《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課件第6章時序邏輯電路01

時序電路的邏輯功能描述方法1.狀態(tài)方程2.狀態(tài)圖3.狀態(tài)表4.時序圖時序電路的分析方法時序電路的設(shè)計方法第六章時序邏輯電路本章主要內(nèi)容

6.1時序邏輯電路的分類觸發(fā)器

組合電路clock外輸出外輸入觸發(fā)器輸入狀態(tài)（觸發(fā)器輸出）Mealy型:電路的外輸出Z=f[x1,x2,…xn、Q1,…Qm]

Moore型:電路的外輸出Z=f[Q1,…Qm]或無輸出箭頭旁標注的是外輸入X和外輸出ZMealy型狀態(tài)圖000111101/00/00/01/10.1/01/00/0X/ZMoore型狀態(tài)圖00/001/010/111/1X01101100圖(a)000001010011100圖(b)注意：圖（b）沒有外輸入，時鐘來后狀態(tài)無條件轉(zhuǎn)移狀態(tài)表Q2n+1Q1n+1/zXQ2Q1000111100101/010/000/011/011/100/010/001/0（a）Mealy型Q2n+1Q1n+1XQ2Q100011110010110001111001001Z0010（b）Moore型在表（b）Moore狀態(tài)表中的Z僅取決于當(dāng)前狀態(tài)，所以可以單獨列出時序波形圖Q2n+1Q1n+1/zXQ2Q1000111100101/010/000/011/011/100/010/001/0（a）狀態(tài)表1)

波形圖中每個節(jié)拍的次態(tài)可根據(jù)狀態(tài)表的現(xiàn)態(tài)和X確定，例如現(xiàn)態(tài)Q2Q1=00，X=0時其次態(tài)2n+1Q1n+1=01;2)外輸出Z=XQ2Q1+XQ2Q1,它是組合電路的輸出,當(dāng)

XQ2Q1=100或010時，Z立即為1。退出總目錄><目錄CPXQ2Q1Z6.2時序電路的分析方法時序電路的分析步驟:邏輯電路輸出方程激勵方程狀態(tài)表狀態(tài)方程描述功能時序圖觸發(fā)器

組合電路clock外輸出外輸入觸發(fā)器輸入狀態(tài)（觸發(fā)器輸出）狀態(tài)圖1.根據(jù)邏輯圖寫出時序電路的輸出方程和各觸發(fā)器的激勵（輸入）方程。時序電路的分析步驟:2.根據(jù)已寫出的激勵方程和所用的觸發(fā)器的特征方程，寫出時序電路的狀態(tài)方程。3.根據(jù)時序電路的狀態(tài)方程和輸出方程，建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，進而可以畫出狀態(tài)圖和時序波形圖。4.分析電路的邏輯功能?！纠糠治鰣D示同步時序邏輯電路的邏輯功能。解：

①求輸出方程和激勵方程Z=X(Q1Q0)J1=K1=X⊕Q0J0=K0=1XQ1Q0Q1n+1Q0n+1

/Z0001111001Q0n+1=

J0Q0+K0Q0=Q0Q1

n+1

=J1Q1+K1Q1=（XQ0）Q1+XQ0Q1=XQ0

Q1⊕

⊕

⊕

⊕

③列狀態(tài)表01/010/000/011/011/100/010/001/0Z=X(Q1Q0)②求狀態(tài)方程000110111/01/01/11/00/00/00/00/0XQ1Q0Q1n+1Q0n+1

/Z000111100101/010/000/011/011/100/010/001/0④畫狀態(tài)圖Q1Q0X/Z所以，該電路是一個同步模4可逆計數(shù)器。Z—借位輸出X—加/減控制信號

當(dāng)外部輸入X=1時，狀態(tài)轉(zhuǎn)移按00→11→10→01→00→…

變化，實現(xiàn)模4減1計數(shù)器功能。計數(shù)器計數(shù)器功能：累計輸入時鐘脈沖的個數(shù)。計數(shù)器的模值：電路狀態(tài)循環(huán)的個數(shù)。Workbench仿真⑤邏輯功能分析當(dāng)外部輸入X=0時，狀態(tài)轉(zhuǎn)移按00→01→10→11→00→…變化，實現(xiàn)模4加1計數(shù)器功能。XQ0Q1⑥畫波形圖123456789CPZ【例】分析圖示同步時序邏輯電路的邏輯功能。①求輸出方程和激勵方程解：②求狀態(tài)方程=Q1Q0Q2n+1=D2=Q1,Q1n+1=D1=Q0,Q0n+1=D0=Q1Q0D2=Q1D1=Q0D0=Q1+Q0③列狀態(tài)表，畫狀態(tài)圖狀態(tài)表狀態(tài)圖Q2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+1000000111101101100011011001010100110001010100110000101Q2Q1Q0011111001010110100Q2n+1=D2=Q1,Q1n+1=D1=Q0,Q0n+1=D0=Q1Q0⑤邏輯功能分析a.環(huán)形計數(shù)器(模3計數(shù)器)

b.脈沖分配

該電路在CP脈沖作用下，把寬度為T的脈沖依次分配給Q0、Q1和Q2各端，因此該電路是一個脈沖分配器。由狀態(tài)圖和波形圖可以看出，該電路每經(jīng)過三個時鐘周期循環(huán)一次，并且該電路有自啟動能力。123456CPQ0Q1Q2④畫波形圖6.3同步時序電路的設(shè)計過程同步時序電路的設(shè)計步驟:命題

狀態(tài)分配編碼狀態(tài)表給定狀態(tài)的設(shè)計問題最簡狀態(tài)表狀態(tài)化簡原始狀態(tài)圖退出總目錄><目錄導(dǎo)出激勵輸出方程畫邏輯圖1)根據(jù)編碼狀態(tài)表填出次態(tài)卡諾圖和輸出卡諾圖;2)根據(jù)卡諾圖分別寫出輸出函數(shù)和各觸發(fā)器的狀態(tài)方程；3)將求得的狀態(tài)方程與觸發(fā)器的特征方程比較后，導(dǎo)出激勵方程；4)檢查自啟動；5)根據(jù)激勵方程和輸出方程畫出邏輯電路圖。6.3.1給定狀態(tài)的同步時序電路設(shè)計000001010011100001010011100101Q2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+1000000111101101100011011001010011100000xxxxxxxxx例1：分別用D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器設(shè)計一個模為五的自然序列計數(shù)器。①確定畫狀態(tài)圖②列狀態(tài)表Q0Q2Q10001111001x0x1Q0Q2Q10001111001x0x1

Q0Q2Q10001111001x0x0Q2n+1=Q1Q0111000x000xxQ1n+1=Q1Q0+Q1Q0Q0n+1=Q2Q0③寫狀態(tài)方程Q2n+1=Q1Q0Q1n+1=Q1Q0+Q1Q0Q0n+1=Q2Q0Q1n+1=Q0Q1+Q0Q1Q0n+1=Q2Q0=Q1Q0(Q2+Q2)J2=Q1Q2J1=Q0K1=Q0K0=1J0=Q2K2=Q1Q2④寫出激勵方程1)用D觸發(fā)器的狀態(tài)方程:Qn+1=DQn+1=JQ+KQ2)用JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程:=D1=D0Q2n+1=Q1Q0=D2⑤畫電路圖Q0Q1Q2&1D1CQ01D1CQ11D1CQ2=1&Q0Q1Q2CP1JC11KFF0CP&1Q0Q01JC11KFF1Q1Q11JC11KFF2Q2Q21Q1Q0例1：建立“111”序列檢測器的原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表。①確定輸入變量和輸出變量X=011011111011Z=0000001110006.3.2未知狀態(tài)的同步時序電路設(shè)計一、建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表②設(shè)置狀態(tài)S0：初始狀態(tài)，表示電路還沒有收到一個有效的1；S1：表示電路收到了一個1的狀態(tài)；S2：表示電路收到了連續(xù)兩個1的狀態(tài)；S3：表示電路收到了連續(xù)三個1的狀態(tài)；XSSn+1/ZS001S1S2S3③畫狀態(tài)圖，列狀態(tài)表S01/01/01/10/00/00/01/10/0S1S2S3/0S0/0S0/0S0/0S0/0S1/0S2/1S3/1S3

DesignaMealysystemwhoseoutputis1ifftheinputhasbeen1forthreeconsecutiveclocks,butinputsarenonoverlapping.(Thatmeansthata1inputcanonlybeusedtowardone1output.)

Asampleinput/outputtraceforthissystemis:011111110110111010001001000000010000xzExample2:【例3】建立一個余3碼誤碼序列檢測器的原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表。

①確定輸入變量和輸出變量。輸入變量X，為串行輸入余3碼序列，高位在前，低位在后；輸出變量Z為誤碼輸出。

②設(shè)置狀態(tài)。該電路屬于串行碼組檢測，對輸入序列每四位一組進形檢測后才復(fù)位，因此初始狀態(tài)表示電路準備開始檢測一組代碼。從初始狀態(tài)開始，每接收一位代碼便設(shè)置一個狀態(tài)。解：Example4:Designthestatetableofaautosalesmachinefor80-centsstamps.6.3.3狀態(tài)化簡

例：建立“111”序列檢測器的兩個原始狀態(tài)圖。S00/0S1S20/01/01/00/0X/Z1/1XSS/Zn+1S0S1S2S301S0/0S0/0S0/0S0/0S1/0S2/0S3/1S3/1狀態(tài)S2與S3等價：S2

S3或[S2S3]兩個狀態(tài)等價的條件：第一，在相同的輸入的條件下都有相同的輸出；第二，在相同的輸入的條件下次態(tài)滿足下列三種情況之一：（1）次態(tài)相同；（2）次態(tài)交錯；（3）次態(tài)互為隱含條件。xS01S7

S6/1S5/0S1

S2/0S3/0S2

S5/1S3/0S3

S4/0S1/0S4S5/1S1/0S5

S5/1S3/0S6

S7/1S5/0xS01S1

S2/0S1/0S2

S2/1S1/0S4S2/1S1/0S6

S6/1S2/0例1，化簡以下狀態(tài)表。QQn+1x=0x=1Zx=0x=1ABCDECBEDADABAB0000010101DAB01EAB01QQn+1x=0x=1Zx=0x=1ABCDCBDDADAB00000101化簡狀態(tài)表直觀化簡法梯形表化簡法QQ*x=0x=1Zx=0x=1ABCDECBEDADABAB00