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数字电路与系统

数字电路与系统. 第六章、时序逻辑电路 Part 5. 第六章 @ 第五版 习题. 第五版 6.3; 6.5; 6.6; 6.7 6.33; 6.35 6.9; 6.10; 6.12; 6.11 6.16; 6.19; 6.22; 6.28; 6.29. 第六章 时序逻辑电路. §6.1 时序逻辑电路的分析方法 §6.2 时序逻辑电路的设计方法 §6.3 常用时序逻辑电路 计数器（同步 / 异步） 任意进制计数器的构成方法 移位寄存型计数器（“环形计数器”） 寄存器 序列信号发生器. §6.3 常用时序逻辑电路.

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Presentation Transcript

  1. 数字电路与系统 第六章、时序逻辑电路 Part 5

  2. 第六章@第五版 习题 第五版 • 6.3; 6.5; 6.6; 6.7 • 6.33; 6.35 • 6.9; 6.10; 6.12; 6.11 • 6.16; 6.19; 6.22; 6.28; 6.29

  3. 第六章 时序逻辑电路 §6.1 时序逻辑电路的分析方法 §6.2 时序逻辑电路的设计方法 §6.3 常用时序逻辑电路 计数器（同步/异步） 任意进制计数器的构成方法 移位寄存型计数器（“环形计数器”） 寄存器 序列信号发生器

  4. §6.3 常用时序逻辑电路 Part 04 • 计数器 • 同步计数器 • 十六进制加法/减法/可逆计数器 • 十进制加法/减法/可逆计数器 • 异步计数器 • 移位寄存型计数器（“环形计数器”）—— 环形 和 扭环型 • 寄存器 • 序列信号发生器 • 计数器和译码器构成 说明：译码器的构成包括：门电路/译码器/数据选择器/存储器 • 移位寄存器和反馈逻辑构成 • 特例：移位寄存型计数器 —— 环形和扭环型，自启动设计 • 应用 • 顺序脉冲发生器，小m序列发生器…… Part 05

  5. §6.3.2寄存器 • 数码寄存器 • 具有接收和寄存二进制数码的逻辑功能 • 用n个触发器就可以存储n位二进制数 • 功能表

  6. §6.3.2寄存器 • 单向移位寄存器 • 移位寄存器 • 数码移动状况

  7. S0 §6.3.2 寄存器 • 双向移位寄存器74194

  8. §6.3.2 寄存器 • 移位寄存器扩展 • 8位双向移位寄存器

  9. 第五版 书中例题[例6.3.1] t4-时刻… §6.3.2 寄存器 • 对于给定的CP1 ,CP2， Y=8M+2N

  10. §6.3.3 序列信号发生器 • 序列信号 • 时钟脉冲作用下，一串特定的串行数字信号， • 或者，一组相互关联并行的多串“序列”信号 • 用途 • 数字编码信号的传输、测试 和 编码/解码 • 方法 • 计数器+译码 • 译码的实现：门电路组合逻辑/译码器/数选/存储器 • 移位寄存器+反馈逻辑

  11. 输出 §6.3.3.1 序列信号发生器 —— 计数译码型 • 用计数器和数据选择器设计的序列信号发生器 例12：产生序列信号 { 0001 0111 } 解： • 确定方案： • 八进制计数器，3位计数值译码 • 选择计数器： • 3位二进制计数器以上， • 如：加法，自然二进制编码。 • 选择译码器： • 例如：本例，采用数据选择器 • 注意：本例中数选器输出为反逻辑

  12. §6.3.3.1 序列信号发生器 —— 计数译码型 产生序列信号 0001 0111 思考：这里的数据选择器是否大材小用？

  13. 由于触发器反转有先后而产生的竞争——冒险，如001010由于触发器反转有先后而产生的竞争——冒险，如001010 §6.3.3.1 序列信号发生器 —— 计数译码型 • 应用：顺序脉冲发生器 实现1 异步计数器 思考：同步计数器会不会产生译码的竞争冒险？

  14. §6.3.3.1 序列信号发生器 —— 计数译码型 • 应用：顺序脉冲发生器——实现2 “It’s unfair!”——实际上同步计数器中的触发器由于制造差异，翻转时刻也会有差别。——如果严格要求，可用格雷码计数器。或者…

  15. §6.3.3.1 序列信号发生器 —— 计数译码型 • 应用：顺序脉冲发生器——实现3 4位扭环型计数器 • 请注意扭环计数器的输出序列 • 注意：译码也进行了逻辑化简 • 根据有效循环译码

  16. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 所谓“一般结构的移位寄存器型计数器” • 电路结构 驱动/状态方程： 其它的驱动/状态方程都是：

  17. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 反馈移位型序列信号发生器的分析 • 分析步骤 • 根据反馈逻辑电路（组合逻辑）写出第0级D触发器的驱动方程（状态方程）； • 求出Q0的次态Q0n+1； • 根据Q0n+1，确定当前状态{Qn-1,…,Q2Q1Q0}的次态； • 画（列）出状态转换图（表）； • 判定电路功能。

  18. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 例13：分析下列反馈移位型序列信号发生器的功能

  19. 步骤3. 步骤4. Q0n+1 Q2n+1Q1n+1Q0n+1 0 0 1 0 1 0 … … §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 例13： （续） 解： 步骤1. 步骤2. 步骤5. 序列发生器，周期为8

  20. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 例14：分析下列时序逻辑电路的功能

  21. (Q3Q2Q1Q0) 0001 0011 1001 0100 0000 0010 1000 0111 1011 0101 1110 1111 1010 1101 0110 1100 §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 答案： (Q0Q1Q2Q3) 教材 五p308

  22. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 反馈移位型序列信号发生器的设计 • 设计步骤： • 决定寄存器的阶数 • 按照移位规则列出状态转换表，可以得出每个当前状态对应的反馈输入 • 写出反馈方程并进行逻辑化简 • 连接电路

  23. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 反馈移位形序列信号发生器的设计 步骤1.确定线性移位寄存器的阶数（D触发器的个数） 准则：序列长度为n，寄存器个数至少 准则：仅以上面提到的寄存器个数，并不是所有的输出序列都可以用“反馈型”实现，要求——在一个周期内状态编码不能重复。 如：11001101 ; 11100101（用3个不可以） 如：0001 0011 0101 111; （用4个可以） 0 0 1 1

  24. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 通过案例理解反馈移位型序列信号发生器的设计过程—— 例15：设计一个序列信号发生器，在时钟脉冲作用下，可以串行地依次输出 {1111 0101 1001 000} 解： 步骤1：检查——可用_4_个寄存器构成； 选定触发器—— Q3 Q2 Q1 Q0 步骤2,3： 注意：D0=1的时候所对应的最小项；这些最小项的和构成反馈方程。

  25. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 例15： （续） 以 { 1111 0101 1001 000 } 为例 14 10 8 5 1 3 7 12

  26. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 例15： （续） 步骤3：反馈方程化简 步骤4：画电路图

  27. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 线性 反馈移位寄存器型 序列信号发生器 • 例如：例15中的反馈方程（D0的驱动方程）又可以写成： • 定义 • 反馈逻辑是模2加（异或）的电路。如： • 特性 • 电路 与 某种代数结构等效 • 应用：序列码组有很好的性能——通信编码、检测、自动控制 域上多项式 之 （既约的）本原多项式

  28. Q0 Q1 Q3 Q2 1D 1D 1D 1D CI CI CI CI Q3 Q0 Q1 Q2 §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 最大长度线性移位寄存器 长度：2n-1 例如：[例15]中 0 1 2 3 CP 1

  29. Q1 Q4 Q0 Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 1D 1D 1D 1D 1D 1D 1D 1D =1 CI CI CI CI CI CI CI CI Q2 Q3 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 Q1 §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 最大长度线性移位寄存器 长度：2n-1 例如：[例15]中 为了与多项式的幂次对应，改为 (Q4Q3Q2Q1) 1 0 1 2 3 2 4 3 CP CP 2

  30. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 最大长度线性移位寄存器 • 应用：小m序列 • 什么样的反馈方程可以生成 这种序列？ • 答：反馈方程所对应的 多项式由多项式的代数结构决定。

  31. Q3 Q1 Q4 Q2 1D 1D 1D 1D CI CI CI CI Q1 Q2 Q3 Q0 C1 C2 C3 C4=1 1 2 3 4 CP 说明：为了与多项式的幂次相呼应，这里状态从Q1开始 四阶的本原多项式 x4+x3+1 x4+x+1 • 域上多项式 小m序列——（既约的）本原多项式

  32. §6.3.3.2 序列信号发生器 —— 反馈移位型 • 线性反馈移位寄存器序列 的用途 • 用途一：信道（纠错、检错）编码 • 码多项式 • 线性分组码 • 循环码（前者中的一种，1957 Prange） • (7,3)码 线移； (6,3)码 移位 • 用途二：码元同步 • 自相关 • 用途三：扩频通信、码分多址 • 小m序列：地址码、扩频码 • 其它扩频码（如Gold序列）也与小m序列有一定的联系

  33. ? … ? 课程信息 • 教师：李峭 • 新主楼 F-710 • e-Mail: liqbuaa@ee.buaa.edu.cn（可预约答疑） • 电话: 8233.8894分机803 • 助教 • 21班：李铮 （新主F-711） • 22班：尚文轩 （同上） • 23班：杨洁 （同上） • 周三下班之前，交上一周作业

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