《刘真全套配套课件数字逻辑与工程设计 chp4 5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《刘真全套配套课件数字逻辑与工程设计 chp4 5（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 第五讲常用同步时序逻辑电路第五讲常用同步时序逻辑电路 第四章 同步时序电路第四章 同步时序电路 Synchronous Sequential Circuit 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 4 4 常用同步逻辑电路4 4 常用同步逻辑电路 一 寄存器一 寄存器 用来寄存二进制数码的逻辑电路 一般由 触发器构成 用来寄存二进制数码的逻辑电路 一般由 触发器构成 作用 1 寄存数码作用 1 寄存数码CP信号CP信号 2 清除数码 2 清除数码加置加置 0 0 输入端输入端 3 接收数码
2、3 接收数码加接收控制端加接收控制端 4 输出数码 4 输出数码加输出控制端加输出控制端 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 一 续 具有移位功能的寄存器一 续 具有移位功能的寄存器 D Di i k k右 右y yi 1i 1 k k左 左y yi 1i 1 k k接 接s si i k k保 保y yi i 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 一 续 寄存器文件一 续 寄存器文件 R0 R1 R2 R7 decoder Din Dout Write Reg Read Reg 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术
3、大学计算机系体系结构教研室 寄存器文件寄存器文件 一个读口 写口的集中式寄存器文件一个读口 写口的集中式寄存器文件 For N arithmetic units the area of the register file grows as N 3 the delay as N 3 2 and the power dissipation as N 3 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 集中式 分布式寄存器文件 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 思考题思考题 给定一个移位寄存器芯片和多路选择器实现四 色彩灯控制 给定一个移
4、位寄存器芯片和多路选择器实现四 色彩灯控制 闪烁顺序部分有规律左移或右移 部分无规律闪烁顺序部分有规律左移或右移 部分无规律 时序电路时序电路 组合逻辑 前提 同一个状态不会 产生两种控制信号 组合逻辑 前提 同一个状态不会 产生两种控制信号 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 二 计数器二 计数器 计数器计数器是用来记录脉冲数目的电路 如计算 机中 指令计数器 乘除计数器等 在一些数 字设备中用作分频 定时等逻辑功能 是用来记录脉冲数目的电路 如计算 机中 指令计数器 乘除计数器等 在一些数 字设备中用作分频 定时等逻辑功能 计数器种类计数器种类 按工作方
5、式分按工作方式分 同步计数器同步计数器 异步计数器异步计数器 按进位制分按进位制分 二进制计数器二进制计数器 非二进制计数器非二进制计数器 按工作特点分按工作特点分 加1计数器加1计数器 减1计数器减1计数器 可逆计数器可逆计数器 环形移位计数器环形移位计数器 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 一 异步计数器 一 异步计数器 当时钟脉冲 计数脉冲 到来时 各触发器不是 同时改变状态 而是从低位到高位依次改变状 态 当时钟脉冲 计数脉冲 到来时 各触发器不是 同时改变状态 而是从低位到高位依次改变状 态 串行进位或行波进位计数器 串行进位或行波进位计数器 1
6、 二进制 模21 二进制 模2i i 异步计数器 异步计数器 2 非二进制异步计数器 不以2i为模 2 非二进制异步计数器 不以2i为模 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 1 二进制 模21 二进制 模2i i 异步计数器 异步计数器 用D触发器构成的模8异步计数器用D触发器构成的模8异步计数器 000 1 CP 00 CP010 CP110 CP001 000 1 CP 00 CP010 CP110 CP001 D触发器触发时机D触发器触发时机 CP 0 1CP 0 1 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 1 23 4
7、 5 6 789 101 23 4 5 6 789 10 CPCP y1y1 y2y2 y3y3 模8计数器时间波形图模8计数器时间波形图 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 1 二进制 模21 二进制 模2i i 异步计数器 续 异步计数器 续 用T触发器构成的模8计数器用T触发器构成的模8计数器 T触发器触发时机T触发器触发时机 CP 1 0CP 1 0 000 1 CP 00 CP010 CP110 CP001 000 1 CP 00 CP010 CP110 CP001 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 2 非二进
8、制异步计数器 不以22 非二进制异步计数器 不以2i i模 模 构成方法 在二进制模2 构成方法 在二进制模2i i计数器基础上 当计到N进制就归0 直接置0法 计数器基础上 当计到N进制就归0 直接置0法 例 六进制加1计数器例 六进制加1计数器 缺陷 各触发器置缺陷 各触发器置 0 0 所需时 间不同 导致计数器工作不可靠 所需时 间不同 导致计数器工作不可靠 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 改进的六进制加1计数器改进的六进制加1计数器 2 非二进制异步计数器 不以22 非二进制异步计数器 不以2i i模 续 模 续 RS触发器RS触发器 数 字 逻
9、 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 二 同步计数器 二 同步计数器 什么是同步计数器 什么是同步计数器 计数脉冲CP同时加到各触发器CP端 当CP到来时 各触发器同时改变状态 计数脉冲CP同时加到各触发器CP端 当CP到来时 各触发器同时改变状态 设计方法 设计方法 与一般同步时序网络相同 但要简单 可以直接建立 二进制状态表 不必进行状态化简 状态分配 与一般同步时序网络相同 但要简单 可以直接建立 二进制状态表 不必进行状态化简 状态分配 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例1 用D触发器设计一个模16同步加1计数器 例1 用
10、D触发器设计一个模16同步加1计数器 1 作二进制状态表1 作二进制状态表2 求激励矩阵2 求激励矩阵 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 3 求激励矩阵3 求激励矩阵 D D3 3 y y3 3y y2 2y y1 1y y0 0 y y3 3y y1 1 y y3 3y y0 0 D D2 2 y y2 2y y1 1y y0 0 y y2 2y y1 1 y y2 2y y0 0 y y3 3y y2 2 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 D D1 1 y y1 1y y0 0 y y1 1y y0 0D D0 0
11、 y y0 0 3 求激励矩阵 续 3 求激励矩阵 续 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 4 画逻辑图4 画逻辑图 模16同步计数器逻辑图模16同步计数器逻辑图 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例2 用T触发器设计一个模8可逆计数器 例2 用T触发器设计一个模8可逆计数器 1 作二进制状态表1 作二进制状态表 外部输入x控制加 x 1 或减1 x 0 外部输入x控制加 x 1 或减1 x 0 y1y2y3x 0 x 1 000111 1001 0 001000 0010 0 010001 0011 0 011010
12、0100 0 100011 0101 0 101100 0110 0 110101 0111 0 111110 0000 1 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 2 求激励函数 输出函数2 求激励函数 输出函数 y1y2y3x 0 x 1 0001 1 10 0 1 0010 0 10 1 1 0110 0 11 1 1 0100 1 10 0 1 1100 1 10 0 1 1110 0 11 1 1 1010 0 10 1 1 1001 1 10 0 1 激励矩阵T激励矩阵T1 1 T T2 2 T T3 3 T T3 3 1 1 T T1 1 y y2
13、 2y y3 3x yx y2 2y y3 3x x 3 画逻辑图 略 3 画逻辑图 略 T T2 2 y y3 3x yx y3 3x x Z yZ y1 1y y2 2y y3 3x yx y1 1y y2 2y y3 3x x 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 说明 说明 关于非模2关于非模2i i计数器的设计 计数器的设计 在同步计数器中 二进制计数器和N进制计数器的 设计方法是相同的 但非模2 在同步计数器中 二进制计数器和N进制计数器的 设计方法是相同的 但非模2i i计数器要检查不确定 状态的自恢复性能 计数器要检查不确定 状态的自恢复性能
14、异步 异步 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 三 节拍信号发生器三 节拍信号发生器 节拍信号发生器是数字系统中用来产生节拍电位和节 拍脉冲的逻辑部件 节拍信号发生器是数字系统中用来产生节拍电位和节 拍脉冲的逻辑部件 按其结构分可分为两种类型 移位型和计数型按其结构分可分为两种类型 移位型和计数型 一 计数型节拍信号发生器 一 计数型节拍信号发生器 构成 计数器 门电路构成 计数器 门电路 输出电位 W输出电位 W0 0 W W3 3 输出脉冲 m输出脉冲 m0 0 m m3 3 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 节拍信
15、号发生器的状态表节拍信号发生器的状态表 y 2 y 1 Y 2 Y 1 W 0 W 1 W 2 W 3 00011000 01100100 10110010 11000001 节拍信号发生器的波形图节拍信号发生器的波形图 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 计数型节拍信号发生器设计方法计数型节拍信号发生器设计方法 由节拍周期 状态数 确定触发器位数 由节拍周期 状态数 确定触发器位数 列状态表 列状态表 求激励函数和输出函数 求激励函数和输出函数 画逻辑图 画逻辑图 总结 计数型节拍信号发生器设计方法 总结 计数型节拍信号发生器设计方法 数 字 逻 辑 数
16、字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 二 移位型节拍信号发生器 二 移位型节拍信号发生器 构成 移位寄存器 门电路构成 移位寄存器 门电路 例 四位环形计数器是一个四节拍发生器例 四位环形计数器是一个四节拍发生器 状 态 图 状 态 图 波 形 图 波 形 图 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 存在无效序列存在无效序列 空转序列空转序列 怎样才能保证按有效序列工作呢 怎样才能保证按有效序列工作呢 1 加预置信号1 加预置信号 2 加反馈逻辑 使电路具有自恢复能力2 加反馈逻辑 使电路具有自恢复能力 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 总结 移位型节拍信号发生器设计方法 总结 移位型节拍信号发生器设计方法 1 采用反馈逻辑电路 使移位寄存器从无效序列或空 转序列引导到有效时序中 列状态表 先列出有效序列 其余状态 使它的后续状态经 若干CP后 进入有效序列 1 采用反馈逻辑电路 使移位寄存器从无效序列或空 转序列引导到有效时序中 列状态表 先列出有效序列 其余状态 使它的后续状态经 若干CP后 进入有
