1、触发器论文存储器论文基于数据选择器和 D 触发器的多输入时序电路设计摘 要:为了探索多输入时序逻辑电路的简便实现方法,介绍了基于数据选择器和 D 触发器的多输入时序逻辑电路设计技术。即将 D 触发器和数据选择器进行组合,用触发器的现态作为数据选择器选择输入变量、数据选择器的输出函数作为触发器的 D 输入信号,构成既有存储功能又有数据选择功能的多输入端时序网络。由触发器的现态选择输入变量、所选择的输入变量决定触发器的次态转换方向。该方法适合实现互斥多变量时序逻辑电路,且在设计过程中不需要进行函数化简。 关键词:D 触发器; 数据选择器; 时序网络; 多输入时序逻辑电路 文章编号:1004-373
2、X(2010)12-0010-03 Design of Data Multi-input Sequential Logic Circuit Based on Data Multiplexer and D Flip-flop REN Jun-yuan (Bohai University, Jinzhou 121000, China) Abstract:The design technique of multi-input sequential logic circiut based on multiplexer and D flip-flops is introduced to investig
3、ate a simple method to realize the multi-input sequential logic circiut, which D flip-flops are combined with multiplexer. Taking the present states as the data multiplexer to select input variables and the output functions of the data multiplexer as the input signals of D flip-flops, the multi-inpu
4、t sequential network with the functions of storage and selection is composed. The input variables are selected according to the present states of D flip-flops, the transformation direction of the next states of D flip-flops is determined by the selected variables. The combination of these two compon
5、ents is suitable to the realization of the mutual exclusion multi-variable sequential logic circuit. The function simplification is unnecessary in design process. This is a new method to design sequential logic circuits. Keywords: D flip-flop; data multiplexer; sequential network; multi-input sequen
6、tial logic circuit 在 SSI 时序逻辑电路设计中,遵循的设计准则是:在保证所设计的时序逻辑电路具有正确功能的前提下,触发器的激励函数应最小化,从而简化电路结构。 用卡诺图法或公式法化简触发器的激励函数,在多输入变量时相当繁琐甚至难以进行。因此,需要寻求多输入时序逻辑电路简捷设计方法。 本文给出多输入变量时序逻辑网络的一种新型结构:将 D 触发器 1-10 和数据选择器 1-10 进行组合,构成既有存储功能又有数据选择功能的多输入时序网络 1 , 并给出设计过程中不需要进行函数化简的设计技术。 1 基本原理 1.1 基本多输入时序网络 1.1.1 多输入时序网络的基本形式 用
7、 1 个 D 触发器和 1 个 2 选 1 数据选择器构成多输入时序网络的基本电路1,如图 1 所示。 图 1 多输入时序网络的基本电路 图 1 中,触发器的现态输出Qn 作为数据选择器的 A 选择输入变量,数据选择器的 Y 输出作为触发器的 D 输入信号,数据选择器的输入端D0,D1 作为所构成时序网络的外部信号输入端。 1.1.2 多输入时序网络基本电路的状态方程 由 D 触发器的特性方程Qn+1=D 、数据选择器的输出逻辑表达式Y=AD0+AD1 及 A=Qn,D=Y 的关系,得多输入时序网络基本电路的状态方程: Qn+1=QnD0+QnD1 (1) 写成矩阵形式为: Qn+1=QnD0
8、D1 (2) 1.1.3 已知状态转换关系确定时序网络输入矩阵参数的方法 由式(1)、式(2)有: (1) 现态Qn=0 时,Qn+1=D0, 选择输入 D0, 由状态转换关系确定 D0 可实现所要求的状态转换: 若 Qn+1=0, 即状态转换为 00,则式(2)中的输入矩阵应填 D0=0; 若 Qn+1=1, 即状态转换为 01,则式(2) 中的输入矩阵应填 D0=使状态产生变化的输入变量。 (2) 现态 Qn=1 时,Qn+1=D1, 选择输入 D1, 由状态转换关系确定 D1 可实现所要求的状态转换: 若 Qn+1=1, 即状态转换为 11,则式(2)中的输入矩阵中应填D1=1; 若 Q
9、n+1=0, 即状态转换为 10,则式(2)中的输入矩阵中应填D1= 使状态产生变化的输入变量取反。 1.2 2 个状态变量的多输入时序网络 1.2.1 2 个状态变量多输入时序网络的形式 用 2 个 D 触发器和 2 个 4 选 1 数据选择器可构成有 2 个状态变量的多输入时序网络1,如图 2 所示。 图 2 中,触发器的 2 个现态输出Qn1Qn0 作为数据选择器的A1A0 选择输入变量,2 个数据选择器的 Y 输出分别作为 2 个触发器的 D 输入信号,数据选择器的输入端 D10D13,D00D03作为所构成时序网络的外部信号输入端。 图 2 2 个状态变量的多输入时序网络 1.2.2
10、 两个状态变量多输入时序网络的状态方程 按基本多输入时序网络的分析方法,可得状态方程的矩阵形式为: Qn+11Qn+10=Qn1Qn0D10D00D11D01D12D02D13D03 (3) 1.2.3 现态对输入信号的选择及输入矩阵参数的确定 现态Qn1Qn0 的取值组合决定所选择的数据输入端,而数据输入端的输入情况又决定次态: (1) 现态 Qn1Qn0=00 时,Qn+11=D10,Qn+10=D00, 选择输入D10,D00, 由状态转换关系确定 D10,D00 可实现所要求的状态转换; (2) 现态 Qn1Qn0=01 时,Qn+11=D11,Qn+10=D01, 选择输入D11,D
11、01, 由状态转换关系确定 D11,D01 可实现所要求的状态转换; (3) 现态 Qn1Qn0=10 时,Qn+11=D12,Qn+10=D02, 选择输入D12,D02, 由状态转换关系确定 D12,D02 可实现所要求的状态转换; (4) 现态 Qn1Qn0=11 时,Qn+11=D13,Qn+10=D03, 选择输入D13,D03, 由状态转换关系确定 D13,D03 可实现所要求的状态转换。 已知状态转换关系确定式(3)中输入矩阵参数的方法如 1.1.2 所述。 1.3 n 个状态变量的多输入时序网络 按照 D 触发器的现态组合作为数据选择器的选择输入变量、数据选择器的输出作为 D
12、触发器输入信号的构成方法,用 n 个 D 触发器、n 个 2n 选 1 数据选择器组合,可构成 n 个状态变量的多输入时序网络1。 2 基于数据选择器和 D 触发器的多输入时序逻辑电路设计 2.1 设计步骤 采用数据选择器和 D 触发器构成的多输入时序网络进行多输入时序逻辑电路设计的步骤: (1) 由设计要求做出最简状态图; (2) 根据状态个数确定多输入时序网络中 D 触发器、数据选择器的个数及数据选择器的选择规模; (3) 根据状态转换关系确定输入矩阵的参数,即确定数据选择器输入端所接的变量或常量; (4) 画出时序逻辑图。 2.2 应用举例 主干道、支干道十字路口交通灯控制电路中的控制器
13、共有 4 个状态,在不同输入信号的作用下进行状态转换: (1) Qn1Qn0=00 状态,主干道绿灯亮、支干道红灯亮,到了规定的 30 s 时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入 1 个 T30 =1 的信号,控制器转到下一工作状态; (2) Qn1Qn0=01 状态,主干道黄灯亮、支干道红灯亮,到了规定的5 s 时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入 1 个 T5=1 的信号,控制器转到下一工作状态; (3) Qn1Qn0=10 状态,主干道红灯亮、支干道绿灯亮,到了规定的20 s 时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入 1 个 T20=1 的信号,控制器转到下一工作状态; (4) Qn1Q
14、n0=11 状态,主干道红灯亮、支干道黄灯亮,到了规定的5 s 时间隔由控制电路中的计数器向控制器输入 1 个 T5=1 的信号, 控制器转到第(1)种工作状态。 控制器的状态图如图 3 所示。 图 3 交通灯控制电路中控制器的状态图 用有 2 个状态变量的多输入时序网络实现,由图 3 所示状态图的状态转换关系,可确定输入矩阵参数为: 0T30T5T51T20T5T5 (4) 选用双 D 触发器 74LS74 和双 4 选 1 数据选择器 74LS153 构成多输入时序网络并由式(4)连接输入端画出逻辑图如图 4 所示,其中 R,C 构成通电复位电路。3 结 语 基于数据选择器和 D 触发器的
15、多输入时序逻辑电路设计方法,适合实现互斥多变量时序逻辑电路,且在设计过程中不需要进行函数化简,而这一过程在多变量 时是相当繁琐甚至难以进行。 图 4 交通灯控制电路中控制器的逻辑电路图 参考文献 1任骏原,张凤云.电子线路专题研究M.成都:西南交通大学出版社,1995. 2任骏原.电子线路与数字逻辑解题方法指导M.沈阳:东北大学出版社,1996. 3华成英,童诗白.模拟电子技术基础M.4 版.北京:高等教育出版社,2006. 4杨素行.模拟电子技术基础简明教程M.3 版.北京:高等教育出版社,2006. 5胡晏如.模拟电子技术M.2 版.北京:高等教育出版社,2004. 6王佩珠.电路与模拟电子技术M.南京:南京大学出版社,2001. 7付植桐.电子技术M.北京:高等教育出版社,2000. 8康华光,陈大钦.电子技术基础模拟部分M.4 版.北京:高等教育出版社,1999. 9杨素行.模拟电子电路M.北京:中央广播电视大学出版社,1994. 10梁明理.电子线路M.北京:高等教育出版社,1993.
