移位寄存器序列信號發(fā)生器

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1、時序邏輯設計與實現(xiàn) 寄存器 移位寄存器 反饋移位寄存器 序列信號發(fā)生器 電子科技大學光電信息學院陳德軍 寄存器 定義：共時鐘的若干個觸發(fā)器構成寄存器 常見的觸發(fā)器和所存器 電子科技大學光電信息學院陳德軍 寄存器 2 74X175 4位寄存器 電子科技大學光電信息學院陳德軍 移位寄存器 移位寄存器：具有移位特性的寄存器 D Q QN PR CLR D Q QN PR CLR D Q QN PR CLR D Q QN PR CLR CP QD QC QB QA 串行輸入 串行輸入 并行輸出 并行輸入 移位寄存器 應用類型 串入串出 串入并出 并入串出 并入并出 電子科技大學光電信息學院陳德軍 移位

2、寄存器芯片舉例 電子科技大學光電信息學院陳德軍 74X194介紹 CLK CLR S1 S0 LIN RIN A B C D QD QC QB QA 功能介紹 : 1、 CLK：時鐘， 194為同步時序邏輯器件； 2、 CLR：同步清零控制；低電平有效； 3、 s1s0為功能控制操作，具體如下： 功能 s1s0 次態(tài)（ QD* QB* QC* QA* ） 保持 00 QD QC QB QA 右移 01 QC QB QA RIN 左移 10 LIN QD QC QB 置數(shù) 11 D C B A 4、器件左移時，串行輸入為 LIN，串行輸出為 QA； 器件右移時，串行輸入為 RIN，串行輸出為 Q

3、D 74X194 雙向并入并出移位寄存器 5、 s1s0通過構成多路復用器來實現(xiàn)功能變換 電子科技大學光電信息學院陳德軍 移位寄存器的擴展 CLK CLR S1 S0 LIN RIN A B C D QD QC QB QA Ex1：用 194實現(xiàn) 3位移位寄存器 0 1 串入 串出 Ex2：用 194實現(xiàn) 8位移位寄存器 CLK CLR S1 S0 LIN RIN A B C D QD QC QB QA CLK CLR S1 S0 LIN RIN A B C D QD QC QB QA 1 0 CP 串入 串出 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用移位寄存器實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測器 CLK CLR S1

4、S0 LIN RIN A B C D QD QC QB QA Ex3：請用 194實現(xiàn)“ 1011”數(shù)據(jù)檢測器 步驟： 1、待檢測序列長度 為 4，所以選擇 4位 移位寄存器； 2、將待檢測序列從狀 態(tài)輸出中解讀出來； （組合邏輯） X為待檢測序列， 將之接在串行輸入端； 狀態(tài)輸出（并行輸出） 即近幾個時鐘 脈沖內串行輸入的值； CP 1 1 0 X F 選擇左移 電子科技大學光電信息學院陳德軍 反饋移位寄存器 串入端輸入為反饋函數(shù) F的移位寄存器，叫做反饋移位寄存器； 反饋函數(shù)為移位寄存器并行輸出（狀態(tài)輸出）的函數(shù)； 反饋移位寄存器可以實現(xiàn)一些具有移位特性的狀態(tài)機； CP 串行輸入 串行輸出

5、 D Q QN CLK D Q QN CLK D Q QN CLK D Q QN CLK Q0 Q1 Q2 Q3 F（ Q0， Q1， Q2， Q3） 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用反饋移位寄存器實現(xiàn)環(huán)行計數(shù)器 ex4：用 194實現(xiàn) 3位環(huán)行計數(shù)器 首先看環(huán)行計數(shù)器的狀態(tài)機，是不是具有移位特性 100 Q2Q1Q0 010 001 100的次態(tài)，可以做如下的分 析 010： 0由反饋函數(shù)而得 來； 10由環(huán)行計數(shù)器狀態(tài)機移 位特性而得來 該狀態(tài)機的移位方向為 Q2Q1Q0；其中 D2為串行輸入 端；而 Q0為串行輸出端 然后選擇 3位的移位寄存器，并求其反饋函數(shù)： 反 饋函數(shù)的輸出值其實

6、就是次態(tài)串行輸入值 ； F=0 F=0 F=1 然后通過卡諾圖求反饋函數(shù)表達式； Q2Q1 Q0 F 00 01 11 10 0 1 d 1 0 d d d 0 d F=Q0 CLK CLR S1 S0 LIN RIN A B C D QD QC QB QA CP 1 1 0 然后實現(xiàn)； 串入 串出 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用反饋移位寄存器實現(xiàn)扭環(huán)計數(shù)器 ex5：用移位寄存器實現(xiàn) 3位扭環(huán)計數(shù)器（最小成本設計） 000 Q2Q1Q0 001 111 011 100 110 1、選用 3位移位寄存器 2、求反饋函數(shù) 根據(jù)移位特性可知： Q0端為串入； Q2為串出端； 某個狀態(tài)的反饋函數(shù)的

7、輸出就等于 其次態(tài)串入的值； F=1 F=1 F=1 F=0 F=0 F=0 Q2Q1 Q0 F 00 01 11 10 0 1 1 1 d 1 0 0 0 d F=Q2 電路圖在下頁 最小成本設計把未用狀態(tài)的反饋函 數(shù)看成任意項；最小風險設計要對 未用狀態(tài)的反饋函數(shù)進行討論 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用反饋移位寄存器實現(xiàn)扭環(huán)計數(shù)器續(xù) CP 串行輸入 串行輸出 D Q QN CLK D Q QN CLK D Q QN CLK Q0 Q1 Q2 最小成本設計 3位扭環(huán)計數(shù)器 ex6：用移位寄存器實現(xiàn) 3位扭環(huán)計數(shù)器（最小風險設計） 最小風險設計，要對未用狀態(tài)進行討論；討論的原則為，在不改變

8、移位 特性的基礎上，對位用狀態(tài)的次態(tài)進行討論 000 Q2Q1Q0 001 111 011 100 110 F=1 F=1 F=1 F=0 F=0 F=0 兩個未用狀態(tài) 101的次態(tài)應為 01d；其中 01 由移位特性所決定； d為反饋 函數(shù)所決定；選擇 d為 1，這 樣 101次態(tài)為 011 同理可設 010的次態(tài)為 101， 這樣既不改變移位特性，也 使風險消除 101 010 F=1 F=1 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用反饋移位寄存器實現(xiàn)扭環(huán)計數(shù)器續(xù) 接上頁，求反饋函數(shù) Q2Q1 Q0 F 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 F=Q2+Q1Q0 =（ Q

9、2 （ Q1Q0） CP 串行輸入 串行輸出 D Q QN CLK D Q QN CLK D Q QN CLK Q0 Q1 Q2 最小風險設計的 3位扭環(huán)計數(shù)器 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用移位寄存器實現(xiàn)序列信號發(fā)生器 序列信號發(fā)生器：能夠產生一個串行序列的狀態(tài)機 Ex7：請用移位寄存器設計一個序列發(fā)生器，能夠輸出串行序列“ 101110”； （最小成本設計） 實現(xiàn)方法 1：移位寄存器實現(xiàn) 實現(xiàn)方法 2：計數(shù)器 +組合邏輯 步驟一：通過移位特性構建狀態(tài)圖（要求狀態(tài)圖中不能出現(xiàn)重復狀態(tài)）； 如果選則兩位： 10 01 11 11 10 有重復狀態(tài)，舍棄 如果選則三位： 101 011 11

10、1 110 101 010 有重復狀態(tài)，舍棄 如果選則四位： 1011 0111 1110 1101 1010 0101 沒有重復狀態(tài)，選用該狀態(tài)機 轉下頁 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用移位寄存器實現(xiàn)序列信號發(fā)生器續(xù) 1011 0111 1110 1101 1010 0101 步驟二：上面狀態(tài)圖存在移位特性，根據(jù)其移位特性求其反饋函數(shù)； Q3Q2Q1Q0 Q3為串出； Q0為串入；反饋函數(shù)的輸出即次態(tài)的串入 F=1 F=0 F=1 F=0 F=1 F=1 Q3Q2 Q1Q0 00 01 11 10 00 01 11 10 F d d 0 d d 1 0 d 0 d 1 d d 1 1 d

11、 F=Q3Q1+Q3Q1 電路在下頁； 請同學們完成最小風險設計！ 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用移位寄存器實現(xiàn)序列信號發(fā)生器續(xù) CP 串行輸入 串行輸出 D Q QN CLK D Q QN CLK D Q QN CLK D Q QN CLK Q0 Q1 Q2 Q3 最小成本設計的“ 101110”序列發(fā)生器 電子科技大學光電信息學院陳德軍 用計數(shù)器實現(xiàn)序列信號發(fā)生器 Ex8：請用計數(shù)器 163和多路復用器 151設計一個序列發(fā)生器，能夠輸出串 行序列“ 101110”； 步驟一：將 163變成模為 6的計數(shù)器； 步驟二：一個時鐘（狀態(tài)輸出）對應一位的序列發(fā)生，通過組合邏輯完成這個轉換； 詳情請參照計數(shù)器課件 電子科技大學光電信息學院陳德軍 0 1 2 3 4 14 13 12 11 10 5 6 9 8 7 15， 1 CLK CLR S1 S0 LIN RIN A B C D QD QC QB QA 電子科技大學光電信息學院陳德軍 S R CP CP D Q QN D Q QN PR CLR D Q QN EN Q QN D Q QN CLK F Q QN CLK D Q QN CLK