(數(shù)電重修復(fù)習(xí)）時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)ppt課件

1、6 . 時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)6.1 時(shí)序邏輯電路的根本概念6.2 同步 時(shí)序邏輯電路的分析6.3 同步 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)6.4 異步 時(shí)序邏輯電路的分析6.5 假設(shè)干典型的時(shí)序邏輯集成電路*6.6 用Verilog描畫時(shí)序邏輯電路6.7 時(shí)序邏輯可編程邏輯器件教學(xué)根本要求2、熟練掌握時(shí)序邏輯電路的分析方法1、熟練掌握時(shí)序邏輯電路的描畫方式及其相互轉(zhuǎn)換。3、熟練掌握時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法4、熟練掌握典型時(shí)序邏輯電路計(jì)數(shù)器、存放器、移位存放器的邏輯功能及其運(yùn)用。5、正確了解時(shí)序可編程器件的原理及其運(yùn)用。6、學(xué)會(huì)用Virelog HDL設(shè)計(jì)時(shí)序電路及時(shí)序可編程邏輯器件的方法。6.1 時(shí)序邏輯電

2、路的根本概念6.1.1 時(shí)序邏輯電路的模型與分類6.1.2 時(shí)序電路邏輯的表達(dá)6.1 時(shí)序邏輯電路的根本概念6.1.1 時(shí)序邏輯電路的模型與分類1. 時(shí)序電路的普通化模型 組組合合電電路路 I O 存存儲(chǔ)儲(chǔ)電電路路 E S i j k m *電路由組合電路和存儲(chǔ)電路組成。 *電路存在反響。 構(gòu)造特征: 輸出方程: Of1(I，S) 鼓勵(lì)方程: Ef2(I，S) 形狀方程 : Sn+1f3(E，Sn) 表達(dá)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)、形狀變量的關(guān)系式表達(dá)了鼓勵(lì)信號(hào)與輸入信號(hào)、形狀變量的關(guān)系式表達(dá)存儲(chǔ)電路從現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式 組組合合電電路路 I O 存存儲(chǔ)儲(chǔ)電電路路 E S i j k m 2、異步

3、時(shí)序電路與同步時(shí)序電路時(shí)序電路同步：存儲(chǔ)電路里一切觸發(fā)器有一個(gè)一致的時(shí)鐘源，它們的形狀在同一時(shí)辰更新。 異步：沒(méi)有一致的時(shí)鐘脈沖或沒(méi)有時(shí)鐘脈沖，電路的形狀更新不是同時(shí)發(fā)生的。 1D Q0 FF0 FF1 Q1 Q1 Q0 & Z CP 1D CP X 1J C1 1K 1J C1 1K =1 Q1 “1” Q2 Y & Q2 Q1 FF1 FF2 1D C1 & 1 & D0 Q0 FF0 Q0 & 1 1D C1 D1 Q1 FF1 Q1 Y A CP 輸出方程A)QQ(Y10 A)QQ(D100 AQD01 鼓勵(lì)方程組 A)QQ(Qnnn1010 AQQnn011 形狀方程組DQn 111

4、. 邏輯方程組6.1.2 時(shí)序電路功能的表達(dá)方法形狀轉(zhuǎn)換真值表100010001100000000nQ1nQ011nQ10nQYA010100011100010111011101001110輸出方程A)QQ(Y10 A)QQ(Qnnn1010 AQQnn011 形狀方程組2. 根據(jù)方程組列出形狀轉(zhuǎn)換真值表將形狀轉(zhuǎn)換真值表轉(zhuǎn)換為形狀表0 1 / 00 0/ 11 11 1 / 00 0 / 11 01 0 / 00 0 / 00 00 1 / 00 0/ 10 1形狀表nnQQ01YQQnn/1011A=1A=0形狀轉(zhuǎn)換真值表01010001110001011101110100111010001

5、0001100000000nQ1nQ011nQ10nQYA形狀表0 1 / 00 0/ 11 11 1 / 00 0 / 11 01 0 / 00 0 / 00 00 1 / 00 0/ 10 1nnQQ01YQQnn/1011A=1A=0 10 11 00 01 0/0 1/0 0/1 10 11 00 01 1/0 0/11/00/11/03.根據(jù)形狀表畫出形狀圖 CP A Q0 Q1 Y 4. 時(shí)序圖 時(shí)序邏輯電路的四種描畫方式是可以相互轉(zhuǎn)換的形狀表0 1 / 00 0/ 11 11 1 / 00 0 / 11 01 0 / 00 0 / 00 00 1 / 00 0/ 10 1nnQQ

6、01YQQnn/1011A=1A=0根據(jù)形狀表畫出波形圖01()YQQ A6.2 時(shí)序邏輯電路的分析6.2.1 分析同步時(shí)序邏輯電路的普通步驟6.2.2 同步時(shí)序邏輯電路分析舉例時(shí)序邏輯電路分析的義務(wù)：分析時(shí)序邏輯電路在輸入信號(hào)的作用下，其形狀和輸出信號(hào)變化的規(guī)律，進(jìn)而確定電路的邏輯功能。6.2 時(shí)序邏輯電路的分析 時(shí)序電路的邏輯能是由其形狀和輸出信號(hào)的變化的規(guī)律呈現(xiàn)出來(lái)的。所以,分析過(guò)程主要是列出電路形狀表或畫出形狀圖、任務(wù)波形圖。分析過(guò)程的主要表現(xiàn)方式:6.2.1 分析同步時(shí)序邏輯電路的普通步驟:1.了解電路的組成：電路的輸入、輸出信號(hào)、觸發(fā)器的類型等 .確定電路的邏輯功能.3.列出形狀轉(zhuǎn)

7、換表或畫出形狀圖和波形圖； 2. 根據(jù)給定的時(shí)序電路圖,寫出以下各邏輯方程式：() 輸出方程； () 各觸發(fā)器的鼓勵(lì)方程;3形狀方程: 將每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入其特性方程得形狀方程.例1 試分析如下圖時(shí)序電路的邏輯功能。6.2.2 同步時(shí)序邏輯電路分析舉例 T0 Q0 Q0 A CP 1T C1 T1 Q1 Q1 1T C1 & FF0 FF1 Y & G1 G2 電路是由兩個(gè)T 觸發(fā)器組成的同步時(shí)序電路。 解：(1)了解電路組成。(2) 根據(jù)電路列出三個(gè)方程組鼓勵(lì)方程組:T0=AT1=AQ0 輸出方程組: Y=AQ1Q0 將鼓勵(lì)方程組代入T觸發(fā)器的特性方程得形狀方程組nnnnQTQTQTQ

8、 1nnnnnQ)AQ(QQAQ1011010 (3) 根據(jù)形狀方程組和輸出方程列出形狀表Y =A Q1Q0nnQAQ010 nnnQ)AQ(Q1011 nnQQ01Y/QQnn1011 0 0 / 11 1 / 01 11 1 / 01 0 / 01 01 0 / 00 1 / 00 10 1 / 00 0 / 00 0A=1A=0(4) 畫出形狀圖nnQQ01Y/QQnn1011 0 0 / 11 1 / 01 11 1 / 01 0 / 01 01 0 / 00 1 / 00 10 1 / 00 0 / 00 0A=1A=0 1/1 1/0 01 00 11 10 1/0 1/0 0/0

9、 0/0 0/0 0/0 Q1Q0 A/Y CP A Q0 Q1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Y nnQQ01Y/QQnn1011 0 0 / 11 1 / 01 11 1 / 01 0 / 01 01 0 / 00 1 / 00 10 1 / 00 0 / 00 0A=1A=0(5) 畫出時(shí)序圖Y =A Q1Q0(6) 邏輯功能分析察看形狀圖和時(shí)序圖可知，電路是一個(gè)由信號(hào)A控制的可控二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)A=0時(shí)停頓計(jì)數(shù)，電路形狀堅(jiān)持不變；當(dāng)A=1時(shí)，在CP上升沿到來(lái)后電路形狀值加1，一旦計(jì)數(shù)到11形狀，Y 輸出1，且電路形狀將在下一個(gè)CP上升沿回到00。輸出信號(hào)Y的下降沿可用于觸發(fā)

10、進(jìn)位操作。 1/1 1/0 01 00 11 10 1/0 1/0 0/0 0/0 0/0 0/0 Q1Q0 A/Y CP A Q0 Q1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Y 例2 試分析如下圖時(shí)序電路的邏輯功能。 CP X 1J C1 1K 1J C1 1K =1 Q1 “1” Q2 Y & Q2 Q1 FF1 FF2 電路是由兩個(gè)JK觸發(fā)器組成的穆?tīng)栃屯綍r(shí)序電路。 解：1.了解電路組成。J2=K2=X Q1 J1=K1=1Y=Q2Q1 2.寫出以下各邏輯方程式：輸出方程鼓勵(lì)方程1n111111 QnnnQQQ 1212XnnnQQQ1QJQnnnKQJ2=K2=X Q1 J1=

11、K1=11QJQnnnKQ將鼓勵(lì)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程得形狀方程1nn21212XXQnnnQQQQ整理得：FF2FF13.列出其形狀轉(zhuǎn)換表，畫出形狀轉(zhuǎn)換圖和波形圖111nnQQ1212XnnnQQQY=Q2Q1 nn12QQYnn/QQ1112 1 11 00 10 0X=1X=0形狀轉(zhuǎn)換表1 0 / 10 0 / 10 1 / 01 1 / 00 0 / 01 0 / 01 1 / 00 1 / 0形狀圖 X/Y 0/0 0/1 0/0 0/0 00 11 01 10 Q2Q1 1/0 1/0 1/1 00 11 01 10 1/0 nn12QQYnn/QQ1112 1 0 / 10

12、 0 / 11 10 1 / 01 1 / 01 00 0 / 01 0 / 00 11 1 / 00 1 / 00 0X=1X=0畫出形狀圖根據(jù)形狀轉(zhuǎn)換表，畫出波形圖。nnQQ011011nnQQ11 0 0 0 1 100 1 1 1 1 000 0 1 0 0 101 10 10 0A= 1A= 0Z CP A Q0 Q1 Z 10011100110110Q2Q1 X/Y 0/0 0/1 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 00 11 01 10 1/0 Q2Q1 X=0時(shí) 00 01 10 11 00 11 10 01 電路功能：可逆計(jì)數(shù)器 X=1時(shí)Y可了解為進(jìn)位或借位端。電路進(jìn)展

13、加1計(jì)數(shù)電路進(jìn)展減1計(jì)數(shù) 。.確定電路的邏輯功能.例3 分析以下圖所示的同步時(shí)序電路。 & CP 1D Q0 Z1 FF0 Z0 Z2 FF2 FF1 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 1D 1D C1 C1 C1 DQn1nnnnQDQDQQD1201010 鼓勵(lì)方程組輸出方程組 Z0=Q0 Z1=Q1 Z2=Q21.根據(jù)電路列出邏輯方程組:得形狀方程nnnnnnnQDQQDQQQDQ1212011101010 2.列出其形狀表將鼓勵(lì)方程代入D 觸發(fā)器的特性方程得形狀方程DQn 1nnnQQQ0112101+112 nnnQQQ1 1 01 1 11 0 01 1 00 1 01 0 10 0

14、11 0 01 1 00 1 11 0 00 1 00 1 00 0 10 0 10 0 0形狀表3. 畫出形狀圖 000 001 100 011 010 110 101 111 Q2Q1Q0 nnnQQQ0112101+112 nnnQQQ1 1 01 1 11 0 01 1 00 1 01 0 10 0 11 0 01 1 00 1 11 0 00 1 00 1 00 0 10 0 10 0 0形狀表3. 畫出時(shí)序圖 CP Q0 Q2 Q1 TCP 由形狀圖可見(jiàn)，電路的有效形狀是三位循環(huán)碼。從時(shí)序圖可看出，電路正常任務(wù)時(shí)，各觸發(fā)器的Q端輪番出現(xiàn)一個(gè)寬度為一個(gè)CP周期脈沖信號(hào),循環(huán)周期為3T

15、CP。電路的功能為脈沖分配器或節(jié)拍脈沖產(chǎn)生器。 CP Q0 Q2 Q1 TCP 000 001 100 011 010 110 101 111 Q2Q1Q0 4、邏輯功能分析米利型和穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路 組組合合電電路路 I O 存存儲(chǔ)儲(chǔ)電電路路 E S i j k m 組組合合電電路路 CP 或或 CP 電路的輸出是輸入變量A及觸發(fā)器輸出Q1、 Q0 的函數(shù)，這類時(shí)序電路亦稱為米利型電路 米利型電路 組組合合電電路路 I O 存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)電路 E S i j k m CP 或 CP 組組合合電電路路 電路輸出僅僅取決于各觸發(fā)器的形狀，而不受電路當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)影響或沒(méi)有輸入變量，這類電路稱為穆?tīng)栃碗?/p>

16、路 穆?tīng)栃碗娐?同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)是分析的逆過(guò)程,其義務(wù)是根據(jù)實(shí)踐邏輯問(wèn)題的要求，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)給定邏輯功能的電路。 由由 給給 定定 的的 邏邏輯輯 功功 能能 建建 立立原原 始始 狀狀 態(tài)態(tài) 圖圖和和 原原 始始 狀狀 態(tài)態(tài)表表 狀狀態(tài)態(tài) 化化簡(jiǎn)簡(jiǎn) 狀狀態(tài)態(tài) 分分配配 選選擇擇 觸觸發(fā)發(fā)器器類類型型 確確定定 激激勵(lì)勵(lì)方方程程組組 和和 輸輸出出方方程程組組 畫畫出出 邏邏輯輯圖圖并并檢檢查查自自啟啟動(dòng)動(dòng)能能力力 同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)過(guò)程(1)根據(jù)給定的邏輯功能建立原始形狀圖和原始形狀表(2)形狀化簡(jiǎn)-求出最簡(jiǎn)形狀圖 ；合并等價(jià)形狀，消去多余形狀的過(guò)程稱為形狀化簡(jiǎn)等價(jià)形狀：在一樣的輸入下

17、有一樣的輸出，并轉(zhuǎn)換到同一個(gè)次態(tài)去的兩個(gè)形狀稱為等價(jià)形狀。明確電路的輸入條件和相應(yīng)的輸出要求，分別確定輸入變量和輸出變量的數(shù)目和符號(hào)。找出一切能夠的形狀和形狀轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系。根據(jù)原始形狀圖建立原始形狀表。(3)形狀編碼形狀分配；(4)選擇觸發(fā)器的類型(6)畫出邏輯圖并檢查自啟動(dòng)才干。給每個(gè)形狀賦以二進(jìn)制代碼的過(guò)程。根據(jù)形狀數(shù)確定觸發(fā)器的個(gè)數(shù)，(5)求出電路的鼓勵(lì)方程和輸出方程 ；M:形狀數(shù);n:觸發(fā)器的個(gè)數(shù)2n-1M2n 例1 用D觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)8421 BCD碼同步十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。 8421碼同步十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器的形狀表nQ3nQ2nQ1nQ01+3nQ1+2nQ1+1nQ1+0nQ00001

18、0019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次 態(tài)現(xiàn) 態(tài)計(jì)數(shù)脈沖CP的順序nQ3nQ2nQ1nQ01+3nQ1+2nQ1+1nQ1+0nQ000010019100100018000111107111001106011010105101000104001011003110001002010010001100000000次 態(tài)現(xiàn) 態(tài)計(jì)數(shù)脈沖CP的順序(2) 確定鼓勵(lì)方程組00000001000111100110101000101100010010003D2D1D0D鼓勵(lì)信號(hào)

19、D3、 D2、 D1、 D0是觸發(fā)器初態(tài)的函數(shù)D3、 D2、 D1、 D0、是觸發(fā)器初態(tài)還是次態(tài)的函數(shù)？ 畫出各觸發(fā)器鼓勵(lì)信號(hào)的卡諾圖nnnnnQQQQQD012033 nnnnnnnQQQQQQQD01202122 nnnnnQQQQQD013011 nQD00 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 D3 Q3Q2 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 D2 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 D0 D1 n Q1Q00001111000 0111100001111000 011110Q3Q2Q1Q0Q1Q0Q3Q20001111000 0

20、11110Q3Q2Q1Q0000111100001 1110畫出完全形狀圖電路具有自啟動(dòng)才干 0000 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 1001 Q3Q2Q1Q0 1110 1111 1010 1011 1100 1101 (3) 畫出邏輯圖，并檢查自啟動(dòng)才干 R C1 1D FFQ0 R C1 1D FFQ2 R C1 1D FFQ1 R C1 1D FFQ3 QQQQ畫出邏輯圖 CP RESEnnnnnQQQQQD012033 nnnnnnnQQQQQQQD01202122 nnnnnQQQQQD013011 nQD00 CP & & & R

21、 C1 1D FF0 Q0 R C1 1D FF2 Q2 R C1 1D FF1 Q1 R C1 1D FF3 Q3 1 1 1 1 1 RESEQ3 Q0 Q1 Q2 例2:設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器。電路的輸入信號(hào)X是與時(shí)鐘脈沖同步的串行數(shù)據(jù)，其時(shí)序關(guān)系如以下圖所示。輸出信號(hào)為Z；要求電路在X信號(hào)輸入出現(xiàn)110序列時(shí)，輸出信號(hào)Z為1，否那么為0。a 初始形狀;b A輸入1后;c A輸入11后;d A輸入110后。 2.定義輸入 輸出邏輯形狀和每個(gè)電路形狀的含義；1.確定輸入、輸出變量及電路的形狀數(shù):輸入變量：A形狀數(shù)：4個(gè)輸出變量：Z解: (1)根據(jù)給定的邏輯功能建立原始形狀圖和原始形狀表列出

22、原始形狀轉(zhuǎn)換表現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài)/輸出輸出A=0A=1aa / 0b / 0ba / 0c / 0cd/ 1c/ 0da/ 0b/ 0現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出次態(tài)輸出A=0A=1aa/ 0b /0ba / 0c/0ca/1c /0abc0/01/00/01/01/00/1 a d c b 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/1 1/0 初初始始狀狀態(tài)態(tài) S A/Y 3、形狀分配令 a = 00，b = 01，c = 11， 0/0 1/0 0/1 1/0 1/0 0/0 00 11 01 現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000 / 001 /00100 / 011

23、 /01100 / 111 /04、選擇觸發(fā)器的類型觸發(fā)器個(gè)數(shù): 兩個(gè)。 類型：采用對(duì) CP 下降沿敏感的 JK 觸發(fā)器。abc0/01/00/01/01/00/1現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)Q1Q0Q1n+1 Q0n+1 YA=0A=10000 / 001 /00100 / 011 /01100 / 111 /0 1 0 J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=XnQ1nQ01+1nQ1+0nQ形狀轉(zhuǎn)換真值表及鼓勵(lì)信號(hào)K0J0K1J1鼓勵(lì)信號(hào)YA0000000000101001010000 0100111101 0110001111111100 AQY1 AJ 0AK 0AQJ01 AK 1 0 0 0

24、0 0 1 Y Q1 Q0 A0100110110 0 0 1 0 J1 010Q1QA0001 1110 0 1 K1 0 1 0 1 0 1 J0 K0 Q1Q0A0001 111001AQ0Q10100011110010001 1110Q0AQ1 FF0 FF1 & & 1 A CP C1 1J 1K C1 1J 1K Y Q0 Q1 AQY1 AJ 0AK 0AQJ01 AK 11Q0Q100001110/01/00/01/01/00/10/11/0AQY1 AQQY01 1 Y1Q0Q0 Y1Q0Q FF0 FF1 & & 1 A CP C1 1J 1K C1 1J 1K Y Q0

25、Q1 AQY1 AQQY01 0/0 0/0 b c g d f 0/0 0/0 0/0 0/0 1/1 1/1 1/1 1/0 1/0 1/0 0/0 e a 1/1 0/0 0/0 b c g d f 0/0 0/0 0/0 0/0 1/1 1/1 1/1 1/0 1/0 1/0 0/0 e a 1/1 1、列出原始形狀表原始形狀表f / 1a / 0gf / 1g / 0ff / 1a / 0ef / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態(tài)/輸出Sn+1/Y現(xiàn)態(tài)Snf / 1a / 0gf / 1g / 0ff / 1a / 0e

26、f / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態(tài)/輸出Sn+1/Y現(xiàn)態(tài)Sn第一次化簡(jiǎn)形狀表f / 1e / 0ff / 1a / 0ef / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態(tài)/輸出Sn+1/Y現(xiàn)態(tài)Sn2、形狀表化簡(jiǎn)011 / 1000 / 0100011 / 1100 / 0011011 / 0000 / 0010011 / 0010 / 0001001 / 0000 / 0000A=1A=0次態(tài)/輸出Sn+1/Y現(xiàn)態(tài)Sn已分配形狀的形狀表2、形狀編碼a=000;b=001;

27、c=010 ;d=011;e=100最后簡(jiǎn)化的形狀表d / 1a / 0ed / 1e / 0dd / 0a / 0cd / 0c / 0bb / 0a / 0aA=1A=0次態(tài)/輸出Sn+1/Y現(xiàn)態(tài)Sn三種形狀分配方案狀態(tài)狀態(tài)方案方案1自然二進(jìn)制自然二進(jìn)制碼碼方案方案2格雷碼格雷碼方案方案3“一對(duì)一一對(duì)一”a0 0 00 0 00 0 0 0 1b0 0 10 0 10 0 0 1 0c0 1 00 1 10 0 1 0 0d0 1 10 1 00 1 0 0 0e1 0 01 1 01 0 0 0 0形狀轉(zhuǎn)換真值表nQ1nQ012 nQnQ211 nQ10 nQ11101001000000

28、011110111000010110011010100000001001101100001001000100100000000000Y (D0) (D1) (D2)A3、求鼓勵(lì)方程、輸出方程AQQQDnnn01122 AQAQQQDnnnn21101 102nnnYQ Q AQ AAQDn 100 D2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Q2Q1 D1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 D0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 A Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 Q0AQ0AQ2Q1Q2Q1Q0AQ2Q1Q0A0001111000 01111000 01111000

29、011110000111100001111000 01111000011110畫出邏輯電路 D0 Q0 Q0 FF0 1D C1 R D1 D2 Q2 Q2 FF2 1D C1 R Q1 Q1 FF1 1D C1 R & 1 & & 1 & A R Q2Q1Q0+Q1A+Q2A Q1Q0A Y=Q1Q0A+Q2A CP 畫出完好的形狀圖，檢查所設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器能否自啟動(dòng). 0/0 0/0 0/0 0/0 1/0 1/0 1/1 100 001 011 010 000 0/0 1/0 101 111 110 1/1 1/1 0/0 0/0 0/0 1/1 1/1 6. 4 異步時(shí)序邏輯電路的分析一.

30、 異步時(shí)序邏輯電路的分析方法：分析步驟:3.確定電路的邏輯功能。2.列出形狀轉(zhuǎn)換表或畫出形狀圖和波形圖； 1. 寫出以下各邏輯方程式：b)觸發(fā)器的鼓勵(lì)方程；c) 輸出方程d)形狀方程a)時(shí)鐘方程 CL& Z Q0 Q1 Q0 Q1 FF1 1D C1 FF0 1D C1 CPCP1分析形狀轉(zhuǎn)換時(shí)必需思索各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)作用情況有作用，那么令cpn=1；否那么cpn=0根據(jù)鼓勵(lì)信號(hào)確定那些cpn=1的觸發(fā)器的次態(tài)，cpn=0的觸發(fā)器那么堅(jiān)持原有形狀不變。2每一次形狀轉(zhuǎn)換必需從輸入信號(hào)所能觸發(fā)的第一個(gè)觸發(fā)器 開(kāi)場(chǎng)逐級(jí)確定3每一次形狀轉(zhuǎn)換都有一定的時(shí)間延遲同步時(shí)序電路的一切觸發(fā)器是同時(shí)轉(zhuǎn)換形狀的，

31、與之不同，異步時(shí)序電路各個(gè)觸發(fā)器之間的形狀轉(zhuǎn)換存在一定的延遲，也就是說(shuō)，從現(xiàn)態(tài)Sn到次態(tài)Sn+1的轉(zhuǎn)換過(guò)程中有一段“不穩(wěn)定的時(shí)間。在此期間，電路的形狀是不確定的。只需當(dāng)全部觸發(fā)器形狀轉(zhuǎn)換終了，電路才進(jìn)入新的“穩(wěn)定形狀，即次態(tài)Sn+1。 留意:例1 分析如下圖異步電路1. 寫出電路方程式 時(shí)鐘方程輸出方程鼓勵(lì)方程 CP0=CLK求電路形狀方程 觸發(fā)器如有時(shí)鐘脈沖的上升沿作用時(shí)，其形狀變化； 如無(wú)時(shí)鐘脈沖上升沿作用時(shí)，其形狀不變。n0n1QQZ CP1=Q0二. 異步時(shí)序邏輯電路的分析舉例 CLK & Z Q0 Q1 Q0 Q1 FF1 1D C1 FF0 1D C1 CPCP00QD 11QD

32、000000001+0cpQcpQcpQcpDQnnnn 111111111+1cpQcpQcpQcpDQnnnn 00CP0CP1Q0Q1CP11Q n10Q n111 10 x11 0100 10 x00 011(X-無(wú)觸發(fā)沿 , -有觸發(fā)沿) 00/0 Q1Q0/Z 11/1 10/0 01/0 CP Q0 Q1 Z 1TCP 狀態(tài)不確定狀態(tài)不確定 根據(jù)形狀圖和詳細(xì)觸發(fā)器的傳輸延遲時(shí)間tpLH和tpHL，可以畫出時(shí)序圖 4. 邏輯功能分析該電路是一個(gè)異步二進(jìn)制減計(jì)數(shù)器，Z信號(hào)的上升沿可觸發(fā)借位操作。也可把它看作為一個(gè)序列信號(hào)發(fā)生器。n0n1QQZ 例2 分析如下圖異步時(shí)序邏輯電路. CL

33、K Q0 FF0 Q1 FF1 Q2 & Q0 Q1 CP0 CP1 FF2 Q2 CP2 C C C CLK Q0 FF0 Q1 FF1 Q2 & Q0 Q1 CP0 CP1 FF2 Q2 CP2 C C C 形狀方程 00001+0cpQcpQQnnn 11111+1cpQcpQQnnn 02021+2cpQcpQQnnn 時(shí)鐘方程 CLKQCLKQCP220 01QCP CLK)QQQ(CLKQQQCP2102102 解 (1) 列出各邏輯方程組 (2) 列出 形狀表nQ2nQ1nQ012nQ11nQ10nQ110100010010110100100100000cp0cp1cp21100

34、01111010001011100001101000001001001111110CP=0表示無(wú)時(shí)鐘下降沿，CP=1表示有時(shí)鐘下降沿電路是一個(gè)異步五進(jìn)制加計(jì)數(shù)電路。(4) 邏輯功能分析(3) 畫出形狀圖 Q2Q1Q0 100 010 000 001 011 101 111 110 6.5 假設(shè)干典型的時(shí)序邏輯集成電路6.5.1 存放器和移位存放器6.5.2 計(jì)數(shù)器6.5 假設(shè)干典型的時(shí)序邏輯集成電路1、 存放器6.5.1 存放器和移位存放器存放器:是數(shù)字系統(tǒng)中用來(lái)存儲(chǔ)代碼或數(shù)據(jù)的邏輯部件。它的主要組成部分是觸發(fā)器。 一個(gè)觸發(fā)器能存儲(chǔ)1位二進(jìn)制代碼，存儲(chǔ) n 位二進(jìn)制代碼的存放器需求用 n 個(gè)觸

35、發(fā)器組成。存放器實(shí)踐上是假設(shè)干觸發(fā)器的集合。 1 1D C 1 C P 1 O E 1 E Q0 1 1D C 1 E Q1 1 1D C 1 E Q7 D0 D1 D7 8位CMOS存放器74HC374脈沖邊沿敏感的存放器 1 1D C 1 C P 1 O E 1 E Q0 1 1D C 1 E Q1 1 1D C 1 E Q7 D0 D1 D7 8位CMOS存放器74HC/HCT37411111101118位CMOS存放器74LV374高阻HHH高阻LLH存入數(shù)據(jù)，制止輸出HHL對(duì)應(yīng)內(nèi)部觸發(fā)器的形狀LLL存入和讀出數(shù)據(jù)Q0Q7DNCP輸出內(nèi)部觸發(fā)器輸 入任務(wù)方式OE1nNQ2、 移位存放器

36、移位存放器是既能存放數(shù)碼，又能在時(shí)鐘脈沖的作用下使數(shù)碼向高位或向低位挪動(dòng)的邏輯功能部件。按挪動(dòng)方式分單向移位存放器雙向移位存放器左移位存放器移位存放器的邏輯功能分類移位存放器的邏輯功能右移位存放器 1D Q0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF3 FF0 FF1 FF2 (1) 根本移位存放器a電路串行數(shù)據(jù)輸入端串行數(shù)據(jù)輸出端并行數(shù)據(jù)輸出端D3=Qn2D1=Q0nD0=DSIQ0n+1=DSIQ1n+1 =D1 = Q0nQ2n+1 =D2 =Qn1Q3n+1 =D3 = Qn22、寫出鼓勵(lì)方程：3、寫出形狀方程：(b). 任務(wù)原理 1D Q

37、0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF0 FF1 FF2 FF3 D2=Qn1D0 D2 D1 D3 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 00 0 0 0 0 0 0FF0 FF1 FF2 FF31CP 后2CP 后3CP 后4CP 后1101 1 Q0n+1=DSIQ1n+1 = Q0nQ2n+1 =Qn1Q3n+1 =Qn2 1D Q0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF0 FF1 FF2 FF3 1011 DSI CP 1 1 0 1 1 2 4 3 5 6 8 7 0 0 0

38、 0 0 DSI =11010000,從高位開(kāi)場(chǎng)輸入 串串行行輸輸出出 并并行行輸輸出出DPO 經(jīng)過(guò)4個(gè)CP脈沖作用后，從DS 端串行輸入的數(shù)碼就可以從Q0 Q1 Q2 Q3并行輸出。 串入并出 經(jīng)過(guò)7個(gè)CP脈沖作用后，從DSI 端串行輸入的數(shù)碼就可以從DO 端串行輸出。 串入串出 Q0 Q1 Q2 Q3(DSO) 2典型集成電路 1D C1 R 1 1 1 1 1 Q0 1D C1 R 1 Q1 1D C1 R 1 Q7 CP CRDSA DSB & 內(nèi)部邏輯圖8位移位存放器74HC/HCT1642. 多功能雙向移位存放器 D0 FF0 D1 FF1 D2 FF2 D3 FF3 并并行行輸輸

39、入入 并并行行輸輸出出 右右移移串串行行輸輸入入（DIR） 左左移移串串行行輸輸出出（DOL） 右右移移串串行行輸輸出出（DOR） 左左移移串串行行輸輸入入（DIL） Q0 Q1 Q2 Q3 多功能移位存放器任務(wù)方式簡(jiǎn)圖1任務(wù)原理高位移向低位-左移低位移向高位-右移 1D C1 1D C1 FFm 0 1 3 2 1 0 MUX MUXm Dm1 Dm FFm1 1D C1 FFm+1 Dm+1 Dm CP S1 S0 Qm1 Qm Qm+1 實(shí)現(xiàn)多種功能雙向移位存放器的一種方案(僅以FFm為例)nmnmQQ11 nmnmQQ11 mnmDQ 1S1S0=00S1S0=01高位移向低位S1S0

40、=10S1S0=11nmnmQQ 1并入不變低位移向高位2典型集成電路CMOS 4位雙向移位存放器74HC/HCT194 1S C1 FF0 S1 1 & 1R R 1 DSR 1 S0 1 1 1 & & & 1 DI0 & & & & 1 DI1 & & & & 1 DI2 & & & & 1 DI3 1 DSL 1 D0 D0 CP 1 1S C1 FF1 1R R 1 1 D1 D1 1S C1 FF2 1R R 1 1 D2 D2 1S C1 FF3 1R R 1 1 D3 D3 CR 1 1 Q0 1 Q1 1 Q2 1 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3 74HCT194 的功能表 1

41、0 nQ11 nQ12 nQ13 nQCRnQ0nQ1nQ2nQ3nQ1nQ2nQ0nQ1nQ2nQ3nQ1nQ2nQ37D3D2D1D0DI3*DI2*DI1*DI0*HHH6H HLHH5LLLHH4HHHLH3LLHLH2LLH1LLLLLDI3DI2DI1DI0左移DSL右移DSRS0S1行并行輸入時(shí)鐘CP串行輸入控制信號(hào)清零輸 出輸 入nQ0nQ1nQ22、計(jì)數(shù)器的分類按脈沖輸入方式，分為同步和異步計(jì)數(shù)器按進(jìn)位體制，分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和恣意進(jìn)制計(jì)數(shù)器按邏輯功能，分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器概 述1、計(jì)數(shù)器的邏輯功能 計(jì)數(shù)器的根本功能是對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)。它也可用于分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)

42、拍脈沖和脈沖序列及進(jìn)展數(shù)字運(yùn)算等等。6.5.2 計(jì) 數(shù) 器同步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 恣意進(jìn)制計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 恣意進(jìn)制計(jì)數(shù)器(1) 異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器-4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 任務(wù)原理 FF0 R CR Q0 1 FF1 R FF2 R FF3 R 1 CP Q1 Q2 Q3 1 1 1 1 Q0 Q0 Q1 Q1 Q2 Q2 Q3 Q3 C C C C 1、 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Q2 0 0 0 0

43、 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Q1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 Q3 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 結(jié)論:CPQff210 CPQff411 CPQff812 計(jì)數(shù)器的功能：不僅可以計(jì)數(shù)也可作為分頻器。CPQff1613 Q0 CP Q1 Q2 Q3 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 9 10 11 12 13 14 15 16

44、 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1tpd 2tpd 3tpd 4tpd 4tpd 如思索每個(gè)觸發(fā)器都有1tpd的延時(shí)，電路會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？異步計(jì)數(shù)脈沖的最小周期 Tmin=n tpd。n為位數(shù) 典型集成電路中規(guī)模集成電路74HC/HCT393中集成了兩個(gè)4位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器在 5V、25任務(wù)條件下，74HC/HCT393中每級(jí)觸發(fā)器的傳輸延遲時(shí)間典型值為6ns。 1C P 1 2 1 1M1Q0 1Q1 1Q2 1Q3 3 4 5 6 2C P 11

45、2 2M2Q0 2Q1 2Q2 2Q3 119 8 74HC/HCT393的邏輯符號(hào)Q0在每個(gè)CP都翻轉(zhuǎn)一次Q1僅在Q0=1后的下一個(gè)CP到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)FF0可采用T=1的T觸發(fā)器FF1可采用T= Q0的T觸發(fā)器Q3僅在Q0=Q1=Q2=1后的下一個(gè)CP到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)FF2可采用T= Q0Q1T的觸發(fā)器Q2僅在Q0=Q1=1后的下一個(gè)CP到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)FF3可采用T= Q0Q1Q2T的觸發(fā)器4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器形狀表00000161111115001111401011130001112011011100101100100190000180111070011060101050001040110030010020

46、10001000000Q0Q1Q2Q3進(jìn)位輸出電路形狀計(jì)數(shù)順序(2)二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器 FF0 1D C1 T0=CE CE Q0 CP = FF1 1D C1 T1=Q0CE Q1 = FF2 1D C1 T2=Q1Q0CE Q2 = FF3 1D C1 T3=Q2Q1Q0CE Q3 = & & & Q0 Q1 Q2 Q3 1 1 4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器邏輯圖CE=0堅(jiān)持不變CE=1計(jì)數(shù) CEQQQQQQTCEQQQQTCEQQTCET0120123010120010 Q Q 1D C1 = =1 1 T CP Q Q 1D C1 T CP = = Q0 CP Q1 Q2 Q3 1tpd 4

47、位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器時(shí)序圖 D0 & 1 & 1 & 1 F F0 1 D C 1 R Q Q = & & & 1 F F1 1 D C 1 R Q Q = & & & 1 F F2 1 D C 1 R Q Q = & & & 1 F F3 1 D C 1 R Q Q = = 1 1 Q0 1 Q1 1 Q2 1 Q3 1 TC D1 1 D2 1 D3 1 & 1 1 1 1 1 C E T C EP P E C P C R (2)典型 集成計(jì)數(shù)器74LVC1612選1數(shù)據(jù)選擇器(2)時(shí)序圖 CR PE CP CEP CET Q0 Q1 Q2 Q3 TC 計(jì)計(jì)數(shù)數(shù) 保保持持 異異步步清清零零

48、 同同步步預(yù)預(yù)置置 D3 D0 D1 D2 TC=CETQ3Q2Q1Q074LVC161邏輯功能表輸輸 入入輸輸 出出清零清零預(yù)預(yù)置置使能使能時(shí)鐘時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入預(yù)置數(shù)據(jù)輸入計(jì)計(jì) 數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)位位CEPCETCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0TCLLLLLLHLD3D2D1D0D3D2D1D0*HHL保保持持*HHL保保持持LHHHH計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)*CR的作用？PECRPE的作用？例6.5.1 試用74LVC161構(gòu)成模216的同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 LD PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC0 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 CE CLK RESET PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC1 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D4 D5 D6 D7 Q4 Q5 Q6 Q7 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC2 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D8 D9 D10 D11 Q11 Q8 Q9 Q10 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D12 D13 D14 D15 Q15 Q12