北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（数字集成电路原理与设计）chap5-4 第五章 数字集成电路中的基本模块 5.4 时序模块电路

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1 第五章 数字集成电路中的基本 模块 5.4 时序模块电路 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 同步时序电路设计方法 I状态转换设计 ■1.分析功能需求→状态转换图或状态转移/输出表 2化简状态→状态转移/输出表 I逻辑状态转换设计 3.状态赋值→转移/输出表 ■4选择存储元件(DFF,JKFF,)→激励表/输出表 5激励表/输出表→卡诺图 II电路综合 6卡诺图→激励方程/输出方程 7激励方程/输出方程→激励逻辑电路/输出逻辑电路 8.激励逻辑电路/输出逻辑电路→时钟同步状态机总电路图

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Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation System Timing constraints Inputs Outputs Combinational Logic Current Next State State clock T(clock period) + t 十

3 System Timing Constraints Combinational Logic clock Outputs Next State Current State Inputs T  tc-q + tplogic + tsu T (clock period) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation Pipelining CLK )+l---hh CLK CLK CLK CLK CLK CLK Reference Clock Adder Absolute Logarithm Pipelined Period Value a1+b1 2 a2+b21a1+b1 3吗+b32+b2g+1D 4 a4+64 1a3+b3l log(a2+D2D 5 as+ b5 a4+b4 log(3+ b3D

4 Pipelining REG REG REG log a CLK CLK CLK Out b REG REG REG log a CLK CLK CLK REG CLK REG CLK Out b Reference Pipelined Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 时序模块电路 ■和移位寄存器 计数器

5 时序模块电路  移位寄存器  计数器 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 移位寄存器 ■对数据进行移位操作和寄存的功能部件 移位方式:左移、右移 数据的输入或输出方式: 串入一串出 串入一并出 并并 入一串出 并出

6 移位寄存器  对数据进行移位操作和寄存的功能部件  移位方式：左移、右移  数据的输入或输出方式 ：  串入—串出  串入—并出  并入—串出  并入—并出 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

nerated by Foxit PDF Creator@ Foxit Softy /. foxitsoftware com For evaluation 串入一串出移位寄存器 对数据进行短暂寄存——采用动态电路 ck ck ■k=1,数据以反码形式暂肘存储在A点 ■ck=0,A点数据反相后送到输出端 n位的串入一串出移位器,输入信号延迟n个时钟周期后输出

7 串入—串出移位寄存器  对数据进行短暂寄存 ——采用动态电路  ck=1，数据以反码形式暂时存储在A点  ck=0，A点数据反相后送到输出端 n位的串入—串出移位器，输入信号延迟n个时钟周期后输出 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

nerated by Foxit PDF Creator@ Foxit Software I//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 串入一串出移位寄存器 采用动态电路 ■优点;电路形式简单,面积小,速度快 ■缺点:数据寄存肘间短暂,可靠性差 ■用D触发器构成单向串入一串出移位寄存器 D ck Dck ck Dck

8 串入—串出移位寄存器  采用动态电路  优点：电路形式简单，面积小，速度快  缺点：数据寄存时间短暂，可靠性差  用D触发器构成单向串入—串出移位寄存器 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

nerated by Foxit PDF Creator@ Foxit Software I//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 串入一并出移位寄存器 下排D触发器:实现数据串行输入及移位 Q203Q4 上排D锁存器: 14)(13)12)(1 S=0 处于保持状态 04四 S=1 (9 输入端教据送"國叶叶叶叶叶以四叶+> 至三态缓冲器 ■三态缓冲器 ■E=0,输出处于高阻态 ■E=1,允许数据并行输出

9 串入—并出移位寄存器  下排D触发器：实现数据串行输入及移位  上排D锁存器：  S=0， 处于保持状态  S=1 ， 输入端数据送 至三态缓冲器  三态缓冲器  E=0，输出处于高阻态  E=1，允许数据并行输出 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 并入一串出/并入一并出移位 寄存器 在串入一串出移位器基础上,在每个D触发器的 输入端增加两个传输门,分别控制串行和并行的 输入数据,实现并入一串出 333 串行输入 D D CD 串/并控制 输出端和并行输入端都加入反相器做缓冲 引出每个D触发器的输出,实现并入一并出

10 并入—串出/并入—并出移位 寄存器  在串入—串出移位器基础上，在每个D触发器的 输入端增加两个传输门，分别控制串行和并行的 输入数据 ，实现并入—串出  输出端和并行输入端都加入反相器做缓冲  引出每个D触发器的输出，实现并入—并出 D D D D D D D D Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only