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在SSI時(shí)序邏輯電路設計中，遵循的設計準則是：在保證所設計的時(shí)序邏輯電路具有正確功能的前提下，觸發(fā)器的激勵函數應最小化，從而簡(jiǎn)化電路結構。用卡諾圖法或公式法化簡(jiǎn)觸發(fā)器的激勵函數，在多輸入變量時(shí)相當繁瑣甚至難以進(jìn)行。因此，需要尋求多輸入時(shí)序邏輯電路簡(jiǎn)捷設計方法。本文給出多輸入變量時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò )的一種新型結構：將D觸發(fā)器和數據選擇器進(jìn)行組合，構成既有存儲功能又有數據選擇功能的多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )，并給出設計過(guò)程中不需要進(jìn)行函數化簡(jiǎn)的設計技術(shù)。 1 基本原理 1．1 基本多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò ) 1．1．1 多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )的基本形式 用1個(gè)D觸發(fā)器和1個(gè)2選1數據選擇器構成多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )的基本電路，如圖1所示。 圖1中，觸發(fā)器的現態(tài)輸出Qn作為數據選擇器的A選擇輸入變量，數據選擇器的Y輸出作為觸發(fā)器的D輸入信號，數據選擇器的輸入端D0，D1作為所構成時(shí)序網(wǎng)絡(luò )的外部信號輸入端。 1．1．2 多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )基本電路的狀態(tài)方程 由D觸發(fā)器的特性方程Qn+1=D、數據選擇器的輸出邏輯表達式 的關(guān)系，得多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )基本電路的狀態(tài)方程： 寫(xiě)成矩陣形式為： 1．1．3 已知狀態(tài)轉換關(guān)系確定時(shí)序網(wǎng)絡(luò )輸入矩陣參數的方法 由式(1)、式(2)有： (1)現態(tài)Qn=0時(shí)，Qn+1=D0，選擇輸入D0，由狀態(tài)轉換關(guān)系確定D0�？蓪�(shí)現所要求的狀態(tài)轉換： 若Qn+1=O，即狀態(tài)轉換為0→O，則式(2)中的輸入矩陣應填D0=0； 若Qn+1=1，即狀態(tài)轉換為O→1，則式(2)中的輸入矩陣應填D0=使狀態(tài)產(chǎn)生變化的輸入變量。 (2)現態(tài)Qn=1時(shí)，Qn+1=D1，選擇輸入D1，由狀態(tài)轉換關(guān)系確定D1可實(shí)現所要求的狀態(tài)轉換： 若Qn+1=1，即狀態(tài)轉換為1→1，則式(2)中的輸入矩陣中應填D1=1； 若Qn+1=0，即狀態(tài)轉換為1→O，則式(2)中的輸入矩陣中應填D1=使狀態(tài)產(chǎn)生變化的輸入變量取反。 1．2 2個(gè)狀態(tài)變量的多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò ) 1．2．1 2個(gè)狀態(tài)變量多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )的形式 用2個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)4選1數據選擇器可構成有2個(gè)狀態(tài)變量的多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )，如圖2所示。 圖2中，觸發(fā)器的2個(gè)現態(tài)輸出 作為數據選擇器的A1A0選擇輸入變量，2個(gè)數據選擇器的Y輸出分別作為2個(gè)觸發(fā)器的D輸入信號，數據選擇器的輸入端D10～D13，D00～D03作為所構成時(shí)序網(wǎng)絡(luò )的外部信號輸入端。 1．2．2 兩個(gè)狀態(tài)變量多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)方程 按基本多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )的分析方法，可得狀態(tài)方程的矩陣形式為： 1．2．3 現態(tài)對輸入信號的選擇及輸入矩陣參數的確定 現態(tài)的取值組合決定所選擇的數據輸入端，而數據輸入端的輸人情況又決定次態(tài)： 已知狀態(tài)轉換關(guān)系確定式(3)中輸入矩陣參數的方法如1．1．2所述。 1．3 n個(gè)狀態(tài)變量的多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò ) 按照D觸發(fā)器的現態(tài)組合作為數據選擇器的選擇輸入變量、數據選擇器的輸出作為D觸發(fā)器輸入信號的構成方法，用n個(gè)D觸發(fā)器、n個(gè)2n選1數據選擇器組合，可構成n個(gè)狀態(tài)變量的多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )。 2 基于數據選擇器和D觸發(fā)器的多輸入時(shí)序邏輯電路設計 2．1 設計步驟 采用數據選擇器和D觸發(fā)器構成的多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行多輸入時(shí)序邏輯電路設計的步驟： (1)由設計要求做出最簡(jiǎn)狀態(tài)圖； (2)根據狀態(tài)個(gè)數確定多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )中D觸發(fā)器、數據選擇器的個(gè)數及數據選擇器的選擇規模； (3)根據狀態(tài)轉換關(guān)系確定輸入矩陣的參數，即確定數據選擇器輸入端所接的變量或常量； (4)畫(huà)出時(shí)序邏輯圖。 2．2 應用舉例 主干道、支干道十字路口交通燈控制電路中的控制器共有4個(gè)狀態(tài)，在不同輸入信號的作用下進(jìn)行狀態(tài)轉換： (1) (2) (3) (4) 控制器的狀態(tài)圖如圖3所示。 用有2個(gè)狀態(tài)變量的多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )實(shí)現，由圖3所示狀態(tài)圖的狀態(tài)轉換關(guān)系，可確定輸入矩陣參數為： 選用雙D觸發(fā)器74LS74和雙4選1數據選擇器74LSl53構成多輸入時(shí)序網(wǎng)絡(luò )并由式(4)連接輸入端畫(huà)出邏輯圖如圖4所示，其中R，C構成通電復位電路。 3 結語(yǔ) 基于數據選擇器和D觸發(fā)器的多輸入時(shí)序邏輯電路設計方法，適合實(shí)現互斥多變量時(shí)序邏輯電路，且在設計過(guò)程中不需要進(jìn)行函數化簡(jiǎn)，而這一過(guò)程在多變量時(shí)是相當繁瑣甚至難以進(jìn)行。 |
