2301_78348767 2023-12-10 19:48 采纳率: 0%
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设计一个时序电路,使其状态按2421(B)循环,并能自启动

设计一个时序电路,使其状态按2421(B)循环,并能自启动,要求提供设计电路图

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  • 专家-赤兔[在线] 2023-12-10 19:52
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    设计一个时序电路,使其状态按照2421(B)循环,并且能够自启动。这里使用D触发器或四位二进制触发器来实现。

    1. 电路分析与功能描述
    时序电路需要具有以下功能:

    • 状态按照2421(B)循环,即0 - 2 - 4 - 2 - 1 - 0;
    • 能够自启动,即电路初始状态为0,并且在每次循环的最后一个状态时回到初始状态。

    2. 电路设计步骤
    下面是设计该时序电路的具体步骤:

    2.1 状态定义
    首先定义电路的状态以及状态之间的转换关系。根据题目要求,状态为0、2、4、1四种情况,且按照0 - 2 - 4 - 2 - 1 - 0的顺序循环。

    2.2 状态转换表
    根据状态定义,可以得到以下状态转换表:

    当前状态输入信号(0或1)下一个状态
    000
    012
    204
    212
    402
    411
    100
    112

    根据状态转换表可以知道,在当前状态的基础上,输入信号(0或1)会引发下一个状态的改变。

    2.3 状态转换逻辑
    根据状态转换表,我们可以得到状态转换的逻辑表达式。

    以D触发器为例,我们需要设计两个逻辑门电路用于计算D输入信号。

    首先,根据当前状态和输入信号,计算D1和D2的逻辑表达式。

    • 对于D1:

      • 当当前状态为0,且输入信号为0时,D1 = 0;
      • 当当前状态为0,且输入信号为1时,D1 = 1;
      • 当当前状态为2,且输入信号为1时,D1 = 1;
      • 其他情况下,D1 = 0。
    • 对于D2:

      • 当当前状态为4,且输入信号为1时,D2 = 1;
      • 当当前状态为1,且输入信号为0时,D2 = 0;
      • 其他情况下,D2 = 1。

    3. 电路设计与实现
    根据上述设计步骤,可以得到以下电路图:

                   _______       _______                 _______       _______
         Clk    _|       |    _|       |              _|       |    _|       |
        ________|       |___|       |_______________|       |___|       |
               _| CLK/2  |_             _____            _______       _______
              |    | 2^0  | \          |     |          |       |     |       |
              |          |  |D1        |     |          |       |     |       |
              |    3FF   |___\ _______| AND |__________|  XOR  |_____| AND |
              |__________|    |      |     |          |_______|     |     |
                              -----> |_____| <-------              |_____| <-------
                                   |              |                       |
                                   |              |                       |
                                   |              |                       |
                                   |              |                       |
                                   |              |                       |
                                   |              |                       |
                                   \/             \/                      \/
    

    其中,Clk是时钟信号,CLK/2是时钟频率减半后的信号。

    • 时钟信号可以通过按下电路图中的时钟按钮来提供,也可以使用555定时器芯片等其他方式来提供。
    • 时钟频率减半可以通过D触发器的时钟信号输入,并使用逻辑门电路来实现。在电路图中,CLK/2即为时钟频率减半后的信号。

    D触发器的D1和D2输入由逻辑门电路计算获得。逻辑门电路包括了AND门和XOR门。

    根据上述的逻辑表达式和电路图,可以用逻辑门的真值表来验证设计的正确性。

    4. 代码实现
    这里给出一个基于Verilog HDL的代码实现示例,实现了一个D触发器。

    module D_flip_flop (
      input wire Clk,        // 时钟信号
      input wire Reset,      // 复位信号
      input wire D,          // D输入信号
      output reg Q           // 输出信号
    );
    
      always @(posedge Clk or posedge Reset) begin
        if (Reset) begin
          Q <= 0;   // 复位时输出为0
        end else begin
          Q <= D;   // 根据D输入信号更新输出
        end
      end
    
    endmodule
    

    这段代码实现了D触发器的功能,其中包含了时钟信号Clk、复位信号Reset、D输入信号D以及输出信号Q。

    在时序电路中,我们需要使用多个D触发器来实现状态的存储与转换。根据具体的状态数量,可以设置对应数量的D触发器,并根据状态转换表和逻辑表达式来连接和控制这些D触发器。

    5. 总结
    本设计实现了一个按照2421(B)循环的时序电路,并能够自启动。通过状态定义、状态转换表、逻辑表达式和逻辑门电路来设计和实现该时序电路,最后给出了Verilog HDL的示例代码来描述D触发器的功能。

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