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同步时序逻辑电路设计举例

例如 用j-k触发器作为存储元件,设计一个“101”序列检测器。该电路有一个输入x和一个输出z,当随机输入信号中出现“101”序列时,输出一个1信号。典型输入、输出序列如下。
输入x:0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0
输出z:0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0
解 假定用moore型同步时序电路实现给定功能,设计过程如下。
① 作出原始状态图和状态表
设初始状态为a,根据题意可作出原始状态图如图1所示,原始状态表如表1所示。
图1
表1
现态
次态
输出
z
x=0
x=1
a
b
c
d
a
c
a
c
b
b
d
b
0
0
0
1
② 状态化简
根据化简法则可知,表5.3已是最小化状态表。
③ 状态编码
由于最小化状态表中共有4个状态,故需2位二进制代码表示,即电路中要有2个触发器。设状态变量为y2、y1,根据相邻法的编码原则,可令y2y1的4种取值00、01、10、11分别对应状态a、b、c、d,相应的二进制状态表如表2所示。
表2
现态
y2  y1
次态
输出
z
x=0
x=1
00
01
10
11
0  0
1  0
0  0
1  0
0  1
0  1
1  1
0  1
0
0
0
1
④ 确定激励函数和输出函数
根据表2所示二进制状态表和j-k触发器的激励表,可列出激励函数和输出函数真值表如表3所示。
表3
输入
x
现态
y2 y1
次态
激励函数
j2 k2 j1 k1
输出
z
0
0
0
0
1
1
1
1
0  0
0  1
1  0
1  1
0  0
0  1
1  0
1  1
0  0
1  0
0  0
1  0
0  1
0  1
1  1
0  1
0  d  0  d
1  d  1  d
d  1  0  d
d  0  d  1
0  d  1  d
0  d  d  0
d  0  1  d
d  1  d  0
0
0
0
1
0
0
0
1
用卡诺图对表3中的激励函数和输出函数化简后,可得到其最简表达式如下:
⑤ 画逻辑电路图
根据输出函数和激励函数表达式,可画出“101”序列检测器的逻辑电路图如图2所示。
图2
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