同步时序电路设计方法研究

余辉晴

宁波工程学院，浙江宁波 315016

同步时序电路设计是根据给定的任务设计出符合要求的逻辑电路。同步时序电路设计的一般步骤如下。

1）根据设计要求画出状态转换图。

2）根据状态转换图写出状态方程和驱动方程。

3）根据驱动方程画出逻辑电路图。

1 通过状态转换表对同步时序电路进行设计

以同步四进制加法计数器为例。

1.1 根据设计要求画出状态转换图

（00）→（01）→（10）→（11）→（00）

1.2 根据状态转换图写出状态转换表

表1 同步四进制加法计数器状态转换表

1.3 根据状态转换表写出状态方程

将表1同步四进制加法计数器状态转换表分解为1号触发器和0号触发器状态转换真值表，由状态转换真值表写出触发器的状态方程，并将状态方程改写成标准形式。

1.4 根据状态方程写出驱动方程

将各触发器标准状态方程与JK触发器状态方程对比，可得各触发器驱动方程。

1.5 根据驱动方程画出逻辑电路图

根据驱动方程，采用JK触发器设计的同步四进制加法计数器电路图如图1所示。

2 通过状态转换卡诺图对同步时序电路进行设计

以同步六进制加法计数器为例。

2.1 根据设计要求画出状态转换图

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

图1 同步四进制加法计数器电路图

2.2 根据状态转换图写出状态转换卡诺图

由状态转换图可画出总的状态转换卡诺图，然后将其分解为2号触发器、1号触发器和0号触发器状态转换卡诺图。为了直接得到触发器状态方程标准形式，对各触发器状态转换卡诺图按0区和1区进行卡诺图画简。

图2 同步六进制加法计数器状态转换卡诺图

2.3 根据状态转换卡诺图写出状态方程

由各触发器状态转换卡诺图写出其状态方程，并将状态方程改写成标准形式。

2.4 根据状态方程写出驱动方程

将各触发器标准状态方程与JK触发器状态方程对比，可得各触发器驱动方程。

2.5 根据驱动方程画出逻辑电路图

根据驱动方程，采用JK触发器设计的同步六进制加法计数器电路图如图3所示。

图3 同步六进制加法计数器电路图

3 通过Multisim对同步时序电路进行仿真

对所设计的同步六进制加法计数器进行Multisim仿真。

3.1 创建电路

以JK触发器作记忆元件，三个JK触发器从左至右依次为Q1、Q2、Q3，使能端接5V电源，选方波发生器做时钟脉冲信号，方波信号频率设置为10kHz，创建如图3所示同步六进制加法计数器电路。

3.2 观测计数器输出波形

将三个JK触发器的输出Q接在逻辑分析仪上，以测试各触发器的输出。电路的输出波形如图4所示。由输出波形可以看出Q3Q2Q1的状态按000、001、010、101、110、101循环，构成的是六进制同步计数器。

通过上述分析可以看出，通过状态转换表对同步时序电路进行设计比较清晰，通过状态转换卡诺图对同步时序电路进行设计比较方便，通过Multisim对同步时序电路进行仿真比较直观。

图4 同步六进制加法计数器电路仿真输出波形

[1]贾立新.数字电路[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2]杨志忠.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2009.

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