同步时序电路设计与状态表建立解析

"国防科学技术大学计算机系体系结构教研室的数字逻辑与工程设计PDF课件，主要内容涉及同步时序电路的设计，包括设计流程、原始状态表的建立、状态表和状态图的应用示例，如模5加法计数器、'01'序列检测器和'111'序列检测器的设计" 同步时序电路是一种重要的数字电路类型，它的工作状态由内部状态寄存器中的状态决定，并且这些状态的转换与外部时钟信号同步。本资料主要讲解了同步时序逻辑电路的设计方法。 在设计同步时序电路的过程中，有以下几个关键步骤： 1. **状态表的建立**：状态表是描述时序电路输入、当前状态和输出之间关系的表格。建立状态表需要明确电路可能包含的状态数量、输入条件下状态如何转换以及如何确定输出。通常，通过原始状态图来构建状态表，从一个假设的初始状态开始，根据输入变化逐步确定次态和输出，直到所有状态转换都被考虑且不再产生新的状态。 2. **设计流程**：设计流程主要包括列真值表、逻辑函数化简、输出函数的确定和逻辑图的绘制。首先，列出所有可能的输入-状态-输出组合，形成真值表；然后，对输出函数进行化简，以减少所需的逻辑门数量；接着，根据化简后的逻辑函数画出逻辑图，这将展示实际电路的物理实现。 3. **实例分析**： - **模5加1和加2计数器**：这个例子展示了如何创建一个可以加1或加2的计数器，具有5个状态（q0到q4）和一个外部输入x（0表示加1，1表示加2）。状态表描述了每个状态下输入x对状态转换和输出z的影响。同时，给出了对应的状态图，清晰地显示了状态之间的转换路径。 - **'01'序列检测器**：此例中，电路的任务是检测并记住'01'序列。状态A代表没有遇到0，状态B则表示已检测到一个0。状态表和状态图展示了如何根据输入x和当前状态确定输出z。 - **'111'序列检测器**：这个检测器的目标是识别'111'序列。状态表和状态图展示了如何跟踪输入x，以确定何时检测到所需的序列并生成相应的输出z。 同步时序电路设计是数字逻辑和计算机系统设计的基础，它广泛应用于计数器、序列检测器、寄存器、控制器等各类数字系统中。理解设计流程和实例分析有助于深入掌握时序逻辑电路的概念和应用。