第10章 時(shí)序數(shù)字電路

電子學(xué)基礎(chǔ)制作：王林煒第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器

§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法

§3.寄存器§4.計(jì)數(shù)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器

一、概述二、基本觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器

時(shí)序邏輯電路，簡(jiǎn)稱時(shí)序電路。時(shí)序電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是電路任意時(shí)刻的輸出信號(hào)，不僅與該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與輸入信號(hào)作用前電路原來的狀態(tài)有關(guān)。時(shí)序電路的特點(diǎn)表明它具有記憶功能。時(shí)序電路由組合電路和存儲(chǔ)單元或反饋延遲電路組成。觸發(fā)器是時(shí)序電路的基本單元。本節(jié)主要講述觸發(fā)器的構(gòu)成和工作原理。第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器一、概述一、概述第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器一、概述一、概述觸發(fā)器是具有記憶功能的基本邏輯單元，一個(gè)觸發(fā)器能存儲(chǔ)1位二進(jìn)制信息。觸發(fā)器的邏輯功能可以用特性表或特征方程來描述。數(shù)字電路的基本工作信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)和兩狀態(tài)邏輯信號(hào)，而觸發(fā)器就是存放這些信號(hào)的單元電路，由于數(shù)字信號(hào)具有兩狀態(tài)(0或1)性質(zhì)，故對(duì)觸發(fā)器的基本要求是：①具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)—0狀態(tài)和1狀態(tài)；②能夠接收、保存和輸出信號(hào)。即在觸發(fā)信號(hào)的操作下,根據(jù)不同的輸入信號(hào)可以置成0或1狀態(tài)。第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器一、概述一、概述由于采用的電路結(jié)構(gòu)不同，觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)方式也不一樣。觸發(fā)方式分為電平觸發(fā)、脈沖觸發(fā)和邊沿觸發(fā)三種。在不同的觸發(fā)方式下，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)達(dá)到時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程具有不同的動(dòng)作特點(diǎn)。掌握這些動(dòng)作特點(diǎn)對(duì)于正確使用觸發(fā)器是非常必要的。由于控制方式的不同（即信號(hào)的輸入方式及觸發(fā)器狀態(tài)隨輸入信號(hào)變化的規(guī)律不同），觸發(fā)器的邏輯功能在細(xì)節(jié)上又有所不同。根據(jù)觸發(fā)器邏輯功能的不同分為:

SR觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等幾種類型。第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器一、概述一、概述觸發(fā)器按照電路結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)的不同，有基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器之分。

基本觸發(fā)器(SR鎖存器Set-ResetLatch)：此類觸發(fā)器輸入信號(hào)直接加到輸入端。它是觸發(fā)器的基本電路結(jié)構(gòu)形式，是構(gòu)成其它類型觸發(fā)器的基礎(chǔ)。

同步觸發(fā)器(電平觸發(fā)的觸發(fā)器)：此類觸發(fā)器輸入信號(hào)經(jīng)由控制門輸入，而管理控制門的是CP信號(hào)(ClockPulse時(shí)鐘信號(hào))，即只有在CP信號(hào)到來時(shí)，輸入信號(hào)才能進(jìn)入觸發(fā)器，否則對(duì)電路不起作用。第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器一、概述一、概述

主從觸發(fā)器(脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器)：此類觸發(fā)器先將輸入信號(hào)送進(jìn)主觸發(fā)器，然后再傳送給從觸發(fā)器并輸出，整個(gè)過程分兩步進(jìn)行，具有主從控制特點(diǎn)。

邊沿觸發(fā)器(邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器)：此類觸發(fā)器中，只有在時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿時(shí)刻，輸入信號(hào)才能被接收，邊沿觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)多樣，但邊沿控制是它們的共同特點(diǎn)。觸發(fā)器按照電路結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)的不同，有基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器之分。

第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器一、概述一、概述根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的原理的不同，還可把觸發(fā)器分成靜態(tài)觸發(fā)器和動(dòng)態(tài)觸發(fā)器兩大類。靜態(tài)觸發(fā)器是靠電路狀態(tài)的自鎖存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)觸發(fā)器則通過在MOS管柵極輸入電容上存儲(chǔ)電荷來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。本節(jié)只討論靜態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)器接受輸入信號(hào)之前的狀態(tài)稱現(xiàn)態(tài)，用Qn表示。觸發(fā)器接受輸入信號(hào)之后的狀態(tài)稱次態(tài)，用Qn+1表示?，F(xiàn)態(tài)和次態(tài)是兩個(gè)相鄰離散時(shí)間里觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn和輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系是貫穿本節(jié)的基本問題，如何獲得、描述和理解這種邏輯關(guān)系，是本節(jié)學(xué)習(xí)的中心任務(wù)。第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門組成的基本R-S觸發(fā)器(1)電路組成圖示電路是用兩個(gè)與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器。是信號(hào)輸入端，字母上的反號(hào)表示低電平有效，即端為低電平時(shí)表示有信號(hào)，高電平時(shí)表示無信號(hào)，既表示觸發(fā)器的狀態(tài)，又是兩個(gè)互補(bǔ)的信號(hào)輸出端。(2)工作原理①電路在無輸入信號(hào)即時(shí)有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)0狀態(tài)

——的狀態(tài)1狀態(tài)

——的狀態(tài)用Q端的狀態(tài)表示觸發(fā)器的狀態(tài)第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門組成的基本R-S觸發(fā)器(2)工作原理②電路接收輸入信號(hào)過程當(dāng)時(shí)，觸發(fā)器將置成1

狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，觸發(fā)器將置成0

狀態(tài)。③不允許在端同時(shí)加輸入信號(hào)a.信號(hào)同時(shí)存在時(shí)端均為高電平端均為高電平，對(duì)觸發(fā)器來說，是一種未定義的狀態(tài)，沒有意義。故在正常工作情況下，基本RS觸發(fā)器用做存儲(chǔ)單元時(shí)不允許出現(xiàn)端同時(shí)為0的情況。置1輸入端置0輸入端第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門組成的基本R-S觸發(fā)器(2)工作原理b.信號(hào)同時(shí)撤消時(shí)狀態(tài)不定c.信號(hào)分時(shí)撤消時(shí)狀態(tài)決定于后撤消的信號(hào)③不允許在端同時(shí)加輸入信號(hào)端同時(shí)由低電平跳變到高電平時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)既可能是0狀態(tài)，也可能是1狀態(tài)，無法預(yù)先確定，即出現(xiàn)所謂競(jìng)態(tài)現(xiàn)象。如果端的信號(hào)先撤消，則觸發(fā)器變成1狀態(tài)；如果端的信號(hào)先撤消，則觸發(fā)器變成0狀態(tài)；第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門組成的基本R-S觸發(fā)器(2)工作原理與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器之波形圖第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器2、由或非門組成的基本R-S觸發(fā)器(1)電路組成圖示電路是用兩個(gè)或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器。是信號(hào)輸入端，字母上沒有反號(hào)表示高電平有效，即端為高電平時(shí)表示有信號(hào)，低電平時(shí)表示無信號(hào)，既表示觸發(fā)器的狀態(tài)，又是兩個(gè)互補(bǔ)的信號(hào)輸出端。電路在無輸入信號(hào)即R=S=0時(shí)有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)R=0、S=1時(shí)觸發(fā)器為1狀態(tài)；當(dāng)R=1、S=0時(shí)觸發(fā)器為0狀態(tài)。不允許R端和S端同時(shí)為高電平。當(dāng)R=S=1時(shí)端將同時(shí)為低電平。當(dāng)R、S同時(shí)由1跳變到0時(shí)，競(jìng)態(tài)；當(dāng)R、S分時(shí)由1跳變到0時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)決定于后撤消的信號(hào)。第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器2、由或非門組成的基本R-S觸發(fā)器(1)電路組成與或門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器之波形圖或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，其特性表和特性方程與由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器一樣。第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器3、基本R-S觸發(fā)器的特性表和特性方程(1)特性表反映觸發(fā)器次態(tài)Qn+1

與現(xiàn)態(tài)

Qn和輸入R、S之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格RSQnQn+1000000110101011110001010110無定義111無定義基本RS觸發(fā)器的特性表第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器3、基本R-S觸發(fā)器的特性表和特性方程(1)特性表由前表可以看出：當(dāng)R=S=0即時(shí)，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變，即；當(dāng)R=0、S=1即時(shí),觸發(fā)器置1，即；當(dāng)R=1、S=0即時(shí)，觸發(fā)器置0，即；當(dāng)R=S=1即是不允許的，屬于無定義的狀態(tài)。RSQn+100Qn01110011無定義基本RS觸發(fā)器的簡(jiǎn)化特性表第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器3、基本R-S觸發(fā)器的特性表和特性方程(2)特性方程RSQnQn+1000000110101011110001010110無定義111無定義0×1110×10010110100RSQnQn+1不僅和R、S有關(guān)，還和Qn有關(guān)；Qn、R、S三個(gè)變量的取值中011、111不允許出現(xiàn)，即最小項(xiàng)是約束項(xiàng)約束條件─特性方程(1)主要優(yōu)點(diǎn)第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器4、基本R-S觸發(fā)器的主要特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單②具有置0

、置1

和保持功能①電平直接控制，即在輸入信號(hào)作用期間，觸發(fā)器的狀態(tài)由輸入信號(hào)電平控制，電路抗干擾差；(2)存在問題②R、S之間有約束。為實(shí)現(xiàn)多個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)的同步翻轉(zhuǎn)，同步觸發(fā)器應(yīng)運(yùn)而生。先以同步RS觸發(fā)器為例來說明同步觸發(fā)器的工作原理和特點(diǎn)。圖示是用與非門構(gòu)成的同步RS觸發(fā)器。G1、G2門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器,G3、G4是控制門,輸入信號(hào)S、R通過控制門進(jìn)行傳送，時(shí)鐘脈沖CP是輸入控制信號(hào)。三、同步觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器1、同步RS觸發(fā)器(1)電路組成三、同步觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(2)工作原理CP=0時(shí)控制門G3、G4被封鎖，基本觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。只有當(dāng)CP=1時(shí)控制門打開后，輸入信號(hào)才會(huì)被接收，且工作情況與基本RS觸發(fā)器沒什么區(qū)別。CPRSQnQn+10×××保持1000保持10011010置110111100置011011110無定義1111無定義CP=1期間有效1、同步RS觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(3)主要特點(diǎn)①

時(shí)鐘電平控制在CP=1期間觸發(fā)器接收輸入信號(hào)，并按輸入信號(hào)將觸發(fā)器置成相應(yīng)的狀態(tài)。CP=0時(shí)觸發(fā)器保持狀態(tài)不變。在CP=1期間，S和R狀態(tài)的變化都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)的改變，在CP回到0以后，觸發(fā)器保存的是CP回到0以前瞬間的狀態(tài)。②

R、S之間仍有約束同步RS觸發(fā)器在工作過程中，若違反了RS=0的約束條件，則會(huì)出現(xiàn)下列四種情況。a.CP=1期間，若R=S=1，則會(huì)出現(xiàn)均為高電平的不正常情況；

1、同步RS觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(3)主要特點(diǎn)②

R、S之間仍有約束同步RS觸發(fā)器在工作過程中，若違反了RS=0的約束條件，則會(huì)出現(xiàn)下列四種情況。b.

CP=1期間，若R、S信號(hào)分時(shí)撤消，觸發(fā)器狀態(tài)取決于后撤消的信號(hào)。c.

CP=1期間若R、S同時(shí)從1跳變到0，則會(huì)出現(xiàn)競(jìng)態(tài)現(xiàn)象d.若R=S=1時(shí)CP突然撤消，也會(huì)出現(xiàn)競(jìng)態(tài)現(xiàn)象。1、同步RS觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(3)主要特點(diǎn)1、同步RS觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器1、同步RS觸發(fā)器在某些應(yīng)用場(chǎng)合，需要在CP的有效電平到達(dá)之前預(yù)先將觸發(fā)器置成指定的狀態(tài)，為此在電路上設(shè)有異步置1輸入端和異步置0輸入端，如圖所示。只要在或加低電平，即可將觸發(fā)器置1或置0，觸發(fā)器在時(shí)鐘信號(hào)控制下正常工作時(shí)應(yīng)使和處于高電平。此外，在圖示電路的具體情況下，用或?qū)⒂|發(fā)器置1或置0應(yīng)當(dāng)在CP=0的狀態(tài)下進(jìn)行，否則在或返回高電平后預(yù)置的狀態(tài)不一定能保存下來。三、同步觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器2、同步D觸發(fā)器由圖可得:代入同步RS觸發(fā)器的特性方程可得：CPDQnQn+10×000×111000101011011111①

時(shí)鐘控制，

無約束問題②

CP=1時(shí)跟隨，下降沿鎖存1、電路組成及工作原理第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器1、電路組成及工作原理為了解決電平直接控制問題，提高觸發(fā)器工作的可靠性，即希望在每個(gè)CP周期里觸發(fā)器的狀態(tài)僅改變一次。在同步觸發(fā)器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了主從觸發(fā)器。從圖可以看出主從RS觸發(fā)器由兩個(gè)同步RS觸發(fā)器級(jí)聯(lián)起來構(gòu)成,主觸發(fā)器的控制信號(hào)是CP,從觸發(fā)器的控制信號(hào)是。四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器1、電路組成及工作原理當(dāng)CP=1時(shí)，門G7和G8被打開，門G3和G4被封鎖，主觸發(fā)器根據(jù)輸入信號(hào)S和R來確定輸出端狀態(tài)，而從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。當(dāng)CP由高電平返回低電平以后，門G7和G8被封鎖，無論輸入信號(hào)S和R如何改變，在CP=0期間主觸發(fā)器的狀態(tài)不再改變。與此同時(shí)，門G3和G4被打開，從觸發(fā)器按照與主觸發(fā)器相同的狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)更新。因此，在一個(gè)CP周期里觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)只可能變化一次。四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器1、電路組成及工作原理可以看出主從RS觸發(fā)器中，輸入信號(hào)的接收和輸出是分兩步進(jìn)行的。接收輸入信號(hào)過程CP=1期間有效輸出信號(hào)過程CP下降沿到來有效四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器1、電路組成及工作原理從電平觸發(fā)到脈沖觸發(fā)的演變，克服了CP=1期間觸發(fā)器輸出狀態(tài)可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的問題。但由于主觸發(fā)器本身是電平觸發(fā)的同步RS觸發(fā)器，所以在CP=1期間QM和的狀態(tài)仍然會(huì)隨輸入信號(hào)S、R的變化而多次改變。且輸入信號(hào)仍需遵守SR=0的約束條件。2、主要特點(diǎn)①主從控制，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)②R、S之間有約束四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從JK觸發(fā)器1、電路組成及工作原理為解決主從RS觸發(fā)器的約束問題，設(shè)計(jì)出了主從JK觸發(fā)器。從圖可以看出主從JK觸發(fā)器是在主從RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上，把引回到門G7的輸入端，把Q引回到門G8的輸入端得到的。四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從JK觸發(fā)器1、電路組成及工作原理若J=1、K=0，則CP=1時(shí)主觸發(fā)器置1，待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器隨之置1。若J=0、K=1，則CP=1時(shí)主觸發(fā)器置0，待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器隨之置0。若J=1、K=1，分別考慮兩種情況：①當(dāng)Q=0，門G8被封鎖,CP=1時(shí)僅門G7輸出0使主觸發(fā)器置1。待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器的狀態(tài)從原來的0狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成1狀態(tài)。②當(dāng)Q=1，門G7被封鎖,CP=1時(shí)僅門G8輸出0使主觸發(fā)器置0。待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器的狀態(tài)從原來的1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成0狀態(tài)。四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從JK觸發(fā)器1、電路組成及工作原理JKQnQn+1注0000Qn+1=Qn

保持00110100Qn+1=0

置001101001Qn+1=1

置110111101

翻轉(zhuǎn)1110四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從JK觸發(fā)器1、電路組成及工作原理代入主從RS觸發(fā)器的特性方程可得：CP下降沿到來時(shí)有效特性方程CP下降沿到來時(shí)有效四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從JK觸發(fā)器2、主要特點(diǎn)①主從控制，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)②功能完善，JK沒有約束，使用靈活方便③存在一次變化問題，抗干擾能力有待提高

主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器在CP=1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這個(gè)變化可能發(fā)生在CP上升沿，也可能發(fā)生在CP=1期間某時(shí)刻，甚至發(fā)生在CP下降沿到來前瞬間，既可能是J、K變化引起的，也可能是干擾脈沖造成的。這是由于把輸出引回到主觸發(fā)器的輸入控制門G7、G8造成的。四、主從觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從JK觸發(fā)器2、主要特點(diǎn)①主從控制，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)②功能完善，JK沒有約束，使用靈活方便③存在一次變化問題，抗干擾能力有待提高如果是干擾信號(hào)引起一次變化，則該變化結(jié)果將在CP下降沿到來時(shí)被送到從觸發(fā)器，造成永久性錯(cuò)誤；如果是J、K變化造成，則需判斷產(chǎn)生一次變化的時(shí)刻，因?yàn)樵诖酥驤、K的變化不再起作用，故一般情況下，主從JK觸發(fā)器要求在CP=1期間輸入信號(hào)應(yīng)保持不變。五、邊沿觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器1、邊沿D觸發(fā)器1、電路組成及工作原理為了解決主從JK觸發(fā)器的一次變化問題,增強(qiáng)電路工作的可靠性，便出現(xiàn)了邊沿觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器的具體電路結(jié)構(gòu)形式多樣，但邊沿觸發(fā)是共同的特點(diǎn)，下面用由同步D觸發(fā)器級(jí)聯(lián)起來構(gòu)成的邊沿D觸發(fā)器為例來說明電路的工作原理和主要特點(diǎn)。邊沿D觸發(fā)器雖然具有主從結(jié)構(gòu)形式,卻是邊沿觸發(fā)的電路。CP下降沿時(shí)刻有效五、邊沿觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器1、邊沿D觸發(fā)器2、主要特點(diǎn)①

CP邊沿(上升沿或下降沿)觸發(fā)。即在CP脈沖上升沿(或下降沿)時(shí)刻，觸發(fā)器按特性方程Qn+1=D轉(zhuǎn)換狀態(tài)。②

抗干擾能力極強(qiáng)。因?yàn)槭沁呇赜|發(fā)，只要在觸發(fā)沿附近極短暫的時(shí)間內(nèi),輸入信號(hào)D保持穩(wěn)定，觸發(fā)器就能夠可靠地接收。③

只具有置1、置0功能，在某些情況下，使用起來不如JK觸發(fā)器方便，因?yàn)镴K觸發(fā)器在CP脈沖操作下，根據(jù)J、K取值不同，具有保持、置0、置1、翻轉(zhuǎn)四種功能。五、邊沿觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器2、邊沿JK觸發(fā)器1、電路組成及工作原理邊沿D觸發(fā)器特性方程CP下降沿時(shí)刻有效若令則得邊沿JK觸發(fā)器CP下降沿時(shí)刻有效五、邊沿觸發(fā)器第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器2、邊沿JK觸發(fā)器1、電路組成及工作原理第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類

時(shí)鐘觸發(fā)器是指受時(shí)鐘信號(hào)控制的觸發(fā)器，包括同步觸發(fā)器以及具有主從和邊沿觸發(fā)特點(diǎn)的觸發(fā)器。一般時(shí)鐘觸發(fā)器特指邊沿觸發(fā)器。按照邏輯功能的不同特點(diǎn)，通常將時(shí)鐘觸發(fā)器分為SR觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等幾種類型。1、SR型和JK型觸發(fā)器①SR型觸發(fā)器CP下降沿時(shí)刻有效在時(shí)鐘脈沖操作下根據(jù)輸入信號(hào)S、R取值的不同，凡具有置0、置1和保持功能的電路，都稱為SR型時(shí)鐘觸發(fā)器，簡(jiǎn)稱SR觸發(fā)器。六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類1、SR型和JK型觸發(fā)器②JK型觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖操作下，根據(jù)輸入信號(hào)S、R取值的不同，凡具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，都稱為JK型時(shí)鐘觸發(fā)器，簡(jiǎn)稱JK觸發(fā)器。CP下降沿時(shí)刻有效六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類①D型觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖操作下，凡具有置0、置1功能的電路，都稱為D型時(shí)鐘觸發(fā)器，簡(jiǎn)稱D觸發(fā)器。CP下降沿時(shí)刻有效2、D型、T型和型觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類②T型觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖操作下根據(jù)輸入信號(hào)T取值的不同，凡具有保持、翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當(dāng)T=0時(shí)保持狀態(tài)不變,T=1時(shí)一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T型時(shí)鐘觸發(fā)器。2、D型、T型和型觸發(fā)器TQnQn+1注000保持011101翻轉(zhuǎn)110CP下降沿時(shí)刻有效六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類2、D型、T型和型觸發(fā)器CP下降沿時(shí)刻有效③型觸發(fā)器凡是每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次的電路，都稱為型時(shí)鐘觸發(fā)器。不難看出，在T觸發(fā)器使T=1，便是一個(gè)觸發(fā)器。QnCPQn+1注0↓1翻轉(zhuǎn)1↓0六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換由于目前實(shí)際生產(chǎn)的集成時(shí)鐘觸發(fā)器只有JK型和D型，在這里將介紹如何將這兩種觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他類型的觸發(fā)器，以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換。⑴轉(zhuǎn)換步驟①寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程；②變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特性方程一致；③比較求出轉(zhuǎn)換邏輯；④畫電路圖。六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換⑵JK觸發(fā)器到D、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換JK觸發(fā)器的特性方程①JK→DD觸發(fā)器的特性方程比較得：六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換⑵JK觸發(fā)器到D、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換JK觸發(fā)器的特性方程②JK→T比較得：六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換T觸發(fā)器的特性方程第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換⑵JK觸發(fā)器到D、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換JK觸發(fā)器的特性方程③JK→SR比較得：六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換SR觸發(fā)器的特性方程第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換⑶D觸發(fā)器到JK

、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換JK觸發(fā)器的特性方程①D→JKD觸發(fā)器的特性方程六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換比較得：第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換⑶D觸發(fā)器到JK

、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換②D→TD觸發(fā)器的特性方程六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換T觸發(fā)器的特性方程比較得：第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換⑶D觸發(fā)器到JK

、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換③D

→

SRD觸發(fā)器的特性方程六、時(shí)鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換SR觸發(fā)器的特性方程比較得：第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器觸發(fā)器小結(jié)觸發(fā)器類型功能與約束RS觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器JK觸發(fā)器功能置0√√√置1√√√保持√√√翻轉(zhuǎn)√√輸入是否有約束RS=0無無無觸發(fā)器小結(jié)特性方程RS觸發(fā)器基本同步主從邊沿CP=1期間有效CP下降(上升)沿有效CP下降(上升)沿有效第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器觸發(fā)器小結(jié)電平觸發(fā)電平觸發(fā)脈沖觸發(fā)邊沿觸發(fā)JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器主從邊沿同步邊沿邊沿CP下降(上升)沿有效CP下降(上升)沿有效CP=1期間有效CP下降(上升)沿有效CP下降(上升)沿有效第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器觸發(fā)器小結(jié)特性方程脈沖觸發(fā)電平觸發(fā)邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)【習(xí)題】四版教材P546

10.210.310.510.6第十章時(shí)序數(shù)字電路§1.觸發(fā)器五版教材P389

9.29.39.59.6§2.時(shí)序電路的基本分析方法

和設(shè)計(jì)方法

一、概述二、時(shí)序電路的基本分析方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法

一、概述1、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)

第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法一、概述時(shí)序邏輯電路由兩部分組成，一部分是組合電路，一部分是觸發(fā)器構(gòu)成的存儲(chǔ)電路。時(shí)序電路的狀態(tài)是由存儲(chǔ)電路來記憶和表示。一、概述2、時(shí)序電路邏輯功能的表示方法第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法一、概述①邏輯表達(dá)式

X(x1，x2，…，xn)時(shí)序電路的輸入信號(hào)Q(q1，q2，…，qn)存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)W(w1，w2，…，wn)存儲(chǔ)電路的輸入信號(hào)這些信號(hào)之間的邏輯關(guān)系可用以下三個(gè)向量函數(shù)表示Y(y1，y2，…，yn)時(shí)序電路的輸出信號(hào)一、概述2、時(shí)序電路邏輯功能的表示方法第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法一、概述①邏輯表達(dá)式

式中tn、tn+1是相鄰的兩個(gè)離散時(shí)間輸出方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程一、概述2、時(shí)序電路邏輯功能的表示方法第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法一、概述②狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖

因時(shí)序電路的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)，是由構(gòu)成該時(shí)序電路的觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)表示的，則不難根據(jù)上節(jié)介紹過的有關(guān)方法列出時(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出時(shí)序電路的卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖。具體做法，將在后面結(jié)合具體電路進(jìn)行說明。一、概述3、時(shí)序邏輯電路分類第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法一、概述①按邏輯功能分

寄存器、移位寄存器、讀/寫存儲(chǔ)器、計(jì)數(shù)器、順序脈沖發(fā)生器等。②按電路中觸發(fā)器狀態(tài)變化是否同步分

同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路。同步時(shí)序電路狀態(tài)改變時(shí)，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器是同步翻轉(zhuǎn)的；異步時(shí)序電路狀態(tài)改變時(shí)，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)有先有后，是異步進(jìn)行的。一、概述3、時(shí)序邏輯電路分類第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法一、概述③按電路輸出信號(hào)的特性分Mealy型時(shí)序電路輸出不僅與現(xiàn)態(tài)有關(guān)，而且還取決于電路的輸入，Moore型時(shí)序電路輸出僅決定于電路的現(xiàn)態(tài)二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟時(shí)序電路的分析實(shí)質(zhì)上就是根據(jù)給定的時(shí)序邏輯電路，求其狀態(tài)表、狀態(tài)圖或時(shí)序圖。1、寫方程式①時(shí)鐘方程：各個(gè)觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)的邏輯表達(dá)式②輸出方程：時(shí)序電路各輸出信號(hào)的邏輯表達(dá)式③驅(qū)動(dòng)方程：各觸發(fā)器同步輸入端信號(hào)的邏輯表達(dá)式2、求狀態(tài)方程把驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，即可求出時(shí)序電路的狀態(tài)方程，也就是各個(gè)觸發(fā)器次態(tài)輸出的邏輯表達(dá)式。二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法3、進(jìn)行計(jì)算把電路輸入和現(xiàn)態(tài)的各種可能取值，代入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行計(jì)算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出。①狀態(tài)方程有效的時(shí)鐘信號(hào)，即凡不具備時(shí)鐘條件的方程式無效,也就是說觸發(fā)器將保持原來狀態(tài)不變;②電路的現(xiàn)態(tài)，即組成該電路各個(gè)觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)組合;③不能漏掉任何可能出現(xiàn)的現(xiàn)態(tài)和輸入的取值；④若現(xiàn)態(tài)的起始值給定，則可從給定值開始依次進(jìn)行計(jì)算，若未給定，則可從自己設(shè)定的起始值開始依次計(jì)算。注意二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法4、列狀態(tài)表、畫狀態(tài)圖或時(shí)序圖列狀態(tài)表、畫狀態(tài)圖或時(shí)序圖時(shí)應(yīng)注意：①狀態(tài)轉(zhuǎn)換是由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)，不是由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到現(xiàn)態(tài)，更不是由次態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)；②輸出是現(xiàn)態(tài)和輸入的函數(shù)，不是次態(tài)和輸入的函數(shù)；③畫時(shí)序圖時(shí)要明確，只有當(dāng)CP觸發(fā)沿到來時(shí)相應(yīng)觸發(fā)器才會(huì)更新狀態(tài)，否則只會(huì)保持原狀態(tài)不變。二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法5、電路功能說明一般情況下，用狀態(tài)圖或狀態(tài)表就可以反映電路的工作特性。但在實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)輸入、輸出信號(hào)都有確定的物理含義，因此，常需要結(jié)合這些信號(hào)的物理含義，進(jìn)一步說明電路的具體功能，或者結(jié)合時(shí)序圖說明時(shí)鐘脈沖與輸入、輸出及內(nèi)部變量之間的時(shí)間關(guān)系。二、時(shí)序電路的基本分析方法㈠分析的一般步驟二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法【例1】試畫出圖示時(shí)序電路的狀態(tài)圖和時(shí)序圖。

解：1、寫方程式①時(shí)鐘方程圖示電路是一個(gè)同步時(shí)序電路，對(duì)于同步時(shí)序電路時(shí)鐘方程可省去不寫。

二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法【例1】試畫出圖示時(shí)序電路的狀態(tài)圖和時(shí)序圖。

②輸出方程③驅(qū)動(dòng)方程2、求狀態(tài)方程二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法Y輸出次態(tài)現(xiàn)態(tài)111011101001110010100000101110010000111111101100101011013、進(jìn)行計(jì)算二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法4、畫狀態(tài)圖與時(shí)序圖000001011111110100/0/1/1/1/1/1(a)/1010101/1(b)②時(shí)序圖①狀態(tài)圖二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法5、電路能否自啟動(dòng)的判斷000001011111110100/0/1/1/1/1/1(a)/1010101/1(b)有效狀態(tài)在時(shí)序電路中，凡是被利用了的狀態(tài)，都叫做有效狀態(tài)。無效狀態(tài)在時(shí)序電路中，凡是沒有被利用的狀態(tài)，都叫做無效狀態(tài)。有效循環(huán)無效循環(huán)二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法5、電路能否自啟動(dòng)的判斷000001011111110100/0/1/1/1/1/1(a)/1010101/1(b)能自啟動(dòng)：在時(shí)序電路中，雖然存在無效狀態(tài)，但不形成循環(huán)，這樣的時(shí)序電路叫做能夠自啟動(dòng)的時(shí)序電路。不能自啟動(dòng)：在時(shí)序電路中，既有無效狀態(tài)存在，又形成循環(huán)，這樣的時(shí)序電路稱為不能自啟動(dòng)的時(shí)序電路。二、時(shí)序電路的基本分析方法㈡分析舉例試畫出圖示時(shí)序電路的狀態(tài)圖和時(shí)序圖?！纠?】第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法二、時(shí)序電路的基本分析方法(二)分析舉例解：1、寫方程式

①時(shí)鐘方程：②驅(qū)動(dòng)方程：圖示電路是一個(gè)異步時(shí)序電路。2、求狀態(tài)方程

CP上升沿有效CP上升沿有效上升沿有效第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法二、時(shí)序電路的基本分析方法(二)分析舉例CP上升沿有效D觸發(fā)器的特性方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入特性方程，可得CP1CP2CP2CP1CP1CP1CP2CP2CP2CP2CP2CP2CP0001CP0010CP0010CP0000CP0001CP0110CP0010CP0100111011101001110010100000FF0FF1FF2時(shí)鐘條件次態(tài)現(xiàn)態(tài)第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法二、時(shí)序電路的基本分析方法(二)分析舉例3、進(jìn)行計(jì)算

在依次將電路的現(xiàn)態(tài)代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算求次態(tài)時(shí)，要注意每個(gè)方程式有效的時(shí)鐘條件，只有當(dāng)其時(shí)鐘條件具備時(shí)，觸發(fā)器才會(huì)按方程式的規(guī)定更新狀態(tài)，否則將保持狀態(tài)不變。CP上升沿有效

上升沿有效CP上升沿有效4、畫狀態(tài)圖與時(shí)序圖111100011000001010110101CP上升沿有效CP上升沿有效上升沿有效5、由狀態(tài)圖可知此電路雖有3個(gè)無效狀態(tài)101、110、111，但電路能自啟動(dòng)。第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法二、時(shí)序電路的基本分析方法(二)分析舉例.三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法

給定的是設(shè)計(jì)要求，或是一段文字描述，或是狀態(tài)圖，待求的是滿足要求的時(shí)序電路。第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(一)設(shè)計(jì)的一般步驟(一)設(shè)計(jì)的一般步驟

1、進(jìn)行邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖

①分析給定設(shè)計(jì)要求，確定輸入變量、輸出變量、電路內(nèi)部狀態(tài)間的關(guān)系及狀態(tài)數(shù)；②定義輸入變量、輸出變量邏輯狀態(tài)的含義，進(jìn)行狀態(tài)賦值，對(duì)電路的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行編號(hào)；③按照題意建立原始狀態(tài)圖。2、進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn)，求最簡(jiǎn)狀態(tài)圖①確定等價(jià)狀態(tài)；

第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(一)設(shè)計(jì)的一般步驟原始狀態(tài)圖中，凡是在輸入相同時(shí)，輸出相同、要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也相同的狀態(tài)，都是等價(jià)狀態(tài)。②合并等價(jià)狀態(tài)，畫最簡(jiǎn)狀態(tài)圖。3、畫出用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼后的狀態(tài)圖①確定二進(jìn)制代碼的位數(shù)

若用M表示電路狀態(tài)數(shù)，用n代表要使用的二進(jìn)制代碼的位數(shù)，則根據(jù)編碼的概念，可根據(jù)下列不等式來確定n：第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(一)設(shè)計(jì)的一般步驟②對(duì)電路狀態(tài)進(jìn)行編碼

n位二進(jìn)制代碼有2n個(gè)，用來對(duì)M個(gè)狀態(tài)進(jìn)行編碼，方案有很多種，若選擇適當(dāng)，則可得到比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)果。③畫出編碼后的狀態(tài)圖狀態(tài)編碼方案確定之后，便可畫出用二進(jìn)制代碼表示電路狀態(tài)的狀態(tài)圖。4、選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程①選擇觸發(fā)器可供選擇的觸發(fā)器是JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器，前者功能齊全使用靈活，后者控制簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)容易。觸發(fā)器的個(gè)數(shù)應(yīng)等于對(duì)電路狀態(tài)進(jìn)行編碼的二進(jìn)制代碼的位數(shù)，即為n。第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(一)設(shè)計(jì)的一般步驟②求時(shí)鐘方程若采用同步方案，各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)都選用輸入CP脈沖即可；若采用異步方案，則需根據(jù)狀態(tài)圖先畫出時(shí)序圖,然后從翻轉(zhuǎn)要求出發(fā)為各個(gè)觸發(fā)器選擇出合適的時(shí)鐘信號(hào)。③求輸出方程

可以從狀態(tài)圖中規(guī)定的輸出與現(xiàn)態(tài)和輸入的邏輯關(guān)系寫出輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式，用公式法求其最簡(jiǎn)表達(dá)式；也可由狀態(tài)圖畫出輸出信號(hào)的卡諾圖，再求最簡(jiǎn)表達(dá)式，無論哪種方法化簡(jiǎn)，均應(yīng)注意將無效狀態(tài)對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)當(dāng)成約束項(xiàng)處理，因這些狀態(tài)在電路正常工作時(shí)是不會(huì)出現(xiàn)的。第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(一)設(shè)計(jì)的一般步驟④求狀態(tài)方程

第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(一)設(shè)計(jì)的一般步驟采用同步方案，可從狀態(tài)圖直接寫出狀態(tài)方程，再用公式法或卡諾圖法進(jìn)行化簡(jiǎn)。不管用那種方法化簡(jiǎn)，都要盡量利用約束項(xiàng)(無效狀態(tài)對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng))進(jìn)行化簡(jiǎn)。采用異步方案時(shí)，若能注意一些特殊約束項(xiàng)(即不具備時(shí)鐘條件的觸發(fā)器該時(shí)刻的現(xiàn)態(tài)所對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)也可當(dāng)成約束項(xiàng))的確認(rèn)和處理，則可得到更加簡(jiǎn)化的狀態(tài)方程。無效狀態(tài)對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)當(dāng)約束項(xiàng)處理，與同步方案無異，且對(duì)每個(gè)觸發(fā)器次態(tài)函數(shù)都適用。6、畫邏輯電路圖5、求驅(qū)動(dòng)方程①變換狀態(tài)方程使之具有和觸發(fā)器特性方程一致的表達(dá)形式；②與特性方程比較，按變量相同、系數(shù)相等、方程必等的原則求出驅(qū)動(dòng)方程。第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(一)設(shè)計(jì)的一般步驟;①先畫觸發(fā)器并編號(hào)，標(biāo)出有關(guān)輸入和輸出端；②按時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程連線。7、檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)將電路的無效狀態(tài)依次代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，看在CP信號(hào)操作下能否回到有效狀態(tài)，如無效狀態(tài)構(gòu)成循環(huán)，則設(shè)計(jì)的電路不能自啟動(dòng)，應(yīng)采取措施予以解決。比如修改設(shè)計(jì)重新進(jìn)行狀態(tài)分配，或利用觸發(fā)器的異步輸入端強(qiáng)行預(yù)置有效狀態(tài)等。(二)設(shè)計(jì)舉例【例1】設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)序電路。要求見圖10.2.2所示狀態(tài)圖。解：題中已給出二進(jìn)制編碼的狀態(tài)圖，故設(shè)計(jì)的1、2、3步可省，直接從第4步開始。4、選擇觸發(fā)器、求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例000001010011100101/1/0/0/0/0/0/Y排列：圖10.2.2②求時(shí)鐘方程采用同步方案，故CP0=CP1=CP2=CP第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例①選擇觸發(fā)器

由于JK觸發(fā)器功能齊全、使用靈活，故選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。③求輸出方程a、確定約束項(xiàng)：110、111兩個(gè)代碼未出現(xiàn)，故和是約束項(xiàng)；b、求輸出Y的最簡(jiǎn)表達(dá)式。由狀態(tài)圖規(guī)定的輸出與現(xiàn)態(tài)之間的邏輯關(guān)系為利用約束項(xiàng)化簡(jiǎn)得④求狀態(tài)方程

用公式法或圖形法求狀態(tài)方程的最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。xxxxxx0001011011100010001010110100第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例000001010011100101/1/0/0/0/0/0/Y排列：圖10.2.25、求驅(qū)動(dòng)方程

第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例JK觸發(fā)器的特性方程為：①變換狀態(tài)方程②比較特性方程求驅(qū)動(dòng)方程6、畫邏輯圖CP0=CP1=CP2=CP第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例,7、檢查電路能否自啟動(dòng)將無效狀態(tài)110、111代入輸出方程和狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，110111000(有效狀態(tài))/0/1可見，所設(shè)計(jì)的時(shí)序電路能夠自啟動(dòng)。第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例,結(jié)果如下：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，要求是：連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上1時(shí)輸出1，其它情況均輸出0?！纠?】解：1、邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖

檢測(cè)電路的輸入是串行數(shù)據(jù)，輸出是檢測(cè)結(jié)果，從起始狀態(tài)出發(fā)，要檢測(cè)連續(xù)輸入3個(gè)和3個(gè)以上1的情況，故應(yīng)設(shè)置4個(gè)內(nèi)部狀態(tài)，即取M=4。用X和Y表示輸入數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果，起始狀態(tài)為S0，S1、S2、S3表示連續(xù)輸入1個(gè)1、2個(gè)1、3個(gè)1和3個(gè)以上1時(shí)的狀態(tài)。X/YS0S1S2S31/01/01/11/10/00/00/00/0原始狀態(tài)圖第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例2、進(jìn)行狀態(tài)化簡(jiǎn)，畫最簡(jiǎn)狀態(tài)圖

S0S1S2X/Y1/01/01/10/00/00/0最簡(jiǎn)狀態(tài)圖3、畫出用二進(jìn)制數(shù)編碼后的狀態(tài)圖

000111X/Y1/01/01/10/00/00/0第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例①確定等價(jià)狀態(tài)：S2和S3是等價(jià)狀態(tài)。②合并等價(jià)狀態(tài)，得最簡(jiǎn)狀態(tài)圖。①狀態(tài)數(shù)M=3，故取n=2；②進(jìn)行狀態(tài)編碼，取S0=00、S1=01、S2=11；③畫編碼后的狀態(tài)圖。4、選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程

第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例,000111X/Y1/01/01/10/00/00/0×1001×000010110100Y的卡諾圖①選用兩個(gè)CP下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器；②采用同步方案，即CP0=CP1=CP；③求輸出方程，由狀態(tài)圖的輸出Y的卡諾圖，可得第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例,④求狀態(tài)方程根據(jù)狀態(tài)圖畫出電路次態(tài)的卡諾圖如圖所示，由卡諾圖可得狀態(tài)方程如下：000111X/Y1/01/01/10/00/00/0xx1111011xx000000010110100電路次態(tài)的卡諾圖5、求驅(qū)動(dòng)方程JK觸發(fā)器的特性方程①變換狀態(tài)方程，使之與特性方程形式相同第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例,約束項(xiàng)②比較得：6、畫邏輯圖第十章時(shí)序數(shù)字電路§2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法三、時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法(二)設(shè)計(jì)舉例,0010110/01/17、檢查電路能否自啟動(dòng)

將電路無效狀態(tài)10代入輸出方程和狀態(tài)方程，計(jì)算得可見電能自啟動(dòng)?！纠?】設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)序電路，要求見狀態(tài)圖。/0/0/0000001

010100011/0/1解：1、選擇觸發(fā)器、求時(shí)鐘方程、輸出方程