數(shù)字電路課程課件：第6章_1 時(shí)序邏輯電路概述

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，還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。2. 電路結(jié)構(gòu)上： 時(shí)序邏輯電路通常包含組合電路和存儲(chǔ)電路兩部分， 存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器）是必不可少的。 存儲(chǔ)電路的輸出狀態(tài)必須反饋到組合電路的輸入端， 與輸入信號(hào)一起，共同決定組合邏輯電路的輸出。例：串行加法器 串行加法器指將兩個(gè)多位數(shù)相加時(shí)，采取從低位到高位逐位相加的方式完成相加運(yùn)算。 需具備兩個(gè)功能： 將兩個(gè)加數(shù)和來自低位的進(jìn)位相加， 記憶本位相加后的進(jìn)位結(jié)果。全加器執(zhí)行三個(gè)數(shù)的相加運(yùn)算， 存儲(chǔ)電路記下每次相加后的進(jìn)位結(jié)果。串行加法器電路二、時(shí)序電路的一般結(jié)構(gòu)形式與功

2、能描述方法外部輸入電路輸出存儲(chǔ)電路輸出存儲(chǔ)電路輸入時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)框圖可以用三個(gè)方程組來描述：輸出方程驅(qū)動(dòng)方程(激勵(lì)方程)狀態(tài)方程三、時(shí)序電路的分類1. 根據(jù)儲(chǔ)存電路中觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)不同分為： 同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路。 在同步時(shí)序電路中，所有觸發(fā)器狀態(tài)的變化都是在同一時(shí)鐘信號(hào)操作下同時(shí)發(fā)生的。 在異步時(shí)序電路中，觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同時(shí)發(fā)生的。2. 根據(jù)輸出信號(hào)的特點(diǎn)分為： 米利（Mealy）型和穆爾（Moore）型。 在米利型電路中，輸出信號(hào)不僅取決于存儲(chǔ)電路的狀態(tài)，而且還取決于輸入變量。 在穆爾型電路中，輸出信號(hào)僅僅取決于存儲(chǔ)電路的狀態(tài)。6.2 時(shí)序電路的分析方法 分析一個(gè)時(shí)序電路

3、，就是要找出給定電路的邏輯功能。具體地說，就是要求找出在輸入變量和時(shí)鐘信號(hào)作用下電路的狀態(tài)和輸出狀態(tài)的變化規(guī)律。6.2.1 同步時(shí)序電路的分析方法一般步驟：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。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。由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和輸出方程列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）。畫出工作波形（時(shí)序圖）。說明邏輯功能。例 分析圖示時(shí)序電路的邏輯功能，寫出它的驅(qū)動(dòng)方程、狀態(tài)方程和輸出方程。FF1、FF2和FF3是主從結(jié)構(gòu)的TTL觸發(fā)器，下降沿動(dòng)作，輸入懸空時(shí)和邏輯1狀態(tài)等效。4.由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和輸出方程列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)移方程輸出

4、方程00001111001100110101010100011100011001001010100000000011電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表01234567010000111010001100101001010100100000001010CLK的順序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的另一種形式一個(gè)無效狀態(tài)111，其余七個(gè)為有效狀態(tài)。根據(jù)電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可獲得狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01234567010000111010001100101001010100100000001010CLK的順序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的另一種形式電路能自啟動(dòng)5.畫出工作波形（時(shí)序圖）012345670100001110100011001010010101001

5、00000001010CLK的順序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的另一種形式注意：主從觸發(fā)器下降沿觸發(fā)6. 電路邏輯功能：七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。例 分析下圖時(shí)序邏輯電路的邏輯功能。 （1）驅(qū)動(dòng)方程（2）狀態(tài)方程（3）輸出方程000011110011011001010101011011001010101000011000電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表4.由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和輸出方程列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)移方程輸出方程 0001/011/101 0110/000/0 1100/110/0 1011/001/0電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的另一種形式000011110011011001010101011011001010101000011000

6、電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可獲得狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5.畫出工作波形（時(shí)序圖）000011110011011001010101011011001010101000011000電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表注意：圖中觸發(fā)器上升沿觸發(fā)6. 電路邏輯功能：A=0時(shí)是加法計(jì)數(shù)器。A=1時(shí)是減法計(jì)數(shù)器。*6.2.3 異步時(shí)序邏輯電路的分析方法 每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，并不是所有的觸發(fā)器都有時(shí)鐘信號(hào)，只有那些有時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)器才需用特征方程去計(jì)算次態(tài)，沒有時(shí)鐘信號(hào)的狀態(tài)不變。例 已知異步時(shí)序電路的邏輯圖如圖所示，試分析它的邏輯功能，畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。觸發(fā)器和門電路均為TTL電路。 （1）驅(qū)動(dòng)方程（2）狀態(tài)方程（3）

7、輸出方程 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9100000000011000001111000001100110000101010101000000000010clk0的順序轉(zhuǎn)移方程輸出方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖電路邏輯功能：異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。時(shí)序圖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（Register） 寄存器用于存儲(chǔ)一組二值代碼 ，被廣泛應(yīng)用于各類數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字計(jì)算機(jī)中。 組成寄存器的基本單元是觸發(fā)器 ，只要求觸發(fā)器具有置1、置0的功能即可。 用N個(gè)觸發(fā)器組成的寄存器能存儲(chǔ)一組N位的二值代碼。74LS75的邏輯電路74HC175的邏輯電路CLK 為高電

8、平期間，Q隨D變化，CLK變?yōu)榈碗娖胶?，Q保持CLK變?yōu)榈蜁r(shí)D的狀態(tài)。Q的狀態(tài)僅僅取決于CLK上升沿到達(dá)時(shí)刻D端的狀態(tài)。4 bit LatchsQUAD D Flip-Flops輸入、輸出方式為并行輸入、并行輸出方式二、移位寄存器（Shift Register）移位功能：指寄存器里存儲(chǔ)的代碼，能在移位脈沖的作用下依次左移或右移。因此，移位寄存器不但可以用來寄存代碼，還可以用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行-并行轉(zhuǎn)換、數(shù)值的運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理等 。用D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器012340101101011001010000100010CLK的順序輸入移位寄存器中代碼的移動(dòng)狀況如串行輸入1011，順序?yàn)?、0、1、1，

9、移位寄存器的初始狀態(tài)為0000,4個(gè)CLK后，4位代碼全部移入寄存器，并得到并行輸出，可實(shí)現(xiàn)串行并行轉(zhuǎn)換。如首先將4位數(shù)據(jù)并行地置入移位寄存器的4個(gè)觸發(fā)器中，然后連續(xù)加入4個(gè)移位脈沖CLK，則移位寄存器里的4位代碼將從串行輸出端DO依次送出，實(shí)現(xiàn)了并行串行轉(zhuǎn)換。012340101101011001010000100010CLK的順序輸入移位寄存器中代碼的移動(dòng)狀況波形圖用JK觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器器件實(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并行輸入雙向移位寄存器 74LS194A功能表CLK上升沿有效例：用兩片74LS194A擴(kuò)展成8位雙向移位寄存