数字逻辑与系统设计 课件 第6章 典型逻辑电路.pptx

第6章典型逻辑电路;

6.1分频;

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为了避免竞争与冒险，采用触发器来锁存输出。具有输出锁存的M分频器状态转移如图6-2(a)和图6-2(b)所示，计数状态为1~K时Z为1，其他状态时Z为0。分频器电路采用如图6-2(c)所示的逻辑符号来图示。;

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【例6.1.1】设计占空比为2:1的六分频器。

解分频器共有6个状态，即0~5。占空比为2:1，即4个状态输出高电平，2个状态输出低电平。其状态图及状态表如图6-3所示。;

假定时钟信号为CP(上升沿有效)，一位输出信号为Z，3位内部状态为Q2Q1Q0。当状态Q2Q1Q0为0~3时，Z为高电平；当状态Q2Q1Q0为4和5时，Z为低电平。;

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功能仿真波形如图6-4所示。;

6.2序列发生;

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【例6.2.1】设计产生1101000101序列码的计数型序列信号发生器，给出HDL代码。

解根据计数状态和输出序列的对应关系画出如图6-6所示的状态转移图和状态转移表。;

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功能仿真波形如图6-7所示。;

【例6.2.2】设计一个能同时产生两组序列码的双序列码产生器，要求两组代码分别是：Z1=1101，Z2=01011。给出逻辑电路的HDL代码。

解序列码Z1长度为4，序列码Z2长度为5，状态如图6-8所示。;

采用统一的计数器来同时产生这两个序列，计数器模值取两者长度的最小公倍数M=20，状态值从0~19。根据序列产生规律可得如图6-9所示的状态转移图。

对于序列码Z1来说，输出为0的状态分别为2、6、10、14、18；对于序列码Z2来说，输出为0的状态分别为0、2、5、7、10、12、15、17。;

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逻辑电路的工作波形如图6-10所示。;

6.3序列检测;

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【例6.3.1】设计一个序列检测器，该检测器有一串行输入X、一个输出Z，当检测到0100111时，输出为1。

解(1)采用状态图分析法。

原始状态图如图6-12所示。;

功能仿真波形如图6-13所示。;

(2)采用移位寄存器比较法。

将待检测数据与题目中给定的序列“0100111”进行比较，如果相同，则输出Z为1；否则，输出Z为0。通过此方法实现了序列信号的检测。

设计中使用了7位寄存器，输入信号X在位同步信号CP的作用下，将七位数据移入寄存器，形成待检测序列。;

功能仿真波形如图6-14所示。;

6.4交通信号灯控制;

两个方向交通灯的变化规则如图6-16所示。;

灯控信号的功能如表6-1所示。;

输出与状态之间的关系如表6-2所示。;

交通灯控制的状态图如图6-17所示。;

功能仿真波形如图6-18所示。;

6.5数码管动态显示;

静态显示电路的结构是采用n个显示译码器与n个数码管直接相连，如图6-20所示。;

动态显示是指分时轮流驱动数码管。由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，只要轮流点亮的速度足够快，动态显示的效果和静态显示就是一样的，同时能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。;

如何实现轮流显示呢?

首先要在电路结构上满足低功耗轮流显示。因为每次只有一个数码管发光，所以每个数码管的显示不取决于输入，而是取决于COM端是否连接到有效电平(电源电压)。因此，将所有数码管的输入管脚并联在一起连接至显示译码器的输出，而每个数码管的COM端分别通过一个电控开关元件(PNP三极管)与电源相连，每个开关元件都有一个显示控制输入信号，n个数码管共有n个显示控制输入C，即C0~Cn-1。其电路如图6-21所示。;

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动态显示电路结构如图6-22所示。其工作原理是：轮流产生一个显示数码管的序号i，通过数据选择器从n个4位数值中选取相应的数据输出至显示译码器，与此同时将相对应的数码管的控制信号Ci输出有效电平，使相应的数码管COM端接通电源使之显示，其他数码管因所对应的控制信号为无效电平而保持不发光。;

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电路工作波形如图6-23所示。;

数码显示电路的仿真波形如图6-24所示。;

6.6键盘扫描;

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将该矩阵的行作为输入，列作为输出，在没有键按下去时所有列都输出高电平。为了能够检测到键被按下，从第一行开始，逐行轮流发送低电平。当第i行处于低电平时，若列j有键按下，则列j一定为低电平，而其他列都为高电平。

通过检测列输出中是否有低电平来确定是否有键按下，同时处于低电平的行和列的序号i和j的组合即可唯一确定哪个键被按下，这种方法也称为键盘扫描。

键盘扫描过程中，一旦检测到有按键按下，则立即停止扫描并滞留在当前行，直到按键释放。;

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