【大學(xué)課件】時序邏輯電路分析與設(shè)計方法

1、 學(xué)習(xí)要點：學(xué)習(xí)要點：時序電路分析方法http:/ 時序邏輯電路分析時序邏輯電路分析時序邏輯電路分析時序邏輯電路分析時序邏輯電路分析時序邏輯電路分析與設(shè)計方法與設(shè)計方法與設(shè)計方法與設(shè)計方法與設(shè)計方法與設(shè)計方法http:/ 態(tài)，還與前一時刻電路的狀態(tài)有關(guān)，具有記憶功 能。它主要由門電路和觸發(fā)器構(gòu)成。描述時序電路功能的方法狀態(tài)方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、狀 態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖等。根據(jù)cp控制方式不同分為同步：所有觸發(fā)器的時鐘輸入端 cp都連在一起； 異步：觸發(fā)器受不同時鐘控制。5-3-1 時序邏輯電路的分析方法時序邏輯電路的分析方法1同步時序邏輯電路的分析方法 基本分析步驟如下： （1）根據(jù)邏輯圖寫方程式

2、。 a）時鐘方程 各觸發(fā)器cp信號的來源。(同步電路可以省略) b）輸出方程 時序電路的輸出邏輯表達式，通常是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。 http:/ c）驅(qū)動方程 各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達式。 d）狀態(tài)方程 將驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程便得到該觸 發(fā)器的狀態(tài)方程。（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。 將電路現(xiàn)態(tài)的各種取值代入狀態(tài)方程和輸出方程中進行計 算，從而得到轉(zhuǎn)換真值表。（3）電路邏輯功能的說明 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表來分析和說明電路的邏輯功能。 （4）畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖 上述分析步驟可用下圖描述。邏輯圖時鐘方程輸出方程驅(qū)動方程狀態(tài)方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表說明電路功能狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時序圖列方程列表分析畫圖例例5.3.1

3、 分析圖示時序邏輯電路的邏輯功能，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序 圖，并檢查電路能否自啟動。http:/ 解：由圖可知，時鐘脈沖cp加在每個觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端上 因此，它是一個同步時序邏輯電路，可不寫時鐘方程。 （1）寫方程式j(luò)kqff0jkqff1jkqff2&cpq0yq1q2dr1）輸出方程：nnqqy02http:/ 2）驅(qū)動方程： 3）狀態(tài)方程：將驅(qū)動方程代入jk觸發(fā)器的特性方程，nnnnnnnqkqqjqqkqqjkj0201202102100,1,1nnnqkqjq1得到 ：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnqqqqqqkqjqqqqqqqqkqjqqqqqkqjq

4、2020122221210210211111100000001011（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：設(shè)電路的初始狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)）為 = 000，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表nnnqqq012http:/ （3）邏輯功能：電路共有6個狀態(tài)，且按遞增規(guī)律變化的，因此 該時序電路是一個同步六進制加法計數(shù)器。nq2nq1nq012nq11nq10nq現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)輸 出y000001000101000100110011100010010101010001（4）畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖：http:/ q2q1q0 000 001 100 010 011 101 /0 /0 /0/0 /0/1 111 110 /y /0 /1htt

5、p:/ （5）檢查電路能否自啟動：110和111兩個狀態(tài)稱為“無效狀態(tài)”。 如果由于某種原因而進入無效狀態(tài)， 只要繼續(xù)輸入cp，電路便會自動返回 有效狀態(tài)，則該電路能夠自啟動。否 則不能自啟動。 由以上分析知，圖示電路為能自啟動同步六進制加法計數(shù)器 學(xué)生練習(xí)：（p70 5-13）5-13 試分析下圖所示時序邏輯電路的邏輯功能。寫出它的驅(qū)動方 程、狀態(tài)方程、輸出方程，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，并畫出q0 q2和co的波形，檢查能否自啟動。http:/ 注意：異步時序電路必須寫出時鐘方程。并且在計算電路次態(tài) 時，各個觸發(fā)器只有滿足時鐘條件后其狀態(tài)方程才能使用 例例5.3.2 分析圖示電路的邏輯功能，并畫

6、出狀態(tài)圖和時序圖。解： 由圖可知，這是一個異步時序邏輯電路。 （1）寫方程式 1）時鐘方程： cp0 = cp，cp1 = q0，cp2 = q1http:/ 2）驅(qū)動方程： d0 = ，d1 = ，d2 = 3）狀態(tài)方程：dff的特性方程 qn+1 = d （cp上升沿有效） 將驅(qū)動方程分別代入特性方程，可得狀態(tài)方 程：nq0nq1nq2上升沿有效上升沿有效上升沿有效12212011110010qqdqqqdqcpqdqnnnnnnhttp:/ 態(tài)次 態(tài)時 鐘 脈 沖cp2cp1cp0000111111110110101101100100011011010010001001000（3）畫狀態(tài)

7、圖轉(zhuǎn)換圖和時序圖：（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表http:/ 遞減規(guī)律循環(huán)變化，電路具有遞減計數(shù)功 能，是一個異步3位二進制減法計數(shù)器。q2q1q0000111011110100010001101cpq2q0q1http:/ 時序邏輯電路的設(shè)計方法時序邏輯電路的設(shè)計方法按以下步驟進行： 1根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖； 2狀態(tài)化簡； 3進行狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換的編碼表； 4選擇觸發(fā)器類型，求出狀態(tài)方程、輸出方程和驅(qū)動方程； 5根據(jù)驅(qū)動方程和輸出方程畫邏輯圖； 6檢查電路能否自啟動。例例5.3.3 設(shè)計一個同步3位二進制加法計數(shù)器。 解（1）根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定狀態(tài)，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 由于是

8、3位二進制（即8進制）計數(shù)器，因此，應(yīng)有8個不同 的狀態(tài)。分別用s0，s1，s7表示，在狀態(tài)為s7時輸出 y = 1。當輸入第8個計數(shù)脈沖時，電路返回初始狀態(tài)，同 時，向高位計數(shù)器送出一個進位脈沖。http:/ （2）狀態(tài)化簡： 八進制計數(shù)器應(yīng)有8個不同的狀態(tài)，不需化簡 （3）狀態(tài)分配： 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。有8個狀態(tài)，需3個觸發(fā) 器。選用3位自然二進制加法計數(shù)編碼，即 s0 = 000，s1 = 001，s7 = 111。 由此可列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。 （4）選擇觸發(fā)器類型，求輸出方程、狀態(tài)方程和驅(qū)動方程。 1）選用下降沿觸發(fā)的jk觸發(fā)器。http:/ 例5.3.3的狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序現(xiàn)

9、 態(tài)次 態(tài)輸 出ys00000010s10010100s20100110s30111000s41001010s51011100s61101110s71110001 2）畫卡諾圖：根據(jù)編碼表可畫出各觸發(fā)器次態(tài)和輸出函數(shù) 的卡諾圖引導(dǎo)學(xué)生完成http:/ 3）由卡諾圖可得輸出方程為： nnnqqqy012 4）狀態(tài)方程為：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq2012012021201121010110105）求驅(qū)動方程：jk觸發(fā)器的特性方程為 nnnqkqjq1將狀態(tài)方程與特性方程比較，可得下列驅(qū)動方程：nnnqqkjqkjkj0122011001http:/ 根據(jù)選用的觸發(fā)器和求得的輸出方程和驅(qū)動方 程，即可畫出邏輯電路圖。（6）檢查電路能否自啟動： 由于沒有無效狀態(tài)，因此，電路能自 啟動。 cpq0yq1q2jkqff0jkqff1jkqff2&dr 課后小結(jié)見黑板http:/ 1什么是時序邏輯電路？它在結(jié)構(gòu)上有什么特點？ 2什么是同步時序邏輯電路？什么是異步時序邏輯電路？ 3簡述同步和異步時