數(shù)電06時(shí)序邏輯電路

1、第六章第六章 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路重點(diǎn)：時(shí)序邏輯電路的分析方法、 計(jì)數(shù)器、移位寄存器難點(diǎn)：時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法 6.1 6.1 時(shí)序邏輯電路概述時(shí)序邏輯電路概述一、時(shí)序邏輯電路一、時(shí)序邏輯電路 1 1、時(shí)序邏輯電路、時(shí)序邏輯電路任一時(shí)刻電路的輸出狀態(tài)不僅取任一時(shí)刻電路的輸出狀態(tài)不僅取決于該時(shí)刻的輸入信號(hào)，而且與輸入信號(hào)作用前電路決于該時(shí)刻的輸入信號(hào)，而且與輸入信號(hào)作用前電路的歷史狀態(tài)有關(guān)。的歷史狀態(tài)有關(guān)。 2 2、時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu)、時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu) 由組合邏輯電路和由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路兩部分組存儲(chǔ)電路兩部分組成。成。 3 3、時(shí)序邏輯電路的分類、時(shí)序邏輯電路的分類 按各存儲(chǔ)單元是否同

2、步工作分類按各存儲(chǔ)單元是否同步工作分類 同步時(shí)序邏輯電路同步時(shí)序邏輯電路 異步時(shí)序邏輯電路異步時(shí)序邏輯電路 按功能分類按功能分類 寄存器寄存器 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 按輸出分類按輸出分類 米利型米利型 穆爾型穆爾型二、時(shí)序邏輯電路邏輯功能的表示方法二、時(shí)序邏輯電路邏輯功能的表示方法D0D1&1CPA1DC11DC1FF0FF1Q0Q0Q1Q1Y11 1、邏輯方程組、邏輯方程組 （1）輸出方程組）輸出方程組 01()YQQ A（2 2）激勵(lì)方程組）激勵(lì)方程組 001()DQQ A10DQ A（3 3）狀態(tài)方程組）狀態(tài)方程組 110nnQQ A1001()nnnQQQA1nQ0nQ11nQ10nQ

3、010111100011011101100001010110100010001100000000YA10nnQ Q1110/nnQQY01(b)/000(a)/111(d)11(d)/000(a)/110(c)01(b)/000(a)/101(b)10(c)/000(a)/000(a)A=1A=02 2、狀態(tài)表、狀態(tài)表 以表格的形式反以表格的形式反映時(shí)序電路的次態(tài)、映時(shí)序電路的次態(tài)、輸入信號(hào)和現(xiàn)態(tài)之間輸入信號(hào)和現(xiàn)態(tài)之間對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系。對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系。3、狀態(tài)圖、狀態(tài)圖 以幾何圖形的形式反映時(shí)序邏輯電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及以幾何圖形的形式反映時(shí)序邏輯電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)的輸入、輸出取值情況。相應(yīng)的輸

4、入、輸出取值情況。 00(a)01(b)10(c)11(d)Q1Q0A/Y0/10/01/00/11/01/01/00/110nnQ Q1110/nnQQY01(b)/000(a)/111(d)11(d)/000(a)/110(c)01(b)/000(a)/101(b)10(c)/000(a)/000(a)A=1A=0CPAQ0Q1Y4、時(shí)序圖、時(shí)序圖 以波形圖形式反映時(shí)序電路輸入信號(hào)，輸出信號(hào)，以波形圖形式反映時(shí)序電路輸入信號(hào)，輸出信號(hào)，電路狀態(tài)等取值在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)邏輯關(guān)系。電路狀態(tài)等取值在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)邏輯關(guān)系。 6.2 6.2 同步時(shí)序邏輯電路的分析同步時(shí)序邏輯電路的分析 1、根據(jù)給定的邏

5、輯電路圖，寫出電路的輸出方、根據(jù)給定的邏輯電路圖，寫出電路的輸出方程組。程組。 2、根據(jù)邏輯電路圖，寫出存儲(chǔ)電路每個(gè)觸發(fā)器的、根據(jù)邏輯電路圖，寫出存儲(chǔ)電路每個(gè)觸發(fā)器的激勵(lì)方程（驅(qū)動(dòng)方程）。激勵(lì)方程（驅(qū)動(dòng)方程）。3、將激勵(lì)方程代入各個(gè)觸發(fā)器的特性方程中，得、將激勵(lì)方程代入各個(gè)觸發(fā)器的特性方程中，得到每個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程到每個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程。 4 4、由三個(gè)方程組（激勵(lì)、狀態(tài)、輸出方程組）列出、由三個(gè)方程組（激勵(lì)、狀態(tài)、輸出方程組）列出電路的狀態(tài)表、畫出狀態(tài)圖或時(shí)序圖。電路的狀態(tài)表、畫出狀態(tài)圖或時(shí)序圖。5、確定電路的邏輯功能，用文字描述電路的邏輯功能。、確定電路的邏輯功能，用文字描述電路的邏輯功

6、能。 例例1 分析同步時(shí)序電路的邏輯功能。分析同步時(shí)序電路的邏輯功能。10YAQQ0TA10TAQ1101()nnnQAQQ100nnQAQ（1）輸出方程組）輸出方程組 （2 2）激勵(lì)方程組）激勵(lì)方程組 （3 3）狀態(tài)方程組）狀態(tài)方程組 10nnQ Q1110/nnQ QY00/111/01111/010/01010/001/00101/000/000A=1A=0狀態(tài)表狀態(tài)表 00011110Q1Q0A/Y1/00/01/01/00/01/10/00/0狀態(tài)圖狀態(tài)圖 1101()nnnQAQQ100nnQAQ10YAQQ時(shí)序圖時(shí)序圖 邏輯功能分析邏輯功能分析 由信號(hào)由信號(hào)A A控制的可控二進(jìn)制

7、計(jì)數(shù)器，控制的可控二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，CPCP為計(jì)數(shù)脈沖。為計(jì)數(shù)脈沖。例例2 分析同步時(shí)序邏輯電路。分析同步時(shí)序邏輯電路。時(shí)序圖時(shí)序圖 例例3 分析同步時(shí)序邏輯電路。分析同步時(shí)序邏輯電路。00ZQ11ZQ22ZQ1110nnQDQ1221nnQDQ10010nnnQDQ Q例例4: 分析下列時(shí)序電路的邏輯功能分析下列時(shí)序電路的邏輯功能.輸出方程輸出方程：Z=XQ0Q1驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程：J0=XQ1 ，K0=XJ1=X ，K1=X+Q0狀態(tài)方程狀態(tài)方程：Q0 =XQ1Q0+XQ0 =X(Q0+Q1)Q1 =XQ1+X+Q0Q1 =X(Q0+Q1)n+1n+1nnnnnnnnnnJK觸發(fā)器的特性方程：觸

8、發(fā)器的特性方程：Qn+1=JQn+KQn1J1KC1QQF01J1KC1QQF1CP&1&ZX狀態(tài)表狀態(tài)表X Q1 Q0 Q1 Q0 Z0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 00 1 0 0 0 00 1 1 0 0 01 0 0 1 0 01 0 1 1 1 01 1 0 0 1 01 1 1 1 1 1nnn+1n+1狀態(tài)圖狀態(tài)圖001001110/00/00/00/01/01/01/01/1Q1Q0X/Z功能功能: 1111序列檢測器序列檢測器輸出方程：輸出方程：Z=XQ0Q1狀態(tài)方程：狀態(tài)方程：Q0 =XQ1Q0+XQ0 =X(Q0+Q1)Q1 =XQ1+X+Q0Q

9、1 =X(Q0+Q1)n+1n+1nnnnnnnnnn設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求要求原始狀原始狀態(tài)圖態(tài)圖最簡狀最簡狀態(tài)圖態(tài)圖畫電畫電路圖路圖檢查電檢查電路能否路能否自啟動(dòng)自啟動(dòng)1246選觸發(fā)器，求時(shí)選觸發(fā)器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程5狀態(tài)狀態(tài)分配分配3化簡6.3 6.3 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)例例1用用D觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)8421BCD碼同步十進(jìn)制計(jì)碼同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。數(shù)器。3nQ2nQ1nQ0nQ133()nQD122()nQD111()nQD100()nQD00001001910010001800011110711100110601101010

10、5101000104001011003110001002010010001100000000次態(tài)（激勵(lì)信號(hào)）次態(tài)（激勵(lì)信號(hào)）現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖CP（1 1）列出狀態(tài)表）列出狀態(tài)表（2 2）確定激勵(lì)方程組）確定激勵(lì)方程組11110310nnnnnnQDQ QQ Q Q13330210nnnnnnQDQ QQ Q Q1222120210nnnnnnnnQDQ QQ QQ Q Q1000nnQDQ（3 3）畫出邏輯圖，檢查自啟動(dòng)能力）畫出邏輯圖，檢查自啟動(dòng)能力（3 3）畫出邏輯圖，檢查自啟動(dòng)能力）畫出邏輯圖，檢查自啟動(dòng)能力例例2設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)110序列編碼檢查器。輸入信號(hào)為序列編碼檢查器。輸入信號(hào)為

11、110時(shí)輸時(shí)輸出為出為1，否則為，否則為0。（1 1）建立原始狀態(tài)圖，列出原始狀態(tài)表）建立原始狀態(tài)圖，列出原始狀態(tài)表原始狀態(tài)表原始狀態(tài)表（2 2）狀態(tài)化簡）狀態(tài)化簡簡化狀態(tài)表簡化狀態(tài)表（3 3）狀態(tài)分配）狀態(tài)分配（4 4）選擇觸發(fā)器類型）選擇觸發(fā)器類型JK觸發(fā)器激勵(lì)表觸發(fā)器激勵(lì)表（5 5）確定激勵(lì)方程組和輸出方程組）確定激勵(lì)方程組和輸出方程組狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及激勵(lì)信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào)及輸出信號(hào)的卡諾圖激勵(lì)信號(hào)及輸出信號(hào)的卡諾圖101001,JQ A KAJA KAYQ A激勵(lì)方程組和輸出方程組激勵(lì)方程組和輸出方程組（6 6）畫出邏輯圖，檢查自啟動(dòng)能力）畫出邏輯圖，檢查自啟動(dòng)能力電

12、路進(jìn)入無效狀態(tài)電路進(jìn)入無效狀態(tài)10后，（后，（1）A=0，次態(tài)為，次態(tài)為00，Y=1，出錯(cuò)，出錯(cuò)，修正修正Y=Q1Q0A；（；（2） A=1，次態(tài)為，次態(tài)為11，Y=0例例3根據(jù)給定原始狀態(tài)圖，用根據(jù)給定原始狀態(tài)圖，用D觸發(fā)器設(shè)計(jì)邏輯電觸發(fā)器設(shè)計(jì)邏輯電路。路。（1 1）列原始狀態(tài)表）列原始狀態(tài)表（2 2）狀態(tài)化簡）狀態(tài)化簡化簡后的狀態(tài)圖化簡后的狀態(tài)圖（3 3）狀態(tài)分配）狀態(tài)分配（4 4）確定激勵(lì)方程組和輸出方程組）確定激勵(lì)方程組和輸出方程組122101111012100nnnnnnnnnDQQ Q ADQQ QQ AQ ADQA102YQQ AQ A（5 5）畫出邏輯圖，檢查自啟動(dòng)能力）畫出邏

13、輯圖，檢查自啟動(dòng)能力例：例：設(shè)計(jì)一個(gè)?？勺冊O(shè)計(jì)一個(gè)模可變帶進(jìn)位輸出端的帶進(jìn)位輸出端的同步加法計(jì)數(shù)器。當(dāng)控制信同步加法計(jì)數(shù)器。當(dāng)控制信號(hào)號(hào)X0時(shí)為三進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器；時(shí)為三進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器；X1時(shí)為四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。時(shí)為四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解：解： 1.1.求原始狀態(tài)圖求原始狀態(tài)圖輸入控制端：輸入控制端：X輸出端：輸出端：Z1（三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端）三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端）Z2（四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端）（四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端）X/Z1Z2 /00 /000/101/001/012.2.選擇觸發(fā)器類型，求驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。選擇觸發(fā)器類型，求驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。觸發(fā)器類型：觸發(fā)器類型：D個(gè)數(shù)

14、：個(gè)數(shù)：2 根據(jù)根據(jù)D觸發(fā)器的激勵(lì)表與原始觸發(fā)器的激勵(lì)表與原始狀態(tài)圖，作狀態(tài)表。狀態(tài)圖，作狀態(tài)表。設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例00011011XQ1Q000011110011100100D10輸輸 入入X現(xiàn)現(xiàn) 態(tài)態(tài)Q1n Q0n驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào) D1 D0 次次 態(tài)態(tài) Q1n+1Q0n+100011110 10 11 00 001100 1000000輸出輸出Z1 Z20000 01XQQQQD01011 XQQQ D0010 從卡諾圖看出，約束項(xiàng)均未使用，從卡諾圖看出，約束項(xiàng)均未使用，按按“0”處理填入表中，得到全狀態(tài)表。處理填入表中，得到全狀態(tài)表。01 100 0000XQQZ011 XQQZ012

15、輸出方程：輸出方程：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表全全0011 10 00 11 00 00 11 0001 01 01 10011設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例XQ1Q000011110010000111D03. 畫邏輯圖畫邏輯圖XQQQQD01011 XQQQ D0010XQQ Z011XQQ Z012設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例4. 畫全狀態(tài)圖畫全狀態(tài)圖電路是一個(gè)能自啟動(dòng)且滿足帶進(jìn)位輸出端、?？勺兊挠?jì)數(shù)器。電路是一個(gè)能自啟動(dòng)且滿足帶進(jìn)位輸出端、模可變的計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例X/Z1Z20輸輸 入入X現(xiàn)現(xiàn) 態(tài)態(tài)Q1n Q0n驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào) D1 D0 次次 態(tài)態(tài) Q1n+1Q0n+100011110 10 11 00 0

16、01100 1000000輸出輸出Z1 Z20000 0101 100 0000狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表全全0011 10 00 11 00 00 11 0001 01 01 10011 /00 /000/101/001/01000110110/00 同步時(shí)序電路有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，在時(shí)鐘脈沖作用下電路中同步時(shí)序電路有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，在時(shí)鐘脈沖作用下電路中所有觸發(fā)器狀態(tài)同時(shí)改變。異步時(shí)序電路沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。所有觸發(fā)器狀態(tài)同時(shí)改變。異步時(shí)序電路沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。 通過討論異步時(shí)序電路的分析，進(jìn)一步加深對(duì)異步時(shí)序電路通過討論異步時(shí)序電路的分析，進(jìn)一步加深對(duì)異步時(shí)序電路的理解。的理解。 脈沖脈沖異步

17、時(shí)序電路：異步時(shí)序電路： 輸入信號(hào)是脈沖信號(hào)輸入信號(hào)是脈沖信號(hào)電平異步時(shí)序電路：電平異步時(shí)序電路：輸入信號(hào)是電平輸入信號(hào)是電平 主要介紹異步主要介紹異步時(shí)序電路的分析時(shí)序電路的分析分分類類6.4 6.4 異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析（1 1）列各邏輯方程組）列各邏輯方程組0CPCLK10CPQ觸發(fā)時(shí)鐘方程10ZQQ輸出方程00DQ11DQ 激勵(lì)方程000010nnQD cpQ cp111111nnQDcpQ cp狀態(tài)方程（2 2）列狀態(tài)表）列狀態(tài)表（3 3）畫狀態(tài)圖和時(shí)序圖）畫狀態(tài)圖和時(shí)序圖（4 4）邏輯功能分析）邏輯功能分析異步二進(jìn)制減計(jì)數(shù)器異步二進(jìn)制減計(jì)數(shù)器寄存器寄存器移位

18、寄存器移位寄存器基本移位寄存器基本移位寄存器雙向移位寄存器雙向移位寄存器用來存放數(shù)據(jù)用來存放數(shù)據(jù)一、一、寄存器寄存器6.5 6.5 典型時(shí)序邏輯集成電路典型時(shí)序邏輯集成電路一、寄存器一、寄存器8位位CMOS集成寄存器集成寄存器74HC/HCT374集成寄存器集成寄存器74HC/HCT374芯片引腳圖芯片引腳圖二、移位寄存器二、移位寄存器（1）基本移位寄存器）基本移位寄存器D觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成的4位移位寄存器位移位寄存器狀態(tài)表狀態(tài)表1 工作原理工作原理高位到低位高位到低位2341移位脈沖移位脈沖5674移位脈沖移位脈沖輸出輸出輸入四個(gè)移位脈輸入四個(gè)移位脈沖，沖，1101由高位由高位至低位至低

19、位依次從依次從Q3端輸出。端輸出。串行輸出方式串行輸出方式移位寄存器波形圖移位寄存器波形圖2 典型集成電路典型集成電路8位集成移位寄存器位集成移位寄存器74HC/HCT164164引腳圖引腳圖功能功能（2）多功能雙向移位寄存器）多功能雙向移位寄存器 左移（數(shù)據(jù)從高位移向低位） 右移（數(shù)據(jù)從低位移向高位） 數(shù)據(jù)保持 并行輸入與輸出多功能雙向移位寄存器的一種設(shè)計(jì)方案多功能雙向移位寄存器的一種設(shè)計(jì)方案S1、S0為控制信號(hào)，為控制信號(hào)， S1S0 =00，保持；，保持； S1S0=01，右移；，右移；S1S0=10，左移；，左移； S1S0=11，并行輸入。，并行輸入。1 工作原理工作原理2 典型集成

20、電路典型集成電路4位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器74HC/HCT194的內(nèi)部邏輯圖的內(nèi)部邏輯圖4選選1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器4位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器74HC/HCT194功能表功能表74HC/HCT194邏輯圖邏輯圖引腳圖引腳圖2片片74HC/HCT194擴(kuò)展成擴(kuò)展成8位多功能雙向移位寄存器位多功能雙向移位寄存器CPMRS1S0DI0DI3DI4DI7Q0Q3Q4Q7DSRDSL分類分類二、二、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖CP不是同時(shí)加到各位不是同時(shí)加到各位觸發(fā)器觸發(fā)器。因此各位觸發(fā)器狀態(tài)因此各位觸發(fā)器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不一，只有在前級(jí)觸發(fā)器翻變換的時(shí)間先后不

21、一，只有在前級(jí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)后, ,后級(jí)觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)。后級(jí)觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)。 二二 進(jìn)進(jìn) 制制 數(shù)數(shù) Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 0 0 12 0 1 0 3 0 1 14 1 0 0 5 1 0 16 1 1 0 7 1 1 18 0 0 0 脈沖數(shù)脈沖數(shù)(C) FF0Q1CR FF1CR FF2CR FF3CR111111CPCRQ0Q2Q3Q1Q0Q2Q34位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯圖位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯圖4位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖波紋計(jì)數(shù)器波紋計(jì)數(shù)器TCPNtpd典型集成電路：典型集成電路：74HC/HCT3932分頻分頻4分頻分頻8分頻分頻16分頻分頻

22、異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器線路聯(lián)接簡單。異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器線路聯(lián)接簡單。各觸發(fā)器是逐級(jí)翻轉(zhuǎn)，因而工作速度較慢。各觸發(fā)器是逐級(jí)翻轉(zhuǎn)，因而工作速度較慢。同步計(jì)數(shù)器由于各觸發(fā)器同步翻轉(zhuǎn)，因此工同步計(jì)數(shù)器由于各觸發(fā)器同步翻轉(zhuǎn)，因此工作速度快。但接線較復(fù)雜。作速度快。但接線較復(fù)雜。 二二 進(jìn)進(jìn) 制制 數(shù)數(shù) Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 0 0 12 0 1 0 3 0 1 14 1 0 0 5 1 0 16 1 1 0 7 1 1 18 0 0 0 脈沖數(shù)脈沖數(shù)(C)01121001(1,2,1)iiiijjTTQ QQQQ iN用用T觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)：觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)：4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯圖位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯圖0TCE10TQ CE210TQQ CE3210TQ QQ CE4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖例例6.5.1 試用試用74LVC161構(gòu)成模構(gòu)成