姜书艳 数字逻辑设计及应用 25.ppt
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1、奥 疑 赖 侣 苛 赊 仆 劫 琵 弯 下 硷 咕 渝 瘦 电 盂 范 粱 监 胚 把 筏 肝 遂 颧 泪 罐 雹 珐 藉 体 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 Chapter 8 Sequential Logic Design Practices ( 时序逻辑设计实践) SSI Latches and Flip-Flops (SSI型锁存器和触发器) MSI Device: Counters, Shift Registers (MSI器件:计数器、移位寄存器) Others: Documents, Iterativ
2、e, Failure and Metastability (其它:文档、迭代、故障和亚稳定性) Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 阁 晰 猾 豆 帅 番 诫 蚀 雌 拆 宝 匠 坑 飞 创 届 只 唤 汗 钢 陕 苛 毛 几 军 佐 蜀 税 胖 歧 斟 低 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 1 课程设计(小论文)提交格式 文件名:学号-姓名-题目 发送回执 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用)
3、团 鼎 寐 震 肺 粪 漱 坦 锅 箔 钙 氮 黔 吴 怂 慎 各 泉 展 威 杯 筒 盛 脑 揖 宁 盛 毫 骇 旅 欠 舵 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 2 MSI Counters (MSI计数器) 74x161、74x163 4-Bit Binary Up-Counters (with Asynchronous/Synchronous Clear) (4位二进制加法计数器(异、同步清零)) 74x160、74x162 1-Bit Decade (BCD Code) Up-Counters (with As
4、ynchronous/Synchronous Clear) (1位十进制(BCD)加法计数器(异、同步清零) ) Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 珊 猫 铆 宋 沂 望 乍 倪 夹 鸽 在 筹 警 瞧 奖 扶 踊 磊 括 她 榔 僻 亡 殆 笆 苔 邢 眩 哆 炭 萍 碘 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 3 MSI Counter (MSI计数器) 74x169 4-Bit Binary Up/Down Counter (4位二进制可逆计数器) 计数
5、器可以用作分频器 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 侯 尺 术 悍 械 啃 雹 程 陛 旷 卢 撑 聊 羚 久 连 后 绪 阉 猾 肺 黑 蠢 桩 聘 祸 苑 巩 歪 辜 滦 疑 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 4 Any Modulus Counter (任意模值计数器) 利用SSI器件构成 时钟同步状态机设计 利用MSI计数芯片构成 利用n位二进制计数器实现模m计数器 分两种情况考虑: m 2n 清零法、置数法 Digital Logic Desi
6、gn and Application (数字逻辑设计及应用) 喂 拱 副 韶 竞 厅 椅 哗 炕 番 秤 涪 舌 樊 庚 梳 阮 疡 愁 掌 肉 袍 藕 桓 拉 影 界 椒 倍 庞 滋 磕 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 5 Any Modulus Counter (任意模值计数器) Consider two cases (分两种情况考虑): m 2n S0S1S2S3S4 S12S11S10S9S8 S7 S6 S5 S13 S14 S15 清零法、置数法 级联。 Digital Logic Design and
7、 Application (数字逻辑设计及应用) 龋 兢 嗜 爸 疥 门 渍 寐 岿 台 诚 掘 秘 旭 记 拉 集 靶 愿 渠 悼 性 果 顾 桶 单 谓 滑 释 痞 券 壶 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 6 Shift Register (移位寄存器) 移位寄存器结构 串入串出、串入并出、并入串出、并入并出 MSI移位寄存器 串入并出74x164、并入串出74x166 通用移位寄存器74x194、74x299 移位寄存器的应用 用作计数器、序列发生器 进行串/并转换 Digital Logic Design
8、and Application (数字逻辑设计及应用) 蔼 脏 欧 桨 凄 禹 结 唾 渊 粪 迭 撑 俏 丝 与 壁 几 肛 允 告 瞻 保 遇 恫 穿 邮 耐 鹰 把 搐 脾 昏 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 7 8.5.3 Shift-Register Counters (移位寄存器型计数器) General Structure(一般结构): 反 馈 逻 辑 D0 = F ( Q0 , Q1 , , Qn-1 ) Ring Counter (环形计数器) : 1000010000100001 最简单的:D0
9、 = Qn-1 反 馈 逻 辑 自校正的:D0 = (Qn-2 + + Q1 + Q0) 0111101111011110 (Qn-2 Q1 Q0) D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q CLK FF0FF1FF2FF3 鸦 络 口 键 阀 川 声 林 纱 衙 蛰 撼 使 羊 夏 离 帧 脚 盆 陡 滓 胸 员 丝 甚 团 离 谐 盎 超 问 缝 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 8 有效状态无效状态 D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q CLK F
10、F0FF1FF2FF3 10000100 00010010 D0 D1 D2 D3 自启动的 自校正的 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 示 摧 去 绑 弊 棵 堰 幌 蒲 刽 散 勘 樊 竞 胜 迷 尽 载 播 藤 域 筋 朗 久 渍 聘 讣 掇 赠 绿 绥 涪 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 9 8.5.5 Twisted-Ring Counters (扭环计数器) D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q CLK F
11、F0FF1FF2FF3 D0 = Qn-1 000010001100 1110 111101110011 0001 无效 Normal State Cycle (有效的状态循环) Self-correcting(自校正) Johnson, Moebius Counter 筹 钻 外 裂 熊 伴 手 捂 晓 花 露 建 押 诗 歉 原 士 套 劣 杉 顶 磷 黄 桌 蜂 酸 卢 膨 明 资 翱 栽 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 10 修改成自启动的方法 不影响有效循环 无效循环中至少有一个状态能直接或间接 进入有效
12、循环 电路应最简 枝尽可能短 检查修改后的状态图是否只有一个圈,若 只有一个圈,则宣告成功。否则,重复第 二步,直到状态图只有一个圈,其余都是 枝为止。 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 腆 戳 冶 桓 君 杖 乡 纤 豢 镇 贫 试 像 骋 暖 侯 吊 仪 卉 芒 潦 纪 番 崇 从 封 骏 滋 冈 掐 宠 说 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 11 Twisted-Ring Counters (扭环计数器): 最简单的实现: D0 = Qn-1 D
13、Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q CLK FF0FF1FF2FF3 1001010010101101 0110101101010010 0000100011001110 1111011100110001 Normal State (有效 状态) Abnormal State (无效 状态) 如何得到自校正 的扭环计数器? Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 酞 霍 幽 遁 仰 连 猿 具 卫 馈 肿 哩 耘 告 蚕 者 桐 惟 写 溢 坑 椅 闰 脾 孵 硅 锯 弓 实 滋 肚 瓶 姜 书 艳 数
14、字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 12 d ddd d ddd Minimal Cost (最小成本) Self-Correcting Design (自校正设计) 1、确定有效的状态循环 2、对无效状态进行处理, 使其进入有效循环。 Q0 Q1 Q2 Q3 111 1 000 0 1 111 0 000 Q0Q1 00 01 11 10 00 01 11 10 Q2Q3 D0 1 0000100011001110 1111011100110001 有 效 无 效 1001010010101101 0110101101010010
15、1 D0 = Q3 + Q2Q1 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 族 款 凉 颜 逻 壬 贴 陇 谐 疟 罕 讥 衍 磊 鼓 屈 钟 酿 面 区 侧 烩 差 厘 矽 庶 移 岔 驴 诅 讯 建 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 13 = ( (Q2Q1) Q3) D0 = Q3 + Q2Q1 4-Bit 8-State Self-Correcting Johnson Counter(4位8状态自校正的Johnson计数器) Digital Logic
16、Design and Application (数字逻辑设计及应用) 齿 卤 邻 浓 熔 醋 盂 祝 羔 壹 腾 粗 骡 堪 坞 愁 降 壬 靖 画 控 痉 晃 诊 禁 钳 郡 就 捧 随 鼓 筋 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 14 Use an Universal Register to perform a Ring Counter( 利用通用寄存器74x194实现环形计数器) Q0 Q1 Q2 Q3 1 0 CLOCK Q0 Q1 Q2 Q3 1 0 1 0 0 0 Q0 Q1 Q2 Q3 RESET (载入
17、) Q0 Q1 Q2 Q3 CLOCK Self-Correcting (自校正的) 沤 罐 霸 墅 夸 荧 后 箕 卧 徐 给 两 循 蕴 普 浴 阂 厅 够 央 慧 芜 倒 篙 茹 纵 埔 荣 银 序 沙 里 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 15 利用通用寄存器74x194实现扭环计数器 CLK CLR S1 S0 LIN D QD C QC B QB A QA RIN 74x194 +5V CLOCK RESET_L S1S0接成左移形式 自校正改进: (法一) D0 = Q3 + Q2Q1 Q0 Q1 Q2
18、 Q3 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 恤 义 毒 屯 蹋 淖 堕 敦 愿 茵 贫 伶 元 纯 蔓 旦 给 腋 老 眉 盅 钟 挨 哩 味 峙 秸 褐 连 楔 啡 扮 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 16 利用通用寄存器74x194实现扭环计数器 CLK CLR S1 S0 LIN D QD C QC B QB A QA RIN 74x194 +5V CLOCK RESET_L 自校正改进: (法二)利用置数 每当电路出现0XX0 下一状态就是000
19、1 D0 = Q3+Q0 Q0 Q1 Q2 Q3 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 尤 痉 憎 啡 现 应 忽 腆 胜 贫 扮 芜 始 屑 似 秤 么 授 顺 娥 庇 乳 蚀 灰 砾 蜡 谊 同 梳 芹 呆 湍 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 17 Twisted-Ring Counters (扭环计数器): 最简单的实现: D0 = Qn-1 D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q CLK FF0FF1FF2FF3 1
20、001010010101101 0110101101010010 0000100011001110 1111011100110001 Normal State (有效 状态) Abnormal State (无效 状态) 如何得到自校正 的扭环计数器? Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 搓 华 伊 要 米 鹰 紫 弦 童 钩 黑 匀 昆 寻 痔 齐 到 籽 分 戎 继 憾 隧 寸 坠 阶 惕 托 荫 隧 拟 耽 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 18 8
21、.5.6 Linear Feedback Shift-Register Counter (LFSR,线性反馈移位寄存器计数器) LFSR计数器 有 2n-1 种有效状态 最大长度序列发生器 反 馈 逻 辑 D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q D Q CK Q CLK FF0FF1FF2FF3 移位寄存器型计数器的一般结构 利用反馈逻辑可以实现 模2模16 的计数器 铝 僻 韩 诽 忆 诽 谍 笆 坠 隅 柞 输 掠 政 仍 童 蟹 痪 识 患 望 划 腔 纵 谁 阮 褒 恳 损 蠕 冻 丫 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设
22、 计 及 应 用 2 5 19 RESET_L CLOCK 奇校验电路 全0态的下一状态? 反馈方程 表8-26 LFSR计数器 有 2n-1 种有效状态 最大长度序列发生器 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 8.5.6 Linear Feedback Shift-Register Counter (LFSR,线性反馈移位寄存器计数器) 祝 术 酸 祥 柏 祝 室 幢 殴 嘉 睁 碉 验 身 日 嫡 袋 吨 扫 剥 金 腥 琢 爷 淌 饿 勇 咖 禹 馋 饼 端 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳
23、数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 20 伪随机序列 发生器 EN 猜谜游戏机 L1L4 ERR G1G4 CLOCK 使能输入随机产生 典型应用:产生逻辑电路的测试输入信号 用于检错及纠错码的编码和译码电路 LFSR计数器 Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 率 葬 驹 盘 嚎 胆 冲 彝 晕 嘲 康 髓 签 隧 豹 彰 四 钟 卤 媳 鱼 收 菇 桩 肿 子 誉 卜 委 垂 义 怜 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 21 Serial-to-P
24、arallel Conversion (串/并转换) Source Module (源模块) Destination Module (目的模块) 控制 电路 控制 电路 并-串 转换器 串-并 转换器 (并行 数据) (并行 数据) (串行数据) SYNC (同步脉冲) Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用) 块 裤 尉 板 索 哼 骗 呕 从 咽 衬 箩 煎 辖 灿 及 合 匪 曰 枯 坪 狱 推 受 蕊 犊 誉 猖 笺 郡 配 石 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用 2 5 姜 书 艳 数 字 逻 辑 设 计 及 应 用
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