余輝晴

寧波工程學(xué)院，浙江寧波 315016

同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)是根據(jù)給定的任務(wù)設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)的一般步驟如下。

1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。

2）根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖寫(xiě)出狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程。

3）根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程畫(huà)出邏輯電路圖。

1 通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表對(duì)同步時(shí)序電路進(jìn)行設(shè)計(jì)

以同步四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器為例。

1.1 根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

（00）→（01）→（10）→（11）→（00）

1.2 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

表1 同步四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

1.3 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表寫(xiě)出狀態(tài)方程

將表1同步四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表分解為1號(hào)觸發(fā)器和0號(hào)觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表寫(xiě)出觸發(fā)器的狀態(tài)方程，并將狀態(tài)方程改寫(xiě)成標(biāo)準(zhǔn)形式。

1.4 根據(jù)狀態(tài)方程寫(xiě)出驅(qū)動(dòng)方程

將各觸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)方程與JK觸發(fā)器狀態(tài)方程對(duì)比，可得各觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程。

1.5 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程畫(huà)出邏輯電路圖

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程，采用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)的同步四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路圖如圖1所示。

2 通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖對(duì)同步時(shí)序電路進(jìn)行設(shè)計(jì)

以同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器為例。

2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

（000）→（001）→（010）→（011）→（100）→（101）→（000）

圖1 同步四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路圖

2.2 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖

由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可畫(huà)出總的狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖，然后將其分解為2號(hào)觸發(fā)器、1號(hào)觸發(fā)器和0號(hào)觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖。為了直接得到觸發(fā)器狀態(tài)方程標(biāo)準(zhǔn)形式，對(duì)各觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖按0區(qū)和1區(qū)進(jìn)行卡諾圖畫(huà)簡(jiǎn)。

圖2 同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖

2.3 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖寫(xiě)出狀態(tài)方程

由各觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖寫(xiě)出其狀態(tài)方程，并將狀態(tài)方程改寫(xiě)成標(biāo)準(zhǔn)形式。

2.4 根據(jù)狀態(tài)方程寫(xiě)出驅(qū)動(dòng)方程

將各觸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)方程與JK觸發(fā)器狀態(tài)方程對(duì)比，可得各觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程。

2.5 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程畫(huà)出邏輯電路圖

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程，采用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)的同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路圖如圖3所示。

圖3 同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路圖

3 通過(guò)Multisim對(duì)同步時(shí)序電路進(jìn)行仿真

對(duì)所設(shè)計(jì)的同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器進(jìn)行Multisim仿真。

3.1 創(chuàng)建電路

以JK觸發(fā)器作記憶元件，三個(gè)JK觸發(fā)器從左至右依次為Q1、Q2、Q3，使能端接5V電源，選方波發(fā)生器做時(shí)鐘脈沖信號(hào)，方波信號(hào)頻率設(shè)置為10kHz，創(chuàng)建如圖3所示同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路。

3.2 觀測(cè)計(jì)數(shù)器輸出波形

將三個(gè)JK觸發(fā)器的輸出Q接在邏輯分析儀上，以測(cè)試各觸發(fā)器的輸出。電路的輸出波形如圖4所示。由輸出波形可以看出Q3Q2Q1的狀態(tài)按000、001、010、101、110、101循環(huán)，構(gòu)成的是六進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。

通過(guò)上述分析可以看出，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表對(duì)同步時(shí)序電路進(jìn)行設(shè)計(jì)比較清晰，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖對(duì)同步時(shí)序電路進(jìn)行設(shè)計(jì)比較方便，通過(guò)Multisim對(duì)同步時(shí)序電路進(jìn)行仿真比較直觀。

圖4 同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路仿真輸出波形

[1]賈立新.數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]蔣卓勤.Multisim及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011.