7.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機在數(shù)字系統(tǒng)設計中，把規(guī)模較大的系統(tǒng)從邏輯上劃分為控制電路和運算電路兩大部分，運算電路實現(xiàn)對信號進行運算和傳遞，而控制電路則是保證運算電路的數(shù)據(jù)處理按規(guī)定的微操作序列進行運算電路任務：接受控制單元發(fā)出控制信號，完成信息的加工和存儲，并檢驗信息間的函數(shù)關系，產(chǎn)生狀態(tài)變量控制電路核心是時序電路，本質(zhì)是一個狀態(tài)發(fā)生器基本功能：對指令流和數(shù)據(jù)流實施時間上和空間上的正確控制狀態(tài)發(fā)生器的主要兩個功能是：寄存控制單元的現(xiàn)態(tài)和生成次態(tài)。若采用觸發(fā)器作為寄存器狀態(tài)的元件，就可以用觸發(fā)器的狀態(tài)組合來表示控制單元的狀態(tài)1/3/202317.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）一個電路的輸入端可能有很多轉(zhuǎn)移表達式，其值為1時，會發(fā)生相應轉(zhuǎn)移互斥性：對應某種輸入，只有一個次態(tài)完備性：對應某種輸入，總有一個次態(tài)1/3/20232000111110101100A’A’A’A’A’B’A’BAAAABAB’A7.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）例：設計一個時鐘同步狀態(tài)機來控制雷鳥車尾燈？如何采用轉(zhuǎn)移表達式畫狀態(tài)圖1/3/202337.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）

雷鳥車尾每邊有3個燈，這些燈輪流順序亮起，以表示車子的轉(zhuǎn)向；狀態(tài)機有2個輸入信號(LEFT和RIGHT)，它們分別表示駕駛員左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的要求。另外還有1個應急閃爍輸入(HAZ)，它要求車尾燈工作在告警狀態(tài)，即所有6個燈輪流協(xié)調(diào)地閃爍。還假設有一個單獨運行時鐘信號，該信號的頻率等于這些燈所要求的閃爍頻率。1/3/202347.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）輸入：LEFT，RIGHT，HAZ，（時鐘）輸出：LC，LB，LA，RA，RB，RC共有8個狀態(tài)，其中IDLE為空閑狀態(tài)（沒有燈發(fā)光）；L1表示左轉(zhuǎn)時，1個燈亮；LR3告警狀態(tài)1/3/20235問題2：在IDLE狀態(tài)時，如果LEFT和HAZ同時有效會怎么樣？7.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）輸出的數(shù)目太多，單獨列出一個輸出表而不是把輸出值直接寫在狀態(tài)圖中每一個輸出變量表示為使其值為1的輸入變量之和問題1：可以用L1、L2等直接做輸出？即：在IDLE狀態(tài)時，次態(tài)是往L1還是LR3，存在二異性1/3/20236狀態(tài)圖必須沒有二義性，即離開每一個狀態(tài)的弧線上所標出的轉(zhuǎn)移表達式都是互斥的，并且是完備的。7.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）互斥性：在離開每一狀態(tài)的弧線上所標的任意一對轉(zhuǎn)移表達式的邏輯積等于0。完備性：在離開每一狀態(tài)的弧線上所標的所有轉(zhuǎn)移表達式的邏輯和等于1。右圖無二義性圖7-63雷鳥車尾燈的正確狀態(tài)圖如何判斷無二異性？1/3/20237完備性：在離開每一狀態(tài)的弧線上所標的所有轉(zhuǎn)移表達式的邏輯和等于1?；コ庑则炞C：令狀態(tài)LEFT為狀態(tài)A，RIGHT：B，HAZ：C互斥性：在離開每一狀態(tài)的弧線上所標的任意一對轉(zhuǎn)移表達式的邏輯積等于0。對狀態(tài)IDLE而言：(LEFT·HAZ’·RIGHT’)·(LEFT+RIGHT+HAZ)’=(A·C’·B’)·(A+B+C)’=AB’C’·A’B’C’=0對狀態(tài)IDLE而言：(A·C’·B’)+(A+B+C)’+B·C’·A’+(C+A·B)=AB’C’+A’B’C’+A’BC’+AB+C=1（卡諾圖中所有方塊內(nèi)全為1）完備性驗證：7.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）1/3/20238

有沒有更好的改進？一旦左轉(zhuǎn)循環(huán)或者右轉(zhuǎn)循環(huán)開始了，即使HAZ有效的話，這個循環(huán)也可以進行到最后，（一旦出故障，可以立即進入告警模式嗎？）

問題37.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）1/3/202397.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）初態(tài)：000；左轉(zhuǎn)：Q2=0，Q1Q0用葛萊碼；右轉(zhuǎn)：Q2=1，Q1Q0用葛萊碼；全亮：100。一個更好的改進對駕駛員來說，一有可能就進入告警模式會更安全些1/3/2023107.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）1/3/202311Q2Q1Q0 000 001 010 011 100 101 110 111000 000 100 101 100 001 101 100 100001…………111 110 100 110 100 110 100 110 100LEFTRIGHTHAZQ2*Q1*Q0*表7-8，7-17均無二異性表7-8次態(tài)是輸入和現(xiàn)態(tài)的函數(shù)表7-17次態(tài)是輸入（轉(zhuǎn)移表達式，輸入的變形形式）和現(xiàn)態(tài)的函數(shù)雷鳥車尾燈轉(zhuǎn)移表7.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）1/3/202312LCLBLARARBRC0000000000000000000000001111111111111111111111117.5用狀態(tài)圖設計狀態(tài)機（續(xù)）雷鳥車尾燈狀態(tài)、輸出表1/3/2023137.6用轉(zhuǎn)移表綜合狀態(tài)機

轉(zhuǎn)移方程轉(zhuǎn)移方程是根據(jù)前面狀態(tài)和輸入來定義每個下一狀態(tài)變量V*下一狀態(tài)變量V*的轉(zhuǎn)移方程可以寫成為一種混合求和范式：即：轉(zhuǎn)移方程中對應于V*列中值為1的每一行，都有一個轉(zhuǎn)移p項一個轉(zhuǎn)移p項就是該行當前狀態(tài)的最小項與轉(zhuǎn)移表達式的乘積。轉(zhuǎn)移列表可以看成是一種混合的真值表1/3/2023147.6用轉(zhuǎn)移表綜合狀態(tài)機（續(xù)）激勵方程使用D觸發(fā)器時，若Qi*=表達式，則Di=表達式使用其它觸發(fā)器時，要建立激勵產(chǎn)生表，如p418。1/3/2023157.6用轉(zhuǎn)移表綜合狀態(tài)機（續(xù)）

其他方法由轉(zhuǎn)移列表獲得轉(zhuǎn)移方程和激勵方程，如果在某個下一狀態(tài)變量的列中，0的個數(shù)比1的個數(shù)要少得多，就可以利用這一特性先寫出該狀態(tài)變量列的關于0元素的轉(zhuǎn)移方程。即：Q2*的方程，只需要對上式兩邊求補即可Q2*=(Q2+Q1+Q0+HAZ+RIGHT)(Q2+Q0’+HAZ)(Q1’+Q0)(Q2’+Q0)1/3/2023167.6用轉(zhuǎn)移表綜合狀態(tài)機（續(xù)）利用轉(zhuǎn)移列表中的0值而直接得到下一狀態(tài)變量V*的表達式：Q2*=(Q2+Q1+Q0+(LEFT+HAZ+RIGHT)’)·(Q2+Q1+Q0+LEFT·HAZ’·RIGHT’)·(Q2+Q1+Q0’+HAZ’)·(Q2+Q1’+Q0’+HAZ’)·(Q2+Q1’+Q0)·(Q2’+Q1’+Q0)·(Q2’+Q1+Q0)某一行的轉(zhuǎn)移s項即是該行當前狀態(tài)的最大項與該行轉(zhuǎn)移表達式之和。轉(zhuǎn)移方程將V*表示成“或-與”式。1/3/2023177.7其他狀態(tài)機設計舉例設計一個時鐘同步狀態(tài)機（“猜謎游戲”機），它有4個按鈕輸入G1～G4和4個燈輸出L1～L4，按鈕和燈都有一個編號。另外，還有一個ERR信號輸出與一個紅燈相連。4個燈在時鐘控制下，輪流地被點亮，時鐘頻率為4Hz。按下一個按鈕，就有一個輸入Gi為有效。如果在時鐘觸發(fā)沿所測得Gi與時鐘觸發(fā)沿到來前就有效的燈輸出不相同的話，ERR信息有效，紅燈被點亮。一旦完成了一次猜測，游戲就停止并且ERR輸出會維持1個或多個時鐘周期，直到輸入Gi被取消，游戲又恢復進行。1/3/2023187.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）?問題：在STOP狀態(tài)時無法記住“猜測”的結(jié)果是否正確1/3/2023197.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）當使用者想要通過同時按下2個或者多個按鈕，或者通過在停止狀態(tài)時改變他的猜測方式來愚弄機器的話，就要求機器進入SERR狀態(tài)。解決辦法：設置兩個停止狀態(tài)如何使游戲更具挑戰(zhàn)性？1/3/2023207.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）1/3/202321輸出方程7.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）轉(zhuǎn)移方程1/3/2023227.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）猜謎游戲的狀態(tài)圖有6個狀態(tài)，而實際的狀態(tài)機是由3個觸發(fā)器所構(gòu)成，具有8個狀態(tài)。將未用狀態(tài)從轉(zhuǎn)移列表中刪除，從十分有限的意義上來說，是把它們當成為“無關狀態(tài)”：猜謎游戲狀態(tài)機中對于所有的輸入取值組合，未用狀態(tài)的下一狀態(tài)編碼都會是100當機器陷入未用狀態(tài)時安全的、可以接受的特性，因為100是正常狀態(tài)（SOK）的編碼。

未用狀態(tài)1/3/2023237.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）輸出編碼狀態(tài)賦值∵機器的輸出只是狀態(tài)的函數(shù)∴用輸出作為狀態(tài)變量，而且給每一個已命名的狀態(tài)賦予所要求的組合與優(yōu)先編碼器比較1/3/202324輸出編碼狀態(tài)賦值得到的激勵方程，有時會比采用最小狀態(tài)變量法進行狀態(tài)賦值所得到的激勵和輸出方程要簡單。在表7-18的轉(zhuǎn)移列表中，每個下一狀態(tài)列中的1的個數(shù)都很少，所以每個轉(zhuǎn)移/激勵方程所包含的轉(zhuǎn)移p項也很少：7.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）無輸出方程1/3/2023257.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）

“無關”狀態(tài)編碼在表7-19中，5變量的32種編碼狀態(tài)只用了6種，剩余都是未用的且這些未用狀態(tài)的下一狀態(tài)都是00000另一種未用狀態(tài)的處理方法：就是在給當前狀態(tài)進行編碼狀態(tài)賦值時，通過謹慎地應用“無關”項來實現(xiàn)的轉(zhuǎn)移方程：每一個可能的當前狀態(tài)變量組合對應于編碼狀態(tài)中的一個（例如，10111＝S1，00101＝S3）1/3/2023267.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）1/3/2023277.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）例：機器不小心進入狀態(tài)01011（S2類中之一），當轉(zhuǎn)移表達式為G1’G2’G3’G4’時，下一狀態(tài)是S3S2全部類S3G1’G2’G3’G4’1/3/2023287.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）例：設計一個序列檢測器，用來檢測串行二進制序列，每當連續(xù)輸入三個（或三個以上）1時，序列檢測器的輸出為1，其他情況下輸出為0。解第一步做原始狀態(tài)圖和狀態(tài)表典型輸入、輸出序列如下：輸入X0111011110輸出Z0001000110設電路的初始狀態(tài)為AX輸入第一個1時 檢測器的狀態(tài)為

BX輸入11CX輸入111D1/3/202329ABCD001/10/01/01/01/10/0狀態(tài)S輸入X/輸出Z0/0次態(tài)/輸出ABCD現(xiàn)態(tài)

X=0X=1A/0A/0A/0A/0B/0C/0D/1D/1原始狀態(tài)圖第二步狀態(tài)化簡次態(tài)/輸出ABC現(xiàn)態(tài)

X=0X=1A/0A/0A/0B/0C/0D/1已化簡的轉(zhuǎn)移/輸出表原始狀態(tài)表7.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）1/3/202330第三步狀態(tài)編碼次態(tài)/輸出000111現(xiàn)態(tài)

Q1Q0

X=0X=100/000/000/001/011/011/1確定狀態(tài)A的編碼為00

狀態(tài)B的編碼為01

狀態(tài)C的編碼為11狀態(tài)表第四步選擇觸發(fā)器選擇J-K觸發(fā)器第五步構(gòu)造激勵表假設未用狀態(tài)轉(zhuǎn)移到000（最小冒險法）XQ2Q1Q2*Q1*J2K2J1K1Q2*Q1*J2K2J1K1Z00000d

0d010d1d001000dd1111dd001100d1d111d0d011000d10d00d10d00 1完整的狀態(tài)表、激勵表與輸出表7.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）1/3/202331第七步由激勵表推導出激勵方程第八步由狀態(tài)表推導出輸出方程J2=XQ1K2=Q1’J1=XQ2K1=XZ=Q2Q1第九步由激勵方程和輸出方程畫邏輯電路圖思考：實現(xiàn)相同的功能，Moore型狀態(tài)機與Mealy狀態(tài)機所需的狀態(tài)個數(shù)一樣嗎？7.7其他狀態(tài)機設計舉例（續(xù)）1/3/2023327.8狀態(tài)機的分解

大型的狀態(tài)機也很難概念化、設計以及調(diào)試。面對大型狀態(tài)機的問題時，設計者常常要尋找機會使用較小的狀態(tài)機集合來解決問題。

有一個較為完善的狀態(tài)機分解理論，可以用來分析任何給定的單片式狀態(tài)機，以確定該狀態(tài)機是否可以用較小型的狀態(tài)機的集合來實現(xiàn)。例：主機開始啟動計數(shù)器工作，這時它希望在某個特定的主狀態(tài)能保持n個時鐘觸發(fā)沿；當?shù)趎個時鐘觸發(fā)沿發(fā)生時，子機計數(shù)器使得一個DONE信號有效。把主機設計成一直處于等待狀態(tài)直到DONE信號有效為止。這個要求使得主機增加了一個額外的輸入和一個額外的輸出（START和DONE），但是卻減少了n-1個狀態(tài)。1/3/2023337.8狀態(tài)機的分解（續(xù)）要使得游戲更具有挑戰(zhàn)性，可以使時鐘頻率為原來的2倍或是3倍，并且讓燈保持原來狀態(tài)的時間為任意長。這樣游戲者就真正要做出判斷：某一盞燈在某一狀態(tài)上保持的時間是否足以讓他按下按鈕。1/3/202334EN有效時，才能從S3變到下一狀態(tài)S41/3/202335

一個有n個反饋回路的電路，有2n種狀態(tài)。反饋回路是記憶元件，儲存著電路當前的狀態(tài)。反饋時序電路內(nèi)部狀態(tài)的變化直接由輸入變化引起，故用總態(tài)表示電路所處的狀態(tài)，它是內(nèi)部狀態(tài)和輸入狀態(tài)的組合。7.9反饋時序電路各種類型的鎖存器和觸發(fā)器等，都是反饋時序電路，它們都有一個或者多個反饋回路。1/3/2023367.9反饋時序電路（續(xù)）穩(wěn)定的總態(tài)表明由當前的內(nèi)部狀態(tài)和輸入狀態(tài)所確定的下一個內(nèi)部狀態(tài)與當前的內(nèi)部狀態(tài)相同。如果下一個內(nèi)部狀態(tài)與當前的內(nèi)部狀態(tài)不同，則當前的總態(tài)是一個不穩(wěn)定的總態(tài)。

對于反饋時序電路來說，不允許多個輸入同時發(fā)生變化，而且兩次變化之間的時間不能太短。反饋時序電路是基本模式電路的一種形式。反饋時序電路對輸入的限制條件1/3/202337其輸入一般不允許同時變化，分析中，假設每一次只有一個輸入發(fā)生變化，兩次連續(xù)變化的時間間隔，足以使電路達到一個穩(wěn)定的內(nèi)部狀態(tài)如反饋時序電路這樣的基本模式電路，沒有用時鐘來控制電路在何時采樣輸入值，而是認為電路會不斷地（如果愿意的話，也可以認為是每10ns）對當前狀態(tài)和輸入值作出評判。根據(jù)每一次評判的結(jié)果，電路會轉(zhuǎn)入相應的下一狀態(tài)基本模式操作的本質(zhì)：大多數(shù)情況下下一狀態(tài)和當前狀態(tài)相同電路中多個輸入信號可以隨意發(fā)生變化而不會影響電路的狀態(tài)，所有的輸入值是被（時鐘觸發(fā)沿）采樣的，所以引起狀態(tài)變化的時間取決于時鐘信號7.9反饋時序電路（續(xù)）基本模式電路帶時鐘控制的電路1/3/2023387.9.1分析

D鎖存器的反饋分析通過插入一個虛構(gòu)的緩沖器就能將回路斷開，緩沖器的輸出定義為Y圖7-73D鎖存器的轉(zhuǎn)移表激勵方程1/3/2023397.9.1分析（續(xù)）每一個穩(wěn)定的總狀態(tài)都用一個圓圈圈住D鎖存器轉(zhuǎn)移表狀態(tài)表狀態(tài)和輸出表幾個轉(zhuǎn)移分析對任何一個期望的輸入變化序列所引起的電路行為進行跟蹤。1/3/2023407.9.1分析（續(xù)）沒有任何事情會真正地同時發(fā)生。從電路操作的觀點看，一組n個輸入看來是“同時地”變化，實際上是以n!個不同順序中的任何1種順序在發(fā)生變化。與“同時地”的概念密切相關的時間間隔，就是D鎖存器的建立和保持時間窗。若D信號在建立和保持時間窗內(nèi)的任何時刻變化，則觸發(fā)器的輸出就不可預測，并可能進入亞穩(wěn)態(tài)1/3/2023417.9.1分析（續(xù)）假設：起始的穩(wěn)定總狀態(tài)為S1/11?，F(xiàn)在假設C和D同時變?yōu)?，而實際上電路表現(xiàn)是好像某個輸入先變成0。假設是C先變成0，于是兩個向左的箭頭表明電路最終達到穩(wěn)定的總狀態(tài)S1/00。然而，如果是D先發(fā)生變化，那么另一組箭頭序列表明了電路最終達到穩(wěn)定的總狀態(tài)S0/00。所以，電路最終的狀態(tài)是不可預測的，這就暗示著：如果硬要讓C和D同時為0的話，反饋回路實際上就變成是亞穩(wěn)態(tài)的了。C先變D先變C再變D再變1/3/2023427.9.2分析多反饋回路電路所以，

在多反饋回路電路中，必須斷開所有的回路，并且為每一個斷開了的回路設置一個虛構(gòu)緩沖器和狀態(tài)變量才能便于分析。有許多種斷開方式，斷點數(shù)最少的方式是最好的，但可能有多種。由不同的最小割集得到的狀態(tài)/輸出表所表示的輸入/輸出特性是一樣的，只是狀態(tài)的命名和編碼不同而已。如果采用多于最小斷點數(shù)的割集去分析反饋時序電路，所得到的狀態(tài)/輸出表仍可以正確地描述電路特性。但是，因為假設多用了m個斷點，分析過程中所用到的狀態(tài)變量數(shù)增大了2m倍，其中m是額外的斷點數(shù)。采用形式化狀態(tài)最小化過程可以將這個較大的表簡化為合適的大小，但是，最好還是在一開始就選用最小割集為好。為了使得存儲在每個回路的下一狀態(tài)值可以被預測為電路的輸入值及存儲在所有回路中的當前值的一個函數(shù)，即Q*=f(Q,X)1/3/2023437.9.2分析多反饋回路電路（續(xù)）74LS741/3/2023441/3/2023457.9.2分析多反饋回路電路（續(xù)）圖7-79圖7-78中D觸發(fā)器的轉(zhuǎn)移表激勵和輸出方程：1/3/2023467.9.3競爭在反饋時序電路中，競爭（race）是指一個輸入信號的變化，引起多個內(nèi)部狀態(tài)變量改變狀態(tài)。右圖中，當CLK信號由0變到1時，穩(wěn)定總態(tài)011/00就會發(fā)生競爭。由于競爭的存在，內(nèi)部狀態(tài)從011變到000的過程：可能是011/00→001/10→000/10(Y2的變化速度比Y3的變化速度快)；或者是011/00→010/10→000/10(Y3的變化速度比Y2的變化速度快)；或者是011/00→000/10(Y2的變化速度與Y3的變化速度一致)1112212231112212231/3/202347如果競爭的結(jié)果不會出現(xiàn)兩個不同的最終狀態(tài)，則這樣的競爭稱為非臨界競爭。否則稱為臨界競爭，它是有害的。思考：如果初始總態(tài)為010/00，當C由01時，會產(chǎn)生競爭嗎？在設計一個基于反饋的時序電路時，必須確保轉(zhuǎn)移表中沒有任何臨界競爭現(xiàn)象。否則，競爭轉(zhuǎn)移的下一狀態(tài)就會取決于溫度、電壓以及月亮的圓缺，從而使得電路的操作存在著不可預測性。7.9.3競爭（續(xù)）1/3/2023487.9.3競爭（續(xù)）Y2變化速度＞Y3Y2變化速度＜Y3Y2變化速度=Y1產(chǎn)生臨界竟爭的兩個條件：有兩個或兩個以上的內(nèi)部狀態(tài)變量（激勵）同時發(fā)生變化；對于每一種輸入狀態(tài)有兩個或兩個以上的穩(wěn)定狀態(tài)。11122122233011/00→001/10→000/10011/00→010→110/10→111/10011→000/101/3/2023497.9.4狀態(tài)表與流程表狀態(tài)表表示單個輸入變量變化時，電路達到新的穩(wěn)定總態(tài)時所發(fā)生的多個“跳程”。流程表刪除了多個跳程，只表示出每次轉(zhuǎn)移過程的最終目標，還去掉了未用的內(nèi)部狀態(tài)，從不會到達的狀態(tài)。

如何由狀態(tài)表衍變成流程表？1/3/2023507.9.4狀態(tài)表與流程表（續(xù)）設觸發(fā)器的初始總態(tài)為S0/10，此時觸發(fā)器儲存0，CLK為1，D為0。

D：01，狀態(tài)和輸出都不變；

CLK：10，狀態(tài)變?yōu)镾2或者S6，取決于此時的D是0還是1，但輸出依然沒變；

D：01，狀態(tài)在S2和S6之間跳動，但輸出仍不變；

CLK：01，狀態(tài)變?yōu)镾0(初始穩(wěn)態(tài)為S2/00)或S7(初始穩(wěn)態(tài)為S6/01)，輸出Q變?yōu)?或為1，這取決于此時的狀態(tài)是S2還是S6。觸發(fā)器的邊沿觸發(fā)特性分析1/3/2023517.10反饋時序電路設計鎖存器：任何只有一個反饋回路的電路，都只不過是一個S-R觸發(fā)器或者是D鎖存器的變形。它們的一般結(jié)構(gòu)和激勵方程如下所示。

S-R和D鎖存器的激勵方程如下：1/3/2023527.10反饋時序電路設計（續(xù)）對于D鎖存器：C=D=1時，Q*=1；C：10時，Q*應鎖存在1。但除非反相器的速度非常快，否則，反饋回路將鎖存在0狀態(tài)。111010001不可靠的D鎖存器無冒險D鎖存器S-R鎖存器1/3/2023537.10反饋時序電路設計（續(xù)）1/3/2023547.10.2設計基本模式流程表原始流程表：表中的每一行只有一個穩(wěn)定的總狀態(tài)。每一個狀態(tài)都具有比較精確的“含義”，但通常包含一些多余的狀態(tài)。例1：設計一個具有2個輸入，即P（脈沖）和R（復位），1個輸出Z的反饋時序電路。每當P從0變到1（即脈沖出現(xiàn)）時，輸出被置為1；而每當R為1（即進行復位）時，輸出就被復位為0。1/3/202355原始流程表相容IDLE相容RES相容PLS狀態(tài)激勵狀態(tài)S*

輸出

S

PR=00 PR

=01

PR

=11

PR=10 ZIDLE（00）IDLERES1

--

PLS1 0RES1（01）IDLE

RES1RES2

-- 0RES2（11）--

RES1

RES2PLSN 0PLSN（10）IDLE

--

RES2

PLSN 0PLS1（10）PLS2--

RES2

PLS1 1PLS2(00) PLS2 RES1 -- PLS117.10.2設計基本模式流程表（續(xù)）已知PR/Z：00/0 10/1，且01，11/0

(RES1,01)/O (RES2,11)/0 (PLSN,10)/0(IDLE,00)/0 (PLS1,10)/1 (PLS2,00)/1

S*,PR/Z1/3/2023567.10.2設計基本模式流程表（續(xù)）

注意：當每一列都有了一個穩(wěn)定的狀態(tài)后，要盡量使更多的轉(zhuǎn)移進入這些狀態(tài)，而不是總要定義新的狀態(tài)。只有在這些狀態(tài)不能利用時才定義新的狀態(tài)。含義S 00 01 11 10 ZPR空閑，等待脈沖 IDLE IDLE RES1 -- PLS1 0重置，無脈沖 RES1 IDLE RES1 RES2

-- 0捕獲脈沖，輸出為1 PLS1 PLS2

-- RES2 PLS1 1重置，獲得脈沖 RES2 -- RES1 RES2 PLSN 0錯過脈沖，輸出為1 PLS2 PLS2 RES1 -- PLS1 1捕獲脈沖，但輸出為0 PLSN IDLE -- RES2 PLSN 0S*1/3/202357例2：某反饋時序電路的輸入為x2和x1，輸出為Z。當輸入x2x1的變化序列為000111時,

輸出Z為1,否則Z為0。試根據(jù)總態(tài)圖作出該電路的原始流程表。

解：作總態(tài)圖作原始流程表二次狀態(tài)激勵狀態(tài)/輸出狀態(tài)（Y2Y1/Z）

yx2x1=00

01

11101

1/022/03

3/04

4/15

5/06

6/0完善原始流程表7.10.2設計基本模式流程表（續(xù)）(1,00)/0(2,01)/0(3,10)/0(4,11)/1(5,11)/0(6,01)/0Y*,x2x1/Z1/3/202358例3：某電平異步時序電路的輸入為x1和x2，輸出為Z。輸入與輸出之間的邏輯關系為：只要x1=0，輸出Z就為0；當x1=1時，x2的第一次跳變使輸出Z=1，直到x1由10時，輸出Z才由10。試作出該電路的原始流程表。

解：做總態(tài)圖7.10.2設計基本模式流程表（續(xù)）已知x1x2/Z為00，01/0；1011/1，1110/1(1,00)/0(5,01)/0(2,10)/0(6,11)/0(3,11)/1(4,10)/11/3/202359內(nèi)部狀態(tài)激勵狀態(tài)/輸出狀態(tài)（Y/Z）

yx1x2=00

01

11101

1/02/-2

3/-2/03

3/14/-41/-

4/1內(nèi)部狀態(tài)激勵狀態(tài)/輸出狀態(tài)（Y/Z）

yx1x2=00

01

11101

1/05/-

-/-2/-21/-

-/-

3/-

2/03

-/-

5/-3/14/-41/-

-/-3/-

4/151/-

5/0

6/--/-6-/-

5/-

6/04/-完善部分流程表根據(jù)總態(tài)圖做原始流程表7.10.2設計基本模式流程表（續(xù)）1/3/2023607.10.3流程表的最小化可用形式化方法來最小化原始流程表，這通常要利用流程表中的無關項。對于簡單的流程表，也可以通過觀察來完成簡化。含義S 00 01 11 10 ZPR空閑，等待脈沖 IDLE IDLE IDEL RES PLS 0捕獲脈沖，輸出為1 PLS PLS IDEL RES PLS 1重置，獲得脈沖 RES IDEL IDEL RES RES 0狀態(tài)IDLE和RES1，PLS1和PLS2、RES2和PLSN產(chǎn)生相同的輸出，并且對于相同的輸入取值組合，它們有相同的下一狀態(tài)。因此，它們是相容的，可以分別用IDLE、PLS和RES來代替。合并后狀態(tài)“意義”比較含糊。1/3/2023617.10.4無競爭狀態(tài)賦值法反饋時序電路的回路一定不能包含任何的臨界競爭，否則電路的操作就不可預測。要想消除競爭，常常需要增加電路中狀態(tài)的數(shù)目。

相鄰圖:是一個簡化了的狀態(tài)圖，它去掉了自回路并且沒有標出轉(zhuǎn)移方向(即A→B和B→A相同），或者引起轉(zhuǎn)移的輸入組合相鄰圖1/3/2023627.10.4無競爭狀態(tài)賦值法（續(xù)）避免競爭的四種方法：1、用合理的賦值來避免競爭（將有相鄰轉(zhuǎn)換關系的狀態(tài)分配相鄰的二進制代碼）例1：圖7-93的狀態(tài)賦值

兩個狀態(tài)如果在狀態(tài)相鄰圖中有弧線相連，這兩個狀態(tài)就稱做是相鄰的（相鄰狀態(tài)（adjacentstates））要得到無競爭的轉(zhuǎn)移，相鄰狀態(tài)的編碼只能有一位不同1/3/202363

例2：給下圖所示的狀態(tài)賦值內(nèi)部狀態(tài)激勵狀態(tài)

x1x2=00x1x2=01x1x2=11x1x2=10AA

CBABABBBCCCDADCDDDABCD狀態(tài)相鄰圖y2y101ACDB017.10.4無競爭狀態(tài)賦值法（續(xù)）1/3/2023647.10.4無競爭狀態(tài)賦值法（續(xù)）

2、通過增加一些多余的、非穩(wěn)定的過渡狀態(tài)來避免競爭。（用過渡狀態(tài)將不相鄰狀態(tài)連接起來，使它們每變化一次都是作相鄰轉(zhuǎn)換）1/3/2023657.10.4無競爭狀態(tài)賦值法（續(xù)）例3：增加過渡狀態(tài)的狀態(tài)賦值

y2y101ADCB01內(nèi)部激勵狀態(tài)狀態(tài)

x2x1=00x2x1=01x2x1=11x2x1=10AA

AB

CB

-

CB

CCACC

C內(nèi)部激勵狀態(tài)狀態(tài)

x1x2=00x1x2=01x1x2=11x1x2=10AA

ABDB-CBCCDCCCDA--CABCD增加過渡狀態(tài)的狀態(tài)相鄰圖ABC原始狀態(tài)相鄰圖AC輸入由10去CA輸入由00去1/3/202366ABCD00，0101，10，1111101110,010000X2X17.10.4無競爭狀態(tài)賦值法（續(xù)）101/3/2023677.10.4無競爭狀態(tài)賦值法（續(xù)）

3、用n維編碼來滿足最大連接度為n的無競爭狀態(tài)賦值要求。圖7-97最壞情況的情景(a)4狀態(tài)相鄰圖(b)采用等效狀態(tài)對的賦值脈沖捕捉器8種可能的無競爭狀態(tài)賦值之一1/3/2023687.10.4無競爭狀態(tài)賦值法（續(xù)）內(nèi)部激勵狀態(tài)狀態(tài)

x2x1=00x2x1=01x2x1=11x2x1=10AA

ACBB

ACB

BCACC

By2y101ACB

01ABC狀態(tài)相鄰圖內(nèi)部激勵狀態(tài)狀態(tài)

x2x1=00x2x1=01x2x1=11x2x1=1000