數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)：chap_6 時(shí)序邏輯電路

1、第六章 時(shí)序邏輯電路6.1 概述一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)功能上：任一時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，還與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)。2. 電路結(jié)構(gòu)上 包含存儲(chǔ)電路和組合電路 存儲(chǔ)器狀態(tài)和輸入變量共同決定輸出二、時(shí)序電路的一般結(jié)構(gòu)形式與功能描述方法可以用三個(gè)方程組來(lái)描述：三、時(shí)序電路的分類1. 同步時(shí)序電路與異步時(shí)序電路同步：存儲(chǔ)電路中所有觸發(fā)器的時(shí)鐘使用統(tǒng)一的clk,狀態(tài)變化發(fā)生在同一時(shí)刻異步：沒(méi)有統(tǒng)一的clk,觸發(fā)器狀態(tài)的變化有先有后2. Mealy型和Moore型Mealy型： Moore型： 6.2 時(shí)序電路的分析方法6.2.1 同步時(shí)序電路的分析方法分析：找出給定時(shí)序電路的邏輯功能即找出在輸入

2、和CLK作用下，電路的次態(tài)和輸出。一般步驟：從給定電路寫出存儲(chǔ)電路中每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程（輸入的邏輯式），得到整個(gè)電路的驅(qū)動(dòng)方程。將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程，得到狀態(tài)方程。從給定電路寫出輸出方程。例：板書6.2.2 時(shí)序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)機(jī)流程圖和時(shí)序圖一、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表0000010001010001001100111000100101010111001100001111000100000100102010030110410005101061101700000111110000二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖三、時(shí)序圖例6.2.3：（4）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：（5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖00011011001/01

3、0/011/000/1111/100/001/010/0板書*6.2.3 異步時(shí)序邏輯電路的分析方法各觸發(fā)器的時(shí)鐘不同時(shí)發(fā)生例：6.3 若干常用的時(shí)序邏輯電路6.3.1 寄存器和移位寄存器一、寄存器用于寄存一組二值代碼，N位寄存器由N個(gè)觸發(fā)器組成，可存放一組N位二值代碼。只要求其中每個(gè)觸發(fā)器可置1，置0。例1：例：用維-阻觸發(fā)器結(jié)構(gòu)的74HC175二、移位寄存器（代碼在寄存器中左/右移動(dòng)）具有存儲(chǔ) + 移位功能器件實(shí)例：74LS 194A，左/右移，并行輸入，保持，異步置零等功能RDS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入 寫出狀態(tài)方程擴(kuò)展應(yīng)用（4位 8位）6.3

4、.2 計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)、分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等分類：按時(shí)鐘分，同步、異步 按計(jì)數(shù)過(guò)程中數(shù)字增減分，加、減和可逆 按計(jì)數(shù)器中的數(shù)字編碼分，二進(jìn)制、二-十進(jìn)制和循環(huán)碼 按計(jì)數(shù)容量分，十進(jìn)制，六十進(jìn)制一、同步計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器原理：根據(jù)二進(jìn)制加法運(yùn)算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)末位加1，若第i位以下皆為1時(shí)，則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)。先畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：板書由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為：器件實(shí)例：74161工作狀態(tài)X0XXX置 0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)簡(jiǎn)單介紹內(nèi)部電路邏輯符號(hào)：

5、同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器原理：根據(jù)二進(jìn)制減法運(yùn)算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)末位減1，若第i位以下皆為0時(shí)，則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)。先畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：板書由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為：同步加減計(jì)數(shù)器加/減計(jì)數(shù)器加/減計(jì)數(shù)結(jié)果加/減計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果兩種解決方案a.單時(shí)鐘方式 74LS191工作狀態(tài)X11X保持XX0X預(yù)置數(shù)(異步)010加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)74LS191功能表課堂自學(xué)：圖6.3.17b.雙時(shí)鐘方式器件實(shí)例：74LS193（P288圖）工作狀態(tài)X XX1清零XX00預(yù)置數(shù)(異步)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)CLKU CLKD LD RD試畫出進(jìn)位和借位信號(hào)的時(shí)

6、序圖2.同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器基本原理：在四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上修改，當(dāng)計(jì)到1001時(shí)，則下一個(gè)CLK電路狀態(tài)回到0000。見(jiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖能自啟動(dòng)通過(guò)計(jì)算得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖.器件實(shí)例：74160（P291圖）工作狀態(tài)X0XXX置 0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)器能自啟動(dòng)十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器基本原理一致，電路只用到00001001的十個(gè)狀態(tài)實(shí)例器件單時(shí)鐘：74190（P294圖）雙時(shí)鐘：74192二. 異步計(jì)數(shù)器1. 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器原則：每1位從“1”變“0”時(shí)，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)異步二進(jìn)制減法

7、計(jì)數(shù)器在末位-1時(shí)，從低位到高位逐位借位方式工作。原則：每1位從“0”變“1”時(shí)，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)2、異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器原理：在4位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器上修改而成，要跳過(guò)1010 1111這六個(gè)狀態(tài)12345678910J=0J=1J=0J=1J=0器件實(shí)例：二五十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS290三、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法用已有的N進(jìn)制芯片，組成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，是常用的方法。N進(jìn)制M進(jìn)制1. N M原理：計(jì)數(shù)循環(huán)過(guò)程中設(shè)法跳過(guò)NM個(gè)狀態(tài)。具體方法：置零法 置數(shù)法例：將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步置零法工作狀態(tài)X0XXX置 0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C

8、）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)例：將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步置零法改進(jìn)電路：用時(shí)序圖加以說(shuō)明預(yù)置數(shù)法：畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2. N M 的計(jì)數(shù)器然后再采用置零或置數(shù)的方法例：用74160接成二十九進(jìn)制整體置零（異步）整體置數(shù)（同步）四、移位寄存器型計(jì)數(shù)器1. 環(huán)形計(jì)數(shù)器2. 扭環(huán)形計(jì)數(shù)器五、計(jì)數(shù)器應(yīng)用實(shí)例例1，計(jì)數(shù)器+譯碼器順序節(jié)拍脈沖發(fā)生器(圖6.3.52)例2，計(jì)數(shù)器+數(shù)據(jù)選擇器（組合電路）序列脈沖發(fā)生器發(fā)生的序列：00010111若要求產(chǎn)生序列：000101例3，利用移位型寄存器構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器比如：000101116.4 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法6.4.1 同步時(shí)序邏輯

9、電路的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的一般步驟一、邏輯抽象，求出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1. 確定輸入/輸出變量、電路狀態(tài)數(shù)。2. 定義輸入/輸出邏輯狀態(tài)以及每個(gè)電路狀態(tài)的含意，并對(duì)電路狀態(tài)進(jìn)行編號(hào)。3. 按設(shè)計(jì)要求列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，或畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。二、狀態(tài)化簡(jiǎn)若兩個(gè)狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并轉(zhuǎn)換到同一個(gè)次態(tài)，則稱為等價(jià)狀態(tài)；等價(jià)狀態(tài)可以合并。三、狀態(tài)分配（編碼）1. 確定觸發(fā)器數(shù)目。2. 給每個(gè)狀態(tài)規(guī)定一個(gè)代碼。四、選定觸發(fā)器類型求出狀態(tài)方程，驅(qū)動(dòng)方程，輸出方程。五、畫出邏輯圖六、檢查自啟動(dòng)例6.4.1 板書例：設(shè)計(jì)一個(gè)同步可逆三進(jìn)制計(jì)數(shù)器例6.4.2：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器，要求在連續(xù)輸入三個(gè)或三個(gè)以

10、上“1”時(shí)輸出為1，其余情況下輸出為0。一、抽象、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 二、狀態(tài)化簡(jiǎn)用X表示輸入數(shù)據(jù)，用Y表示輸出（檢測(cè)結(jié)果）用S0 S1 S2 S3表示四個(gè)狀態(tài)，分別表示未輸入1，連續(xù)輸入了一個(gè)1，連續(xù)輸入了兩個(gè)1，連續(xù)輸入了三個(gè)或以上的1.三、狀態(tài)分配取n=2，令 的00、01、10為 則，四、選用JK觸發(fā)器，求方程組五、畫邏輯圖六、檢查電路能否自啟動(dòng)將狀態(tài)“11” 代入狀態(tài)方程和輸出方程，分別求X=0/1下的次態(tài)和現(xiàn)態(tài)下的輸出，得到：能自啟動(dòng)例6.4.3：設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)售飲料機(jī)的邏輯電路。它的投幣口每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣后機(jī)器自動(dòng)給出一杯飲料；投入兩元硬幣后，再給出飲料的同時(shí)找回一枚五角的硬幣。解：輸入變量：A=1表示一元硬幣，B=1表示五角硬幣。 輸出變量：