第四节时序逻辑电路设计 无论是组合电路,还是时序电路,其电路设计的宗 旨是一样的:在达到功能要求的前提下,使电路最稳定 最简单。 时序逻辑电路的设计思路是:针对某一给定逻辑要 求,选择几个逻辑状态(越少越好)来描述它,再用某 种类型的触发器来实现这一逻辑功能
第四节 时序逻辑电路设计 无论是组合电路，还是时序电路，其电路设计的宗 旨是一样的：在达到功能要求的前提下，使电路最稳定、 最简单。 时序逻辑电路的设计思路是：针对某一给定逻辑要 求，选择几个逻辑状态（越少越好）来描述它，再用某 种类型的触发器来实现这一逻辑功能
时序逻辑电路设计的一般步骤 根据设计要求设定 确定各触发器 若干状态、建立状 输入的连接及 态表 输出电路 状态化简、分配 NO 是否最佳? 用编码表示 给各个状态 YES 选择触发器 设计完成 的形式
一、时序逻辑电路设计的一般步骤 根据设计要求设定 确定各触发器 若干状态、建立状 输入的连接及 态表 输出电路 状态化简 、分配 NO 是否最佳 ？ 用编码表示 给各个状态 YES 选择触发器 设计完成 的形式
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计: 书例79一个串行输入序列的检测电路,要求当序 列连续出现4个“1”时,输出为1,作为提示。其他情 况输出为0。 如果不考虑优化、最佳,以我们现有的知识可以很 容易解决: Z D Q D Q D Q RD CP
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计： 书例7-9 一个串行输入序列的检测电路，要求当序 列连续出现 4 个“1”时，输出为 1，作为提示。其他情 况输出为 0。 如果不考虑优化、最佳，以我们现有的知识可以很 容易解决： Z X D Q D Q D Q D Q 0 1 2 3 /RD CP
如果没要求最优化设计,上述电路就可以了。通常 我们为了节省设计时间,想出一种设计方案能够完成设 计要求就适可而止了。 但如果要求实现最优化设计,比如大批量应用的电 路、功耗要求苛刻的场合,我们就要把电路加以优化, 以降低成本、降低功耗。 下面我们就按照一个标准的设计步骤,完成这个设 计。 第一步:建立原始状态图和状态表 根据题意,我们需要记忆前三个状态,如果是全1, 则新的输入如果为1,就满足“连续四个1”的条件 输出为1。 设输入序列为X,输出为Z。前三个状态的组合为:
如果没要求最优化设计，上述电路就可以了。通常 我们为了节省设计时间，想出一种设计方案能够完成设 计要求就适可而止了。 但如果要求实现最优化设计，比如大批量应用的电 路、功耗要求苛刻的场合，我们就要把电路加以优化， 以降低成本、降低功耗。 下面我们就按照一个标准的设计步骤，完成这个设 计。 第一步：建立原始状态图和状态表 根据题意，我们需要记忆前三个状态，如果是全 1 ， 则新的输入如果为 1 ，就满足“连续四个 1 ”的条件， 输出为 1 。 设输入序列为 X ，输出为 Z 。前三个状态的组合为：
000100010110001101011111 表示为: A F G H 0/Q A Mas X/Z 1/0 /0 0/ B 1/3 2 0/01/0 1/ e/9 E)()x /1 6/9 0/a 图742“例7-9原始状塑
000 100 010 110 001 101 011 111 表示为： A B C D E F G H
表74-1例7-9原始状态表 N(4) Z() S( X X X BC EFG XACEGACB0 BDFHBDF 00000000 00000001 H
第二步:状态简化 前面我们根据前三位可能的所有组合,设定了8个 状态A~H,其实仔细分析一下,根本用不了这么多状态 我们可以从Z=1的可能性大小的角度,将状态简化为 4个状态: a b d A000 B100 D110 H111 C010 F101 E001 G011 前途渺茫有点可能较有希望特有希望 这说明通过寻找内在规律,可以达到化简的目的
第二步： 状态简化 前面我们根据前三位可能的所有组合，设定了 8 个 状态A ~ H，其实仔细分析一下，根本用不了这么多状态。 我们可以从Z=1的可能性大小的角度，将状态简化为 4 个状态： a b c d A 000 B 100 D 110 H 111 C 010 F 101 E 001 G 011 前途渺茫 有点可能 较有希望 特有希望 这说明通过寻找内在规律，可以达到化简的目的
刚才我们采用倒叙的方法,直接给出了化简的结果 但这个化简过程是根据我们发现的“可能性大小”的规 律完成的,带有一定的偶然性,如果我们没有发现什么 规律,就一定不能简化了吗? 因此,我们要找到一种科学严谨的方法,按部就班 地进行化简 首先,我们先讲几个概念 完全描述状态转移表 如果状态转移表中,在所有输入条件下,均有明确 的状态转移和输出,则称为~。本例既是) 非完全描述状态转移表 如果状态转移表中,有些输入条件下,次态或输出 不确定,是任意的,以X表示,则称为~
刚才我们采用倒叙的方法，直接给出了化简的结果。 但这个化简过程是根据我们发现的“可能性大小”的规 律完成的，带有一定的偶然性，如果我们没有发现什么 规律，就一定不能简化了吗？ 因此，我们要找到一种科学严谨的方法，按部就班 地进行化简。 首先，我们先讲几个概念： 完全描述状态转移表 如果状态转移表中，在所有输入条件下，均有明确 的状态转移和输出，则称为 ~ 。 （本例既是） 非完全描述状态转移表 如果状态转移表中，有些输入条件下，次态或输出 不确定，是任意的，以X表示，则称为 ~
定理:在完全描述状态转移表中,如果两个状态 等价”,则可以合并为一项。 那么,什么叫等价呢? 等价有两个条件 1)在所有输入条件下,两状态对应的输出完全相等。 本例除H状态外,均可满足这一条件。 (2)在所有输入条件下,两状态的状态转移效果完全 相同 那么,什么叫转移效果相同呢?有三种可能: (1)在所有输入条件下,两个状态的下一状态 对应相同。(如本例的A和E、B和F)
定理： 在完全描述状态转移表中，如果两个状态 “等价”，则可以合并为一项。 那么，什么叫等价呢？ 等价有两个条件： （1）在所有输入条件下，两状态对应的输出完全相等。 本例除H状态外，均可满足这一条件。 （2）在所有输入条件下，两状态的状态转移效果完全 相同。 那么，什么叫转移效果相同呢？ 有三种可能： （1）在所有输入条件下，两个状态的下一状态一一 对应相同。（如本例的A和 E、 B和F）
(2)在有些输入条件下,虽然状态转移的下一状态不同, 如S1→S3,S2→S4;如果S3和S4是等价的,则 也转移效果相同。这里S3与s4等价是S1与S2等价的隐 含条件。 本例中A、C的转移效果就是相同的 X=1 X=0 A→B A→A 因为B、F等价 C→F C→E A、E等价 (3)在有些输入条件下,(S1和S2)与(S3和S4)互为 等价的隐含条件,则S1、S2转移效果相同;S3、S4转移 效果相同。 本例没有这种情况
（2）在有些输入条件下，虽然状态转移的下一状态不同， 如 S1 S3， S2 S4；如果S3 和 S4 是等价的，则 也转移效果相同。这里S3 与 S4 等价是 S1与 S2等价的隐 含条件。 本例中 A、C的转移效果就是相同的： X=1 X=0 A B A A 因为B、F等价 C F C E A、E等价 （3）在有些输入条件下，（S1和S2）与（S3和S4）互为 等价的隐含条件， 则S1、S2转移效果相同；S3、S4转移 效果相同。 本例没有这种情况