時序邏輯電路數(shù)字部分

1、一、時序電路的特點一、時序電路的特點 1. 定義定義 任何時刻電路的任何時刻電路的 輸出輸出,不僅和該時刻不僅和該時刻 的輸入信號有關(guān)的輸入信號有關(guān),而而 且還取決于電路原來且還取決于電路原來 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 2. 電路特點電路特點 (1) 與時間因素與時間因素 (CP) 有關(guān)有關(guān); (2) 含有記憶性的元件含有記憶性的元件( (觸發(fā)器觸發(fā)器) )。 組合邏輯組合邏輯 電電 路路 存儲電路存儲電路 x1 xi y1 yj w1 wk q1 ql 輸輸 入入 輸輸 出出 二、時序電路邏輯功能表示方法二、時序電路邏輯功能表示方法 1. 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式 (1) 輸出方程輸出方程 )(),(

2、)( nnn tQtXFtY (3) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 )(),( )( 1nnn tQtWHtQ (2) 驅(qū)動方程驅(qū)動方程 )(),( )( nnn tQtXGtW 2. 狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時序圖狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時序圖 組合邏輯組合邏輯 電電 路路 存儲電路存儲電路 x1 xi y1 yj w1 wk q1 ql x1y1 y2 J K Q1 Q2 x2 1J 1K C1 CP 三、時序邏輯電路分類三、時序邏輯電路分類 1. 按邏輯功能劃分按邏輯功能劃分: 計數(shù)器、寄存器、讀計數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲器、寫存儲器、 順序脈沖發(fā)生器等。順序脈沖發(fā)生器等。 2. 按時鐘控制方式劃分

3、按時鐘控制方式劃分: 同步時序電路同步時序電路觸發(fā)器共用一個時鐘觸發(fā)器共用一個時鐘 CP,要更新要更新 狀態(tài)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)。狀態(tài)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)。 異步時序電路異步時序電路 電路中所有觸發(fā)器沒有共用一個電路中所有觸發(fā)器沒有共用一個 CP。 3. 按輸出信號的特性劃分按輸出信號的特性劃分: )( )( nn tQFtY )(),( )( nnn tQtXFtY 存儲存儲 電路電路 Y(tn) 輸出輸出 W Q X(tn) 輸入輸入 組合組合 電路電路 CP Y(tn) 輸出輸出 CP X(tn) 輸入輸入 存儲存儲 電路電路 組合組合 電路電路 組合組合 電路電路 5.1.1 時序電路的基本分

4、析方法時序電路的基本分析方法 1. 分析步驟分析步驟 時序電路時序電路 時鐘方程時鐘方程 驅(qū)動方程驅(qū)動方程 狀態(tài)表狀態(tài)表 狀態(tài)圖狀態(tài)圖 時序圖時序圖 CP 觸觸 發(fā)發(fā) 沿沿 特性方程特性方程 輸出方程輸出方程 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 計算計算 2. 分析舉例分析舉例 時鐘方程時鐘方程 CPCPCPCP 210 輸出方程輸出方程 nnn QQQY 012 驅(qū)動方程驅(qū)動方程 nn QK,QJ 2020 nn QK,QJ 0101 nn QK,QJ 1212 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 特性方程特性方程 nnnnnn QQQQQQ 20202 1 0 nnnnnn QQQQQQ 01010 1 1 nnnnnn Q

5、QQQQQ 12121 1 2 例例 5.1.1 解解 1J 1K C1 0 Q 0 Q 1J 1K C1 1J 1K C1 1 Q 2 Q 1 Q2 Q 當(dāng)當(dāng) S =1 時時,每每 6 個個 CP 一個循環(huán)。一個循環(huán)。 例例 5.1.3 異步時序電路異步時序電路 1D C1 0 Q 0 Q 1D C1 1D C1 1 Q 1 Q ;投入兩元（兩枚一元）硬投入兩元（兩枚一元）硬 幣后幣后, ,在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。 解解: :1 1、邏輯抽象、邏輯抽象, ,得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 輸入變量輸入變量: 取

6、投幣信號取投幣信號,用用A和和B表示表示 輸出變量輸出變量: 給出飲料和找錢給出飲料和找錢,用用Y和和Z表示表示 投入一枚一元硬幣時投入一枚一元硬幣時A=1A=1; ; 未投入時未投入時A=0A=0 投入一枚五角硬幣時投入一枚五角硬幣時B=1B=1; ; 未投入時未投入時B=0B=0 給出飲料時給出飲料時Y=1Y=1, ,不給時不給時Y=0Y=0 找回一枚五角硬幣時找回一枚五角硬幣時Z=1Z=1, ,不找時不找時Z=0Z=0 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 A B YZ Sn+1 S0 S0 S1 S2 000110 S0/00 S1/00 S2/00 S1/00 S2/00 S0/10 S2/00 S

7、0/10 S0/11 / / / 11 未投幣前電路的未投幣前電路的 初始狀態(tài)初始狀態(tài) 投入五角硬幣后投入五角硬幣后 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài) 投入一元硬幣后投入一元硬幣后 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 A B YZ Sn+1 S0 S0 S1 S2 000110 S0/00 S1/00 S2/00 S1/00 S2/00 S0/10 S2/00 S0/10 S0/11 / / / 11 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)M=3M=3 1 22 nn M 10 nn Q Q 根據(jù)根據(jù) 取觸發(fā)器的位數(shù)取觸發(fā)器的位數(shù)n=2n=2 令觸發(fā)器狀態(tài)令觸發(fā)器狀態(tài)Q1Q0的的 00、01、10分別代分別代 表表

8、S0、S1、S2 可得到表示可得到表示 電路電路次態(tài)次態(tài)/ /輸出輸出 的卡諾圖的卡諾圖 AB 00/0 0 01/00 / 10/0 0 00011110 11 10 / nn QQYZ ( ) 00 01 11 10 10/0 0 00/10 / 00/11 / 01/0 0 10/00 / 00/1 0 / / / 2、狀態(tài)分配、狀態(tài)分配 3、選定觸發(fā)器的類型、選定觸發(fā)器的類型,求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出 方程。方程。 選擇選擇JKJK觸發(fā)器組成這個邏輯電路。將之前所得的卡諾觸發(fā)器組成這個邏輯電路。將之前所得的卡諾 圖分解為分別表示圖分解為分別表

9、示 、 、Y Y、Z Z的的4 4個卡諾圖。個卡諾圖。 1 1 n Q 1 0 n Q 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 狀態(tài)狀態(tài) 方程方程 1 11100 nnnnn QQ ABQ Q AQ B 1 0010 nnnn QQ ABQ Q B 輸出輸出 方程方程 110 nnn YQ BQ AQ A 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/1

10、0 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 0 10 1 00 00 01 11 10 0 01 00 01 11 10 Q1nQ0 n AB 1 1 n Q 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 0 01 0 10 00 01 11 10 0 00 00 01 11 10 Q1nQ0 n AB 1 0 n Q 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00

11、 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 1 00 0 00 00 01 11 10 1 10 00 01 11 10 Q1nQ0 n AB Y 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 0 00 0 00 00 01 11 10 1 00 00 01 11 10 Q1nQ0 n AB Z 1 n ZQ A JK 觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程: n n n

12、QKQJQ 1 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 1 11100 nnnnn QQ ABQ Q AQ B 1 0010 nnnn QQ ABQ Q B 110011 () nnnnnn Q ABQ Q AQ B QQ 100 nnn Q BQABQ 01001 () nnnnn Q BQABQ BQ A Q 10 n JQ B故得到驅(qū)動方程故得到驅(qū)動方程: 01 n JQ B 0 KABAB 100 nn KABQ BQ A 4、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。 C P 10 n JQ B 01 n JQ B 0 KAB 100 nn KABQ BQ A 1K C1 FF1 返回到返

13、回到S0狀態(tài)狀態(tài), 10 01 101 0 0 輸出方程輸出方程 110 nnn YQ BQ AQ A 1 n ZQ A 111 1 100 0 1 0 但收費結(jié)果錯誤但收費結(jié)果錯誤; AB=10時時,返回到返回到S2狀態(tài)狀態(tài), 01 10 010 1 0 011 1 1 1 但收費結(jié)果錯誤。但收費結(jié)果錯誤。 改進(jìn)措施：可在電路中加上異改進(jìn)措施：可在電路中加上異 步清零端步清零端R RD D，開始工作時在，開始工作時在R RD D端端 加上低電平信號將電路清零。加上低電平信號將電路清零。 按如下狀態(tài)圖設(shè)計時序電路。按如下狀態(tài)圖設(shè)計時序電路。 000/0 /0/0 /0/0 001010011

14、100101 /1 nnn QQQ 012 解解 已給出最簡狀態(tài)圖已給出最簡狀態(tài)圖,若用同步方式若用同步方式: 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 Y 0000 01 02Q QY 為方便為方便,略去右略去右 上角上角 標(biāo)標(biāo)n。 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 1 0 n Q 101 0 10 0 1 0 QQ n 1 1 n Q 01 0 01012 1 1 QQQQQQ n 1 2 n Q 001 1 0201 1 2 QQQQQ n 例例 3 0 1 0 QQ n 01012 1 1 QQQQQQ n 0201 1 2 QQQQQ n

15、選用選用 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器 1 00 KJ 01021 , QKQQJ 約束項約束項 022201 )(QQQQQQ 02201201 QQQQQQQQ 02201 QQQQQ C P 1K C1 FF1 1. 寫出狀態(tài)寫出狀態(tài) SN 1 的二進(jìn)制代碼的二進(jìn)制代碼; 3. 畫連線圖。畫連線圖。 例例 用用4位二進(jìn)制計數(shù)器位二進(jìn)制計數(shù)器 74163 構(gòu)成構(gòu)成十二進(jìn)制十二進(jìn)制計數(shù)器。計數(shù)器。 解解: 1. 013 QQQCR 111 SS N 013 QQQLD 或或 = 1011 2. 歸零表達(dá)式歸零表達(dá)式: 3. 連線圖連線圖 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0

16、D1 D2 D3 CR 1 2. 求歸零邏輯表達(dá)式求歸零邏輯表達(dá)式; 3. 畫連線圖。畫連線圖。 例例 用二用二-八八-十六進(jìn)制異步計數(shù)器十六進(jìn)制異步計數(shù)器74197構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器。構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器。 1100 12 S 23Q QCR 23Q QLD 或或 Q0 Q1 Q2 Q3 CP0 D0 D1 D2 D3 CR CP1 LDCT/ 用集成用集成計數(shù)器擴(kuò)展容量后計數(shù)器擴(kuò)展容量后, 終值終值 SN ( (或或SN1 ) )的代碼由個位、十位、的代碼由個位、十位、 百位的百位的對應(yīng)的對應(yīng)的 構(gòu)成。構(gòu)成。 一、時序邏輯電路的特點一、時序邏輯電路的特點 數(shù)字?jǐn)?shù)字 電路電路 邏輯邏輯 功能功能 組合邏輯電路組合邏輯電路 時序邏輯電路時序邏輯電路 （基本構(gòu)成單元（基本構(gòu)成單元 門電路）門電路） （基本構(gòu)成單元（基本構(gòu)成單元 觸發(fā)器）觸發(fā)