状态化简用观察法可得最大等效类为：(A),(B),(C,D)令C(C,D),可得下列最简状态表现 态次态/输出Zx=0 x=1ABCA/0A/0A/0B/0C/0C/1现 态次态/输出Zx=0 x=1ABCDA/0A/0A/0A/0B/0C/0D/1D/167状态分配：AB，BC，AC应相邻 AB，AC应相邻 AB应相邻 A应为逻辑0AB0101y1y2现 态次态/输出Zx=0 x=1ABCA/0A/0A/0B/0C/0C/1C68现态y2 y1次态y2(n+1)y1(n+1)/输出Zx=0 x=100011000/000/000/001/010/010/1现 态次态/输出Zx=0 x=1
30、ABCA/0A/0A/0B/0C/0C/1AB0101y1y2C69现态 y2 y1次 态y2(n+1y1(n+1)0001101100011011输 入x激励函数J2 K2 J1 K1000000dd011010dd0d0d0dd1d10 ddddd0d1d1dd1d00ddddd00001111输 出Z000d001dQ Q(n+1)JK0d1dd1d000011011确定激励函数和输出函数表达式：选用JK触发器70 xy20dd0000101y11110d0d1J2xy2d1dd000101y111100dddK2xy200dd000101y1111001ddJ1xy2ddd100010
31、1y11110ddd1K1xy200d0000101y1111010d0Z 现态 y2 y10001101100011011 输入x激励函数J2 K2 J1 K10d0d0dd1d10ddddd0d1d1dd1d00ddddd00001111输 出Z000d001dJ2=xy1,k2=xJ1=xy2,k1=1Z=xy271 画电路图J2=xy1,k2=xJ1=xy2,k1=1Z=xy2K1CK2Cy2CPxy1zy2&y11&J1J2&72 分析：由于电路有冗余状态“11”，一旦电路进入“11”状态，不管输入为0还是1，经过一个时钟周期后，电路应自动进入有效状态，否则电路存在“挂起”现象。分析
32、方法为：确定无效状态的次态，由于无效状态的次态为d，所以在化简的卡诺图中，被卡诺圈圈起的d为1，没有被卡诺圈圈起的d为0。然后判断无效状态的次态是否为有效状态或是否存在“挂起”现象。73xy20dd0000101y11110d0d1J2xy2d1dd000101y111100dddK2xy200dd000101y1111001ddJ1xy2ddd1000101y11110ddd1K1xy200d0000101y1111010d0Z74现态 y2 y1次 态y2(n+1y1(n+1)0001101100011011输 入x激励函数J2 K2 J1 K100000000011010100d0d0d
33、d1d1d101010d1d1dd0d0d0100100001111输 出Z00000011xy200d0000101y1111010d0ZZ=xy1y275现态y2 y1x=0 x=10 00 1111 000/000/000/000/001/010/010/010/1次态y2(n+1)y1(n+1)/Z0000/00/00/00/0011/0111/01/1101/076 修改后的电路图：K1CK2Cy2CPxy1zy2&y11&J1J2&77例：例：设计一个三位串行奇偶校验电路。当电路串行接收了三位二进制数后，如果1的个数为偶数，则电路输出为1；否则为0。当接收了三位二进制数后，电路返回
34、初始状态。解：解：作状态图和状态表FBACG0/00/01/01/0DE0/01/00/11/00/01/10/01/10/11/0现态次态/输出x=0 x=1ABCDEFGB/0D/0F/0A/1A/0A/0A/1C/0E/0G/0A/0A/1A/1A/078现态次态/输出x=0 x=1ABCDEFGB/0D/0F/0A/1A/0A/0A/1C/0E/0G/0A/0A/1A/1A/0 状态化简现态次态/输出x=0 x=1ABCDEB/0D/0E/0A/1A/0C/0E/0D/0A/0A/179状态分配：DE应相邻 BC，DE应相邻 ABC应两两相邻 A应为逻辑0现态次态/输出x=0 x=1A
35、BCDEB/0D/0E/0A/1A/0C/0E/0D/0A/0A/1y3y2AB000101y11110CDE80Y3Y2Y1次态/输出x=0 x=1000010110100101010/0100/0101/0000/1000/0110/0101/0100/0000/0000/1现态次态/输出x=0 x=1ABCDEB/0D/0E/0A/1A/0C/0E/0D/0A/0A/1y3y2AB000101y11110CDE81Y3Y2Y1次态/输出x=0 x=1000001010011100 101 110111010/0ddd/d100/0ddd/d000/1 000/0 101/0ddd/d11
36、0/0ddd/d101/0ddd/d000/0000/1 100/0ddd/d82d00 01 11 1000011110 xy3y2y100dd00d0D2101dd0000 01 11 1000011110 xy3y2y111dd00d0D3001ddd1100 01 11 1000011110 xy3y2y110dd00d0D1000ddd0100 01 11 1000011110 xy3y2y100dd00d1Z010ddd00Y3Y2Y1次态次态/输出输出x=0 x=1000001010011100101 110111010/0ddd/d100/0ddd/d000/1 000/0 1
37、01/0ddd/d110/0ddd/d101/0ddd/d000/0000/1 100/0ddd/d83D3=Y2+XY3D2=Y3Y2D1=XY3Y2+XY3Y2 =Y2(XY3)Z=XY1+XY3Y2Y1列出激励函数和输出函数表达式：画逻辑电路图：（略）。8400 01 11 1000011110 xy3y2y111110000D30011111100 01 11 1000011110 xy3y2y110100000D10000010100 01 11 1000011110 xy3y2y100000010D21011000000 01 11 1000011110 xy3y2y1000000
38、01Z01011100分析：85Y3Y2Y1次态/输出x=0 x=1000001010011100 101 110111010/0010/0100/0100/0000/1 000/0 101/0101/0110/0110/1101/0101/1000/0000/1 100/0100/18600 01 11 1000011110 xy3y2y100000001Z01000000Z=XY3Y2Y1+XY3Y2Y1修改后的画逻辑电路图：（略）。870 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 1
39、0 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 0例例:用JK触发器，设计一个8421BCD码十进制计数器。解：解：（1）建立原始状态图和原始状态表。88000111100011d10100d01100dd1011dd000111100000d00111d01100dd1011dd000111100001d00101d01110dd1001dd（2）求输出函数和激励函数。000111100000d10100d01101dd1000ddQ3Q2Q1Q0Q3n+1Q3Q2Q1Q0Q0n+1Q3Q2Q1Q0Q2n+1Q3Q2
40、Q1Q0Q1n+189特征方程组：激励函数：90000111100011d10100d01100dd1011dd000111100000d00111d01100dd1011dd000111100001d00101d01110dd1001dd 000111100000d10100d01101dd1000ddQ3Q2Q1Q0Q3n+1Q3Q2Q1Q0Q0n+1Q3Q2Q1Q0Q2n+1Q3Q2Q1Q0Q1n+110101011 10110100 1100110111010100 11101111 11110000（3）自启动检查。911401215431011121398756状态转移关系图为使电
41、路不至于出现挂起现象，需要检查不在计数循环中的状态的转移关系。共有6个未使用的状态。凡在化简时被圈入的任意项，其取值为1，没有被圈入的任意项取值为0。从而得到这6个未使用状态的次态为：10101011 10110100 1100110111010100 11101111 1111000092CPQ1Q2Q3Q0J0 CK0&J1 CK1&J2 C&K2&J3 CK3（4）画逻辑图。93y2y1y0 x=0 x=1000011110011001101010101001100110101010100000000001100110101010111111111例例:设计一个三位串行输入输出移位寄存器
42、。要求数据在移位寄存器中传输是由低位到高位依次进行的。该移位寄存器有一个输入端X，输出则为触发器状态输出。解：解：（1）建立原始状态图和原始状态表。94000111100000110100111100111000110001111000000001111111111110000000011110000000010000111111101111（2）求输出函数和激励函数。xy2y1y0y0n+1xy2y1y0y2n+1xy2y1y0y1n+195特征方程组：激励函数：96（4）画逻辑图。J0K0CQ0J1K1CQ1J2K2CQ2y0y1y21CPx97例例:设计一序列信号发生器，产生序列1010
43、010100。序列信号发生器就是用来产生序列电位和序列脉冲的逻辑部件。按其结构来分，序列信号发生器可分为计数型和移位型两种。计数型序列信号发生器由计数器和组合电路来构成。计数器相当于组合电路的输入源，决定序列信号的长度，组合电路则在这个输入源的作用下产生序列信号。这时，计数器的输出可以供给几个组合电路，产生几种长度相同但是序列内容不同的序列信号。计数型序列信号发生器的设计方法：计数型序列信号发生器的设计方法：1、根据序列长度M确定触发器位数k，2k1M2k；2、列状态表，状态表中输出要根据序列信号的要求来确定，有n个序列信号就列n个输出；3、根据求得的激励函数和输出函数画出逻辑图。98移位型序
44、列信号发生器的设计步骤：移位型序列信号发生器的设计步骤：根据给定序列信号的长度M，由2k1M2k决定所需最少的触发器数目k。验证并确定实际需要的触发器数目k。对给定的序列信号每k位分为一组，选定一组后，向前移一位，按k位再取一组，总共取M组。如果这M组数字，都不重复，就可以使用已经选择的k；否则，就使k=k+1。再重复以上的过程，直到M组数字不再重复时，k值就可以确定下来。最后得到的M组数字，就是序列信号发生器的状态转移关系，将它们依次排列，得到序列信号发生器的状态转移表。状态转移表的右边是该状态下反馈信号。由状态转移表求反馈函数。检查未使用状态的转移关系，以满足自启动的要求。画逻辑图。99反
45、馈移位型序列信号发生器框图反馈移位型序列信号发生器框图 100 利用移位型序列信号发生器的设计方法对本例进行设计，触发器选用D触发器。解：解：（1）本例序列长度是5（10100），最小触发器数目是3。（2）对序列信号每3位一组取信号，每取一组移一位，共取5组：101、010、100、001、010。出现了两次010。说明k3不能满足设计要求。再取k4。重新按4位一组信号，也取5组：1010、0100、1001、0010、0101。没有重复，确定k4。101D01 0 1 00 1 0 01 0 0 10 0 1 00 1 0 101010（3）列状态转移表。（4）作D0的卡诺图D0的表达式：0
46、001111000d1dd01d0d011dddd101dd0Q3Q2Q1Q0102（5）检查自启动。卡诺图中，没有被圈入的格的D0值都是0，从而可以确定未使用状态的次态。确定所有状态的转移关系后，画出状态转移关系图。可以看出电路可以自启动。61310113259414128715010001111000d1dd01d0d011dddd101dd0Q3Q2Q1Q0103（6）画逻辑图。CPQ1Q2Q0D CD C D C&D C 104例例:设计一个公路和铁路交叉路口交通控制电路，如下图所示。在P1和P2点设置两个压敏器件，当它承受火车的压力时，产生逻辑电平1，否则为0。为保证同一列火车不会同
47、时压在两上压敏元件上，假设P1和P2点相距较远。A，B是两个栅门，要求火车任何部分位于P1，P2之间时，栅门A，B应同时关闭，否则栅门同时打开。压敏器件P1，P2的输出用x1，x2表示，它控制一电路，使其输出为Z，当Z1，栅门A，B关闭；当Z0，栅门A，B打开。公路BP1P2A西东105解：解：（1）建立原始状态图、状态表。火车尚未到来，这时x1x200，输出Z0；火车由西向东行驶，并压在P1上，这时x1x210，输出Z1；火车继续行驶且位于P1和P2之间，这时x1x200，输出Z1；火车仍继续行驶，且压在P2上。这时x1x201，输出Z1；当火车离开P2后，这时x1x200，输出Z0；同理当
48、火车由东向西行驶时，情况如下：输入x1x201，输出Z1。输入x1x200，输出Z1。输入x1x210，输出Z1。该电路共有7个状态，分别用S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7表示。公路BP1P2A西东10601/100/000/100/100/101/100/010/100/010/101/100/1S3S1S2S4S6S5S710/110/101/1原始状态图X1X2/ZP1P2/Z107现态次态/输出x1x2=00 x1x2=01x1x2=11x1x2=10S1S2S3S4S5S6S7S1/0S3/1S3/1S1/0S6/1S6/1S1/0S5/1d/dS4/1S4/1S5/1d/d
49、d/dd/dd/dd/dd/dd/dd/dd/dS2/1S2/1d/dd/dd/dS7/1S7/1原始状态表108（2）状态化简。表中状态和输出都存在无关项，这是一个不完全给定的状态表，可利用相容的概念进行化简。由表可见，S2和S3，S4和S7，S5和S6是相容状态，可以合并。这样就得出最小化状态表如下表所示。现态次态/输出x1x2=00 x1x2=01 x1x2=11x1x2=10S1S2S4S5S1/0S2/1S1/0S5/1S5/1S4/1S4/1S5/1d/dd/dd/dd/dS2/1S2/1S4/1S4/1109（3）状态分配。由以上分析可知本电路有4个状态，所以触发器个数n2，状态
50、分配为S100，S201，S411，S510。Q2Q1Q2n+1 Q1n+1/Zx1x2=00 x1x2=01 x1x2=11 x1x2=100001111000/001/100/010/110/111/111/110/1d/dd/dd/dd/d01/101/111/111/1最小化二进制状态表最小化二进制状态表 110（4）选择触发器类型，确定其激励函数和输出函数Z。画出两个触发器的次态卡诺图及输出Z的卡诺图。000111100001d10111d11101d11011d1000111100000d10111d11101d11000d1000111100001d00101d01101d110