数字电路-移存型计数器

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1、移存型计数器1移存型计数器的一般结构FnFn-1F2F1组合逻辑CP移存型计数器的特点（1）属于同 步计数器，存 在反馈网络。（2）第一级 触发器的激励 由输入（设计组合电路）决定， 状态转移表符 合移存规律除第一级外，其他触发器更新均 符合Qin+1=Qi-1n ，对于DFF： Di=Qi-1 ， 对于JKFF：Ji=Qi-1， Ki=Qi-2移存型计数器的分析与同步计数器的分析步骤相同，只是最 后得到的状态转移表满足移存规律。3移存型计数器的设计设计步骤：（1）首先根据模长M确定触发器个数n: nlog2M。（2）列状态转移表，必须满足移存规律（关键：从2n 个状态中按移存规律找出所需的M

2、个状态。 ）；（3）列激励表，求激励方程，检查自启动性；（4）画逻辑图 。4例 6.5.6 试用DFF设计 M=6的移存型计数器。 解 (1)选用3个触发器。(2)列综合表。(3)求激励函数(4)作电路图从2n个状态中按移存规律找出所需的M个状态。关键：5图6.5.26 Q3 Q2 Q1 左移状态流程图有效循环000010001011100101111110Q3Q2Q16表6.5.15 例6.5.6的综合表Q3Q2Q1D1 0001 0011 0111 1110 1100 10007环形计数器电路构成特点：原码反馈 ，即： = D1Q4n图6.5.27 环形计数器8表6.5.16 环形计数器状

3、态转移表CPQ4Q3Q2Q1状态转态转 移路线线 01000 10001 20010 30100结论：n位触发器可实现模M=n的环形计数器。 9图6.5.28 环形计数器状态转移图Q4Q3Q2Q11001001101101100010010000001001010110111111011010101101000001111有效循环10扭环形计数器图6.5.29 扭环形计数器电路构成特点：反码反馈 ，即： = D1Q4n11图6.5.30 扭环形计数器状态转移图1100011111100011100000011111000000101010100111010101011001001011有效循环

4、无效循环Q4Q3Q2Q1结论：（1）n位触发器可实现模M=2n的扭环形计数器 （2）汉明距离为1，不会产生功能冒险。12Q2Q1Q4Q300011110 00111 011 11000 100修改设计为：D1=Q4Q3+Q4Q1 ， 使其具有自启动性 偏离态0100-1000；0110-1100 13用MSI移存器构成环形或扭环形计数器。 = Q0n+1DSR= Q3n图6.5.31 74194构成的环形计数器14表6.5.17 图6.5.31电路的状态转移表CPQ0Q1Q2Q3状态转态转 移路线线 11110 20111 31011 41101156.6 序列码发生器 l序列码：周期性重复出

5、现的一串数码称为序列码。 例：10110 10110 l循环长度：一个周期内数码的个数称为序列长度。l结构类型：计数型序列码发生器移存型序列码发生器16f1 fm组合电路模M计数器QnQn-1Q1图6.6.1 计数型序列码发生器的结构图计数型序列码发生器17图6.6.2 移存型序列码发生器的结构图组合电路QnQn-1Q1FnFn-1F1CPf移存型序列码发生器18计数型序列码发生器的设计设计步骤：l先设计模值为序列长度的计数器l再设计一组合电路，其输入为计数器各触 发器的输出Qi，输出为序列码F。 f1 fm组合电路模M计数器QnQn-1Q119例：设计产生序列码F=11110101 1111

6、0101 的计数型序列码发生器 解：方法一：用小规模器件实现 （1）设计M=8的计数器，方法同前面的同步（异步）计数器的设计。 本解取n=3 的异步二进制加法计数器（2）设计组合电路 20Q3 Q2 Q1F 000 001 010 011 100 101 110 1111 1 1 1 0 1 0 1组合电路真值表为： 用卡诺图化简得到：F=Q3+Q1 21Q 1JC1 Q 1KQ 1JC1 Q 1KQ 1JC1 Q 1KQ3Q2Q11CPF逻辑图为：22方法二、用中规模器件MSI实现。 计数器可以用74161实现M=8的计数器 组合电路可以用74151实现。 23功能冒险：组合电路的输入端发生

7、多个变量 改变时，可能存在功能冒险。 克服方法： （1）当计数状态发生改变时，只有一个码发生改变，即编码采用格雷码，如扭环型计 数器产生的编码状态。 （2）加取样脉冲：对于上述MSI构成的序 列码发生器，只要将CP脉冲接入74151的 EN端即可。 24移存型序列码发生器的设计设计方法类似移存型计数器的设计。模长为序列码的循环长度，状态编码符合序列码的变化规律 。1.已知序列码 2.已知序列长度 组合电路QnQn-1Q1FnFn-1F1CPf256 .7 顺序脉冲发生器（自学） l作用：在数字系统中，需要一种分配器产生节拍信 号，这种节拍控制信号就是一种顺序脉冲：按时间 顺序依次出现的一组高电

8、平（低电平）的顺序信号 。l能够产生这种顺序脉冲的电路是称为顺序脉冲发生 器。节拍分配器：电位信号脉冲分配器：脉冲信号 26图6.7.1 电位信号和脉冲信号CP(a)电位信号(b)脉冲信号27顺序脉冲发生器的设计输出端较多时： 采用计数器和译码器。 输出端较少时： 采用环形计数器。 举例例 试设计四输出节拍分配器。解 (1)设计 M=4 的计数器28表6.7.1 2-4线译码器的真值表Q2Q1Y0Y1Y2Y3001000 010100 100010 11000129图6.7.2 四输出分配器(a)计数器(b)译码器30图6.7.3 四输出分配器工作波形12345 CP Q1Q2Y0Y2Y3Y1

9、(a) 节拍分配器波形31图6.7.3 四输出分配器工作波形12345 CP Q1Q2Y0Y2Y3Y1(a) 节拍分配器波形32图6.7.3 四输出分配器工作波形(b) 脉冲分配器波形12345Y3CP Q1Q2Y0Y1Y233图6.7.4 环形计数器作为节拍分配器(a) 电路例 由M=4环形计数器实现四输出节拍分配器。34图6.7.4 环形计数器作为节拍分配器(b) 工作波形CPQ0Q1Q2Q3123453536例：设计产生序列码101000，101000， 的反馈移存型序列码发生器。解：（1）M=6，至少需要3个触发器来实现。010100000001010101模数状态转移路线Q1Q2Q3

10、M=4（2）列状态转移表： 37需增加一个触发器！ 取n=4，重新列状态转移表0101100010Q3100010100001000011模数状态转移路线Q1Q2Q4M=638(3) 求激励函数Q4Q3Q2Q1 0110110001100010110100D1D1 = Q3Q2Q1 + Q4Q2 = Q3Q2Q1 Q4Q21 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 0 11 0 0 1 1 0 00 1 1 1 0 1 10 0 1 1 0 0 11 1 1 0 1 1 11 1 0 0 1 1 00 1 1 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0D1 Q4 Q

11、3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1nn n nn+1n+1n+1n+1偏 离 态39(4) 作逻辑图图6.6.4 例6.6.2的逻辑图40(2)利用最长线性序列码(m序列码)发生器进行 设计已知序列长度的情况下，有两种方法： (1)自己构造序列码，然后按“已知序列码”设 计a.线性序列码Q QQQ ：Q左移若干位Q ：Q或Q左移若干位41例1110 101011Q Q左移1位Q左移2位例2100 001101Q Q左移1位42最长线性序列码（m序列）发生器的设计lm序列是由n个触发器构成M=2n-1的序列最 长（max）lm序列是一种伪随机序列lm序列的产生电路：一种移存型的序列码发生器

12、43图6.6.5 m序列码发生器的一般结构44例6.3.3 设计M=15的m序列码发生器。解： 求触发器的级数n由 2n-1=15，得 n = 4。 确定反馈函数f。f= Q4Q345作逻辑电路m序列码发生器的自启动性D1 = f + Q4Q3Q2Q1D1 = f + QnQn-1Q1一般情况：46图6.6.6 M=15的m序列码发生器根据电路写出序列码：111100010011010， 111100010011010， 47非m序列码发生器a.M=2n的序列码发生器的设计b.M2n-1的序列码发生器的设计48a.M=2n的序列码发生器的设计例 6.6.4 设计M=16的序列码发生器。解 设计

13、触发器的级数 n = 4的m序列修改D1的表达式，把0000纳入M=15的m序列码发生器的状态转移图中100000000001D1 = ？49Q4Q3Q2Q10000101011010110001110010100001000011000110011101111 0111 1011 010110000001D1 = f = Q4Q3 10000000D1 = fQ4Q3Q2Q1 00000001D1 = fQ4Q3Q2Q1D1 = fQ3Q2Q150对于M=2n的序列码发生器 D1 = fQn-1Qn-2Q1结论：作逻辑电路51例：设计 M=10的序列码发生器。 解：在状态转移图中需跳过5个状

14、态，寻找 起跳状态： 得到起跳状态为0011 b.M2n-1的序列码发生器的设计 关键：找起跳状态。52修改后的状态转移图53修改反馈函数：在D1的真值表中对应0011的输 出取反。得到： D1= f Q4Q3Q2Q1+Q4Q3Q2Q1=Q4Q3 Q4Q3Q2Q1 + Q4Q3Q2Q1一般式为：D1= f 起跳状态+QnQn-1Qn-2Q1 54表6.6.4 m序列码反馈函数表20,172010,71019,18,17,14199,5918,17,16,13188,6,5,4817,14177,6716,14,13,11166,5615,14155,3514,13,11,9144,3413,1

15、2,10,9133,2312,11,8,6122,1211,91111fnfn55Q4Q3Q2Q10000101011010110001110010100001000011000110011101111 0111 1011 0101图6.6.7 M=15的m序列码发生器的状态转移图56自启动性讨论从状态转移图看出，电路不具有自启动 性，需要把全0状态的次态进入有效循环。 即0000的次态0001，D1的真值表对应0000 的输出应为1。修改反馈函数为：D1=f+QnQn-1Qn-2Q1 57起跳状态的确定方法方法二： 作长度为2n-1的线性序列I 将I序列向左移2n-1-M位，得线性序列II将和进行异或运算，