一种二进制序列信号检测器的3种设计方法

二进制序列信号检测器是一种能够检测输入的一串二进制编码，当该二进制码与事先设定的码一致时，检测电路输出高电平，否则输出低电平。该检测电路可广泛用于日常生产、生活及军事。例如，可以用在密码认证中，当输入密码与事先设定的密码一致时，认证成功。再如在军事领域，比较关心的是某些感兴趣的内容，而通信数据是海量且加密的，没有必要一一破译，只要破译部分关键词后，就可在侦听过程中，只检测这些关键词，一旦侦听到，立即启动记录仪，记录关键词时段的通信内容加以解密。在许多电子技术资料中也有一些序列信号检测电路的设计，但设计方法单一、扩展性不强。下面通过实例来说明电路的3种设计方法。

设计任务：设计一个二进制序列信号检测器，它有一个输入X，当接收到的序列为1001，则在上述序列输入最后一个1的同时，电路输出Z=1，否则输出为0，输入序列可以重叠。例如：当输入X的序列为0100100101001（首位在左），对应输出Z=0000100100001。

1 用分立触发器设计

触发器的种类很多，其中双端输入的JK触发器和单端输入的D触发器最具代表性。由于用D触发器设计的电路更为简单，故采用它来设计电路。

1.1 逻辑抽象

由于待检测的序列为1001，故设电路在一直输入0时的状态为S0，输入一个1以后的状态为S1，连续输入10以后的状态为S2，连续输入100后的状态为S3，连续输入1001后的状态为S4。于是得到状态转换如图1所示。

　　图1 状态转换图

选取第1、3行解释其原理：S0表示接收到的是0，当在此基础上再接收到一个0后变为00，而需要检测的序列是1001，所以电路状态仍然停留在S0上；当电路在S0的基础上接收到1后表示接收到1001序列中的第一个1，于是电路状态转为S1。同理S2表示已经接收到10，当在此基础上接收到0后变为100，电路转到S3，但是接收到1后则变为101，于是前面接收的两位代码失去作用，只有第3位的1可作为1001的第一位，所以电路状态转回S1。

通过观察状态转换表，可以发现，S1和S4在同样的输入下有同样的输出，而且状态转移后得到同样的次态。因此它们是等价的可以合并，于是，状态转换表可以化简如图2所示。

　　图2 化简后的转换表

从物理概念上也不难理解这种情况。当电路连续接收到1001后，输出为1，但序列可以重叠，故最后一个1可作为下一个1001序列的第一位，所以电路在连续接收到1001后的状态S4实际上就是S1。

1.2 编码

由化简后的状态转换表2可知，电路总共有4种状态（S0～S3），而每个触发器的输出Q可以用0或1表示两种状态，于是两个触发器的输出Q1Q0的4种00、01、10、11就可以表示这4种状态S0～S3。这个过程即为编码。

二进制序列信号检测器是一种能够检测输入的一串二进制编码，当该二进制码与事先设定的码一致时，检测电路输出高电平，否则输出低电平。该检测电路可广泛用于日常生产、生活及军事。例如，可以用在密码认证中，当输入密码与事先设定的密码一致时，认证成功。再如在军事领域，比较关心的是某些感兴趣的内容，而通信数据是海量且加密的，没有必要一一破译，只要破译部分关键词后，就可在侦听过程中，只检测这些关键词，一旦侦听到，立即启动记录仪，记录关键词时段的通信内容加以解密。在许多电子技术资料中也有一些序列信号检测电路的设计，但设计方法单一、扩展性不强。下面通过实例来说明电路的3种设计方法。

设计任务：设计一个二进制序列信号检测器，它有一个输入X，当接收到的序列为1001，则在上述序列输入最后一个1的同时，电路输出Z=1，否则输出为0，输入序列可以重叠。例如：当输入X的序列为0100100101001（首位在左），对应输出Z=0000100100001。

1 用分立触发器设计

触发器的种类很多，其中双端输入的JK触发器和单端输入的D触发器最具代表性。由于用D触发器设计的电路更为简单，故采用它来设计电路。

1.1 逻辑抽象

由于待检测的序列为1001，故设电路在一直输入0时的状态为S0，输入一个1以后的状态为S1，连续输入10以后的状态为S2，连续输入100后的状态为S3，连续输入1001后的状态为S4。于是得到状态转换如图1所示。

　　图1 状态转换图

选取第1、3行解释其原理：S0表示接收到的是0，当在此基础上再接收到一个0后变为00，而需要检测的序列是1001，所以电路状态仍然停留在S0上；当电路在S0的基础上接收到1后表示接收到1001序列中的第一个1，于是电路状态转为S1。同理S2表示已经接收到10，当在此基础上接收到0后变为100，电路转到S3，但是接收到1后则变为101，于是前面接收的两位代码