同步時序電路設(shè)計方法研究

余輝晴

寧波工程學(xué)院，浙江寧波 315016

同步時序電路設(shè)計是根據(jù)給定的任務(wù)設(shè)計出符合要求的邏輯電路。同步時序電路設(shè)計的一般步驟如下。

1）根據(jù)設(shè)計要求畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。

2）根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖寫出狀態(tài)方程和驅(qū)動方程。

3）根據(jù)驅(qū)動方程畫出邏輯電路圖。

1 通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換表對同步時序電路進行設(shè)計

以同步四進制加法計數(shù)器為例。

1.1 根據(jù)設(shè)計要求畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

（00）→（01）→（10）→（11）→（00）

1.2 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

表1 同步四進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

1.3 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表寫出狀態(tài)方程

將表1同步四進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表分解為1號觸發(fā)器和0號觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表寫出觸發(fā)器的狀態(tài)方程，并將狀態(tài)方程改寫成標準形式。

1.4 根據(jù)狀態(tài)方程寫出驅(qū)動方程

將各觸發(fā)器標準狀態(tài)方程與JK觸發(fā)器狀態(tài)方程對比，可得各觸發(fā)器驅(qū)動方程。

1.5 根據(jù)驅(qū)動方程畫出邏輯電路圖

根據(jù)驅(qū)動方程，采用JK觸發(fā)器設(shè)計的同步四進制加法計數(shù)器電路圖如圖1所示。

2 通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖對同步時序電路進行設(shè)計

以同步六進制加法計數(shù)器為例。

2.1 根據(jù)設(shè)計要求畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

（000）→（001）→（010）→（011）→（100）→（101）→（000）

圖1 同步四進制加法計數(shù)器電路圖

2.2 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖

由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可畫出總的狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖，然后將其分解為2號觸發(fā)器、1號觸發(fā)器和0號觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖。為了直接得到觸發(fā)器狀態(tài)方程標準形式，對各觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖按0區(qū)和1區(qū)進行卡諾圖畫簡。

圖2 同步六進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖

2.3 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖寫出狀態(tài)方程

由各觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖寫出其狀態(tài)方程，并將狀態(tài)方程改寫成標準形式。

2.4 根據(jù)狀態(tài)方程寫出驅(qū)動方程

將各觸發(fā)器標準狀態(tài)方程與JK觸發(fā)器狀態(tài)方程對比，可得各觸發(fā)器驅(qū)動方程。

2.5 根據(jù)驅(qū)動方程畫出邏輯電路圖

根據(jù)驅(qū)動方程，采用JK觸發(fā)器設(shè)計的同步六進制加法計數(shù)器電路圖如圖3所示。

圖3 同步六進制加法計數(shù)器電路圖

3 通過Multisim對同步時序電路進行仿真

對所設(shè)計的同步六進制加法計數(shù)器進行Multisim仿真。

3.1 創(chuàng)建電路

以JK觸發(fā)器作記憶元件，三個JK觸發(fā)器從左至右依次為Q1、Q2、Q3，使能端接5V電源，選方波發(fā)生器做時鐘脈沖信號，方波信號頻率設(shè)置為10kHz，創(chuàng)建如圖3所示同步六進制加法計數(shù)器電路。

3.2 觀測計數(shù)器輸出波形

將三個JK觸發(fā)器的輸出Q接在邏輯分析儀上，以測試各觸發(fā)器的輸出。電路的輸出波形如圖4所示。由輸出波形可以看出Q3Q2Q1的狀態(tài)按000、001、010、101、110、101循環(huán)，構(gòu)成的是六進制同步計數(shù)器。

通過上述分析可以看出，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換表對同步時序電路進行設(shè)計比較清晰，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖對同步時序電路進行設(shè)計比較方便，通過Multisim對同步時序電路進行仿真比較直觀。

圖4 同步六進制加法計數(shù)器電路仿真輸出波形

[1]賈立新.數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

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