第六章時序邏輯電路的分析和設(shè)計

第六章時序邏輯電路的分析和設(shè)計1一、時序邏輯電路§1.概述組合邏輯電路：如譯碼器，全加器，數(shù)據(jù)選擇器時序邏輯電路(簡稱時序電路)——任意時刻的輸出信號不僅取決于該時刻的輸入信號，而且還取決于電路原來的狀態(tài)，即與以前的輸入信號有關(guān)，如觸發(fā)器，寄存器，計數(shù)器和移位寄存器等（有記憶功能）。2輸入輸出時序電路結(jié)構(gòu)圖組合邏輯電路記憶電路Q1QkY1Yrz1z2zmx1x2xn內(nèi)部輸入反饋

a)包含組合邏輯電路和記憶(存儲)電路；時序電路的特點：

b)在電路的結(jié)構(gòu)上，至少存在一條反饋路徑。

c)基本單元電路是各種觸發(fā)器Z=F1(X,Qn)…………………..輸出方程Y=F2(X,Qn)………………驅(qū)動方程（或稱激勵方程）Qn+1=F3(Y,Qn)………………狀態(tài)方程3異步時序電路：存儲單元狀態(tài)的變化不是同時發(fā)生的。可

能有公共的時鐘信號，也可能沒有公共的

時鐘信號。二、時序電路的分類(按工作方式)根據(jù)記憶電路中存儲單元狀態(tài)變化的特點將時序電路分為同步時序電路：所有存儲電路中存儲單元狀態(tài)的變化都是在同一時鐘信號操作下同時發(fā)生的。4三、時序電路功能的描述方法時序電路可用邏輯方程式、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(狀態(tài)表)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(狀態(tài)圖)來描述。邏輯方程式：描述時序電路的輸入變量，輸出變量和電路狀態(tài)之間的關(guān)系。輸出函數(shù)：Z=f1(X,Qn

)激勵函數(shù)：y=f2(X,Qn

)驅(qū)動方程次態(tài)函數(shù)：Qn+1=f3(y,Qn

)狀態(tài)方程輸出Z不僅與該時刻的輸入X有關(guān)，還與電路的現(xiàn)態(tài)Qn有關(guān)52.狀態(tài)表：將輸出方程與次態(tài)方程結(jié)合在一起，用表格形式來表示時序邏輯電路的次態(tài)/輸出與現(xiàn)態(tài)/輸入，即Z/Qn+1與X/Qn之間的對應(yīng)關(guān)系，稱為狀態(tài)表。它是描述時序邏輯電路的重要工具之一。1/0101/0001/1101/10110/1001/0010/1010/1110Qn00011011X1X0輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出

Qn+1/Z2Z1Z0處在現(xiàn)態(tài)Qn的時序電路，當(dāng)輸入為X時輸出為Z，次態(tài)為Qn+1例如：當(dāng)前Qn=0,如果X1X0=10,

則會進(jìn)入Z2Z1Z0=101,次態(tài)為0的狀態(tài)6例3.狀態(tài)圖：用圖形描述(1).各個狀態(tài)分別用一小圓圈表示(2).用帶箭頭連線表示電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換：箭尾—現(xiàn)態(tài)；箭頭—次態(tài)(3).在連線一側(cè)標(biāo)注輸入/輸出D觸發(fā)器100/01/10/01/1011x/1x1/0x0/10x/0JK觸發(fā)器QD/QQJK/Q7目的：根據(jù)其邏輯圖分析出該電路實現(xiàn)的功能只要寫出組合電路的邏輯表達(dá)式和記憶電路（觸發(fā)器）的狀態(tài)方程，就可得到時序電路的狀態(tài)方程和輸出方程，然后可用狀態(tài)表和圖來分析電路的功能?！?.時序邏輯電路的分析一、分析方法和步驟1.由邏輯電路寫出下列邏輯方程各觸發(fā)器的時鐘信號CP的邏輯表達(dá)式（異步時序邏輯電路）驅(qū)動方程y=f

(X,Qn

)→各觸發(fā)器輸入端J、K、D表達(dá)式輸出方程Z=f

(X,Qn

)2.將驅(qū)動方程代入觸發(fā)器的特性方程→求次態(tài)方程3.根據(jù)輸出方程、次態(tài)方程列狀態(tài)表4.畫狀態(tài)圖，描述邏輯功能5.畫時序圖(波形圖)8例1：已知某同步時序電路的邏輯圖，試分析電路的邏輯功能。解：1.寫出各觸發(fā)器的控制函數(shù)和電路的輸出函數(shù)驅(qū)動方程：T1=XQ1nXT2=XQ1n輸出函數(shù):XQ1nQ2n2.寫狀態(tài)方程T觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：將T1、T2代入則得到兩個觸發(fā)器的狀態(tài)方程二、同步時序電路分析舉例Z

=XQ2nQ1n9輸入X現(xiàn)態(tài)Q2nQ1n觸發(fā)輸入T2T1次態(tài)Q2n+1Q1n+1輸出Z填表方法：00010000101111110001101100000T1=XT2=XQ1nZ

=XQ2nQ1nX

Q2n

Q1n

所有組合求T1T2Z由狀態(tài)方程求Q2n+1Q1n+1T1=XT2=XQ1n01Z

=XQ2nQ1n0010100010000110001010011110000013.作出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖輸入：輸入信號、觸發(fā)器的輸入及現(xiàn)態(tài)量輸出：觸發(fā)器的次態(tài)及組合輸出ZQ1n+1=XQ1nQ2n+1Z

=XQ2nQ1nT1=XT2=XQ1n10由狀態(tài)表繪出狀態(tài)圖輸入X現(xiàn)態(tài)Q2nQ1n次態(tài)Q2n+1Q1n+1輸出Z00010000101111110001101100000101010011010011000100/111/01111/010/01010/001/00101/000/000Q2nQ1n10X次態(tài)/輸出Q2n+1Q1n+1/Z現(xiàn)態(tài)輸入11電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換方向000110111/01/11/0X/Z1/00/00/00/00/0由狀態(tài)表繪出狀態(tài)圖00/111/01111/010/01010/001/00101/000/000Q2nQ1n10X次態(tài)/輸出Q2n+1Q1n+1/Z現(xiàn)態(tài)輸入12000110111/01/11/0X/Z1/00/00/00/00/0由狀態(tài)圖得電路的邏輯功能：電路是一個可控模4計數(shù)器X端是控制端，時鐘脈沖作為計數(shù)脈沖輸入。X=1

初態(tài)為00時，實現(xiàn)模4加計數(shù)X=0時保持原態(tài)為可控模4計數(shù)器電路輸出不僅取決于電路本身的狀態(tài)，而且也與輸入變量X有關(guān)4.功能分析Q2Q1=1100時Z=1,Z是進(jìn)位信號13初始狀態(tài)Q2nQ1n為00，輸入X的序列為1111100111，X=1模4加計數(shù)X=0保持原態(tài)010010110001010010001010X=1模4加計數(shù)5.作時序波形圖14例2P219例6.2.2&CPQ0F01DC1F11DC1Q1Z0F21DC1Q2Z1Z2輸出方程：驅(qū)動方程：狀態(tài)方程：15列狀態(tài)表輸出方程：狀態(tài)方程：驅(qū)動方程：因Z2Z1Z0=Q2nQ1nQ0n輸出與現(xiàn)態(tài)完全相同，所以表中不再列出Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+100000100101001010001111010000110101011010011111016畫狀態(tài)圖Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+100000100101001010001111010000110101011010011111000000101010010111011101117畫時序圖設(shè)電路初態(tài)

Q2Q1Q0=000000001010100101110111011CPQ0Q1Q2邏輯功能分析：三位順序脈沖發(fā)生器有效狀態(tài)：001→010→100其他為無效狀態(tài)，但能自啟動。當(dāng)電路因某中原因進(jìn)入無效狀態(tài)時，經(jīng)過n個脈沖后，又回到有效狀態(tài)18與同步時序電路分析方法的不同點：CP作為輸入變量考慮，各觸發(fā)器均在各自CP有效沿來到時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，否則保持不變。三、異步時序電路分析舉例1/01/01/11/110/11/00/10/10Qn00011011X1X0(CP)輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出

Qn+1/Z000000列狀態(tài)表時，要考慮CP，CP有效才翻轉(zhuǎn)還可以在初始時鐘端加連續(xù)脈沖，依次計算其他各時鐘和觸發(fā)器狀態(tài)計數(shù)脈沖CPQ2Q1Q0CP2CP1CP00000000….….12..可以遍歷Q2Q1Q0的狀態(tài)，如果不全，則補上所缺少的狀態(tài)19解例：分析圖示時序電路1.各觸發(fā)器的驅(qū)動方程和時鐘方程2.各觸發(fā)器的狀態(tài)方程當(dāng)時鐘脈沖跳變沿到來時，方程成立無時鐘，保持原態(tài)20計數(shù)脈沖CPQ2Q1Q0CP2CP1CP0000010110011102010111301111041001115000110模5異步計數(shù)器3、態(tài)序表“1”表示有時鐘跳變沿“0”表示無時鐘跳變沿21計數(shù)脈沖CPQ2Q1Q0CP2CP1CP00000101100111020101113011110410011150001101 0 1 1 0 10 1 0 1 1 1011 1 0 1 0 10 1 0 1 0 1011 1 1 1 0 10 0 0 1 1 10122000001010011100110101111狀態(tài)圖：電路具有自啟動能力——當(dāng)電路處于5個正常狀態(tài)以外的狀態(tài)時，可以在外加時鐘脈沖的作用下最終進(jìn)入正常狀態(tài)中去。23電路為一模5異步計數(shù)器邏輯功能：設(shè)初態(tài)為：000時序圖計數(shù)脈沖CPQ2Q1Q000001001201030114100500024例31J1KC1Q111J1K