時序邏輯電路3片上微控制系統(tǒng)原理與項目設計第九講授課內容觸發(fā)器寄存器同步時序電路分析同步時序電路設計計數(shù)器上節(jié)課——寄存器存儲信息1bit：DFFMbits:采用多個D觸發(fā)器保存一組二進制信息的電路稱為寄存器，也稱為數(shù)據(jù)寄存器。上節(jié)課——移位寄存器若干個D觸發(fā)器級聯(lián)構成的D觸發(fā)器組稱為移位寄存器。數(shù)據(jù)從S輸入，每個時鐘節(jié)拍接收一位保存在D觸發(fā)器內。moduleShiftRegm(CP,S,Q);inputCP,S;outputreg[m-1:0]Q;always@(posedgeCP)Q<={Q[m-2:0],S};endmodule同步時序電路的分析將電路轉換為狀態(tài)圖，并指出功能，稱為對電路進行分析。電路的分析不僅有助于更好地理解時序電路設計，而且還可用于了解以前設計的電路的行為，由別的設計人員創(chuàng)建的電路檢查我們設計的電路是否具有正確的行為觸發(fā)器描述的電路同步時序電路的分析過程一般按以下步驟進行：①根據(jù)邏輯圖求出時序電路的輸出方程和各觸發(fā)器的激勵方程；②根據(jù)已求出的激勵方程和所用觸發(fā)器的特征方程獲得時序電路的狀態(tài)方程；③根據(jù)時序電路的狀態(tài)方程和輸出方程建立狀態(tài)表；④根據(jù)狀態(tài)表畫出狀態(tài)圖；⑤確定初始狀態(tài)和輸入波形，根據(jù)狀態(tài)表畫出波形圖；⑥分析電路的邏輯功能。【例】有三個LED控制電路圖如圖所示，分析該同步時序電路的邏輯功能。①激勵方程②狀態(tài)方程⑥邏輯功能分析

③列出狀態(tài)表④列出狀態(tài)圖⑤畫波形圖三個LED輪流發(fā)光，發(fā)光周期為3T，這種輪流點亮的燈也稱為跑馬燈。脈沖分配器。具有自啟動能力。HDL描述的電路同步時序電路的分析過程一般按以下步驟進行：①根據(jù)語句找出時序電路的輸入、輸出和狀態(tài)；②分析語句的含義，初步給出部分功能；③列出狀態(tài)圖或狀態(tài)表；④分析電路的邏輯功能。【例】控制電路的HDL代碼如下，分析該邏輯電路的功能。moduleLedCtrl(CP,Z);inputCP;outputreg[2:0]Z;reg[1:0]Q;always@(posedgeCP)Q<=Q+1;always@(Q) case(Q)2'b00:Z<=3'b110;2'b01,2'b11:Z<=3'b101;2'b10:Z<=3'b011;endmodule①確定輸入、輸出和狀態(tài)。CP上升沿有效，Z為3位輸出，Q為二位狀態(tài)量，最多4個狀態(tài)。②語句分析

③狀態(tài)圖課堂練習試分析下列電路clkStateregisteryzFSMoutputsFSMinputsn0n1s0s1x同步時序電路的設計狀態(tài)圖是同步時序電路設計的前提。（1）采用D觸發(fā)器設計邏輯電路時①根據(jù)狀態(tài)圖畫出狀態(tài)表，同時對無關狀態(tài)進行處理以保證系統(tǒng)的自啟動性；②根據(jù)狀態(tài)表列出狀態(tài)方程和輸出方程的最小項表達式，邏輯變量為X和Q的組合；③列出激勵方程，并畫出邏輯電路圖。（2）采用HDL描述時①根據(jù)狀態(tài)圖畫出狀態(tài)表，同時對無關狀態(tài)進行處理以保證系統(tǒng)的自啟動性；

②直接采用always和case/if語句直接對狀態(tài)和輸出進行賦值。外科醫(yī)生通過按下按鈕激活激光。假設激光應該保持正好30ns。假設系統(tǒng)的時鐘周期為10ns，因此3個時鐘周期持續(xù)30ns。假設按鈕中的b與時鐘同步，并在正好1個時鐘周期內保持高電平。?如何實現(xiàn)？

試試使用3個DFF？Controllerxbclklaserpatient這個系統(tǒng)不夠好！為什么？如果外科醫(yī)生在三個周期之內第二次按下按鈕會發(fā)生什么？可能導致激光停留時間過長。狀態(tài)圖定義狀態(tài)和狀態(tài)之間的轉換示例：讓x在每個時鐘周期更改其切換（0到1和1到0）兩種狀態(tài)：“關閉”（x=0）和“打開”（x=1）在時鐘上升沿從關閉轉換到開，或從開轉換到關沒有起始狀態(tài)的箭頭指向初始狀態(tài)（電路首次啟動時）Output:xOnOffx=0x=1clk^clk^狀態(tài)圖的例子——0111序列發(fā)生器生成

0,1,1,1,0,1,1,1,...序列每個值代表一個時鐘周期將其描述為狀態(tài)圖四種狀態(tài)：關閉、打開1、打開2和打開3時鐘上升沿過渡到下一個狀態(tài)OffOffOn1On1On2On2On3On3OffclkxStateOutputs:Outputs:xOn1OffOn2On3clk^clk^clk^x=1x=1x=0x=1clk^四個狀態(tài)

在b為0（b'）時處于“關閉”狀態(tài)等待

輸出x=0

當b為1（和上升時鐘邊沿）時，轉換到On1 輸出x=1

在接下來的兩個時鐘邊沿，過渡到On2，然后過渡到On3，這也設置x=1On2On1On3Offclk^clk^x=1x=1x=1x=0clk^b’*clk^b*clk^Input:b;Output:xOn2On1On3Offx=1x=1x=1x=0b’clk^clk^^clk*clk^*clk^bInputs:b;Outputs:xOn2On1On3Offx=1x=1x=1x=0b’bInput:b;Output:x練習【例】某邏輯電路的狀態(tài)轉移如圖，試采用D觸發(fā)器和HDL等兩種方式描述電路。采用D觸發(fā)器描述①列出狀態(tài)表②列狀態(tài)方程③列激勵方程，并畫出邏輯電路采用HDL描述①列出狀態(tài)表②HDL描述為moduleT4_5_3(CP,Q);inputCP;outputreg[2:0]Q;always@(posedgeCP)case(Q)3'b000:Q<=3'b001;3'b001:Q<=3'b011;3'b011:Q<=3'b101;3'b101:Q<=3'b110;default:Q<=3'b000;//無關項強制轉移到0000endcaseendmodulemoduletest;regCP;wire[2:0]Q;T4_5_3T_4_5_3a(.CP(CP),.Q(Q));