第六章時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)

第六章時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)1一、時(shí)序邏輯電路§1.概述組合邏輯電路：如譯碼器，全加器，數(shù)據(jù)選擇器時(shí)序邏輯電路(簡(jiǎn)稱時(shí)序電路)——任意時(shí)刻的輸出信號(hào)不僅取決于該時(shí)刻的輸入信號(hào)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)，即與以前的輸入信號(hào)有關(guān)，如觸發(fā)器，寄存器，計(jì)數(shù)器和移位寄存器等（有記憶功能）。2輸入輸出時(shí)序電路結(jié)構(gòu)圖組合邏輯電路記憶電路Q1QkY1Yrz1z2zmx1x2xn內(nèi)部輸入反饋

a)包含組合邏輯電路和記憶(存儲(chǔ))電路；時(shí)序電路的特點(diǎn)：

b)在電路的結(jié)構(gòu)上，至少存在一條反饋路徑。

c)基本單元電路是各種觸發(fā)器Z=F1(X,Qn)…………………..輸出方程Y=F2(X,Qn)………………驅(qū)動(dòng)方程（或稱激勵(lì)方程）Qn+1=F3(Y,Qn)………………狀態(tài)方程3異步時(shí)序電路：存儲(chǔ)單元狀態(tài)的變化不是同時(shí)發(fā)生的?？?/p>

能有公共的時(shí)鐘信號(hào)，也可能沒有公共的

時(shí)鐘信號(hào)。二、時(shí)序電路的分類(按工作方式)根據(jù)記憶電路中存儲(chǔ)單元狀態(tài)變化的特點(diǎn)將時(shí)序電路分為同步時(shí)序電路：所有存儲(chǔ)電路中存儲(chǔ)單元狀態(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。4三、時(shí)序電路功能的描述方法時(shí)序電路可用邏輯方程式、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(狀態(tài)表)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(狀態(tài)圖)來描述。邏輯方程式：描述時(shí)序電路的輸入變量，輸出變量和電路狀態(tài)之間的關(guān)系。輸出函數(shù)：Z=f1(X,Qn

)激勵(lì)函數(shù)：y=f2(X,Qn

)驅(qū)動(dòng)方程次態(tài)函數(shù)：Qn+1=f3(y,Qn

)狀態(tài)方程輸出Z不僅與該時(shí)刻的輸入X有關(guān)，還與電路的現(xiàn)態(tài)Qn有關(guān)52.狀態(tài)表：將輸出方程與次態(tài)方程結(jié)合在一起，用表格形式來表示時(shí)序邏輯電路的次態(tài)/輸出與現(xiàn)態(tài)/輸入，即Z/Qn+1與X/Qn之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱為狀態(tài)表。它是描述時(shí)序邏輯電路的重要工具之一。1/0101/0001/1101/10110/1001/0010/1010/1110Qn00011011X1X0輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出

Qn+1/Z2Z1Z0處在現(xiàn)態(tài)Qn的時(shí)序電路，當(dāng)輸入為X時(shí)輸出為Z，次態(tài)為Qn+1例如：當(dāng)前Qn=0,如果X1X0=10,

則會(huì)進(jìn)入Z2Z1Z0=101,次態(tài)為0的狀態(tài)6例3.狀態(tài)圖：用圖形描述(1).各個(gè)狀態(tài)分別用一小圓圈表示(2).用帶箭頭連線表示電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換：箭尾—現(xiàn)態(tài)；箭頭—次態(tài)(3).在連線一側(cè)標(biāo)注輸入/輸出D觸發(fā)器100/01/10/01/1011x/1x1/0x0/10x/0JK觸發(fā)器QD/QQJK/Q7目的：根據(jù)其邏輯圖分析出該電路實(shí)現(xiàn)的功能只要寫出組合電路的邏輯表達(dá)式和記憶電路（觸發(fā)器）的狀態(tài)方程，就可得到時(shí)序電路的狀態(tài)方程和輸出方程，然后可用狀態(tài)表和圖來分析電路的功能。§2.時(shí)序邏輯電路的分析一、分析方法和步驟1.由邏輯電路寫出下列邏輯方程各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CP的邏輯表達(dá)式（異步時(shí)序邏輯電路）驅(qū)動(dòng)方程y=f

(X,Qn

)→各觸發(fā)器輸入端J、K、D表達(dá)式輸出方程Z=f

(X,Qn

)2.將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程→求次態(tài)方程3.根據(jù)輸出方程、次態(tài)方程列狀態(tài)表4.畫狀態(tài)圖，描述邏輯功能5.畫時(shí)序圖(波形圖)8例1：已知某同步時(shí)序電路的邏輯圖，試分析電路的邏輯功能。解：1.寫出各觸發(fā)器的控制函數(shù)和電路的輸出函數(shù)驅(qū)動(dòng)方程：T1=XQ1nXT2=XQ1n輸出函數(shù):XQ1nQ2n2.寫狀態(tài)方程T觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：將T1、T2代入則得到兩個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程二、同步時(shí)序電路分析舉例Z

=XQ2nQ1n9輸入X現(xiàn)態(tài)Q2nQ1n觸發(fā)輸入T2T1次態(tài)Q2n+1Q1n+1輸出Z填表方法：00010000101111110001101100000T1=XT2=XQ1nZ

=XQ2nQ1nX

Q2n

Q1n

所有組合求T1T2Z由狀態(tài)方程求Q2n+1Q1n+1T1=XT2=XQ1n01Z

=XQ2nQ1n0010100010000110001010011110000013.作出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖輸入：輸入信號(hào)、觸發(fā)器的輸入及現(xiàn)態(tài)量輸出：觸發(fā)器的次態(tài)及組合輸出ZQ1n+1=XQ1nQ2n+1Z

=XQ2nQ1nT1=XT2=XQ1n10由狀態(tài)表繪出狀態(tài)圖輸入X現(xiàn)態(tài)Q2nQ1n次態(tài)Q2n+1Q1n+1輸出Z00010000101111110001101100000101010011010011000100/111/01111/010/01010/001/00101/000/000Q2nQ1n10X次態(tài)/輸出Q2n+1Q1n+1/Z現(xiàn)態(tài)輸入11電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換方向000110111/01/11/0X/Z1/00/00/00/00/0由狀態(tài)表繪出狀態(tài)圖00/111/01111/010/01010/001/00101/000/000Q2nQ1n10X次態(tài)/輸出Q2n+1Q1n+1/Z現(xiàn)態(tài)輸入12000110111/01/11/0X/Z1/00/00/00/00/0由狀態(tài)圖得電路的邏輯功能：電路是一個(gè)可控模4計(jì)數(shù)器X端是控制端，時(shí)鐘脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖輸入。X=1

初態(tài)為00時(shí)，實(shí)現(xiàn)模4加計(jì)數(shù)X=0時(shí)保持原態(tài)為可控模4計(jì)數(shù)器電路輸出不僅取決于電路本身的狀態(tài)，而且也與輸入變量X有關(guān)4.功能分析Q2Q1=1100時(shí)Z=1,Z是進(jìn)位信號(hào)13初始狀態(tài)Q2nQ1n為00，輸入X的序列為1111100111，X=1模4加計(jì)數(shù)X=0保持原態(tài)010010110001010010001010X=1模4加計(jì)數(shù)5.作時(shí)序波形圖14例2P219例6.2.2&CPQ0F01DC1F11DC1Q1Z0F21DC1Q2Z1Z2輸出方程：驅(qū)動(dòng)方程：狀態(tài)方程：15列狀態(tài)表輸出方程：狀態(tài)方程：驅(qū)動(dòng)方程：因Z2Z1Z0=Q2nQ1nQ0n輸出與現(xiàn)態(tài)完全相同，所以表中不再列出Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+100000100101001010001111010000110101011010011111016畫狀態(tài)圖Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+100000100101001010001111010000110101011010011111000000101010010111011101117畫時(shí)序圖設(shè)電路初態(tài)

Q2Q1Q0=000000001010100101110111011CPQ0Q1Q2邏輯功能分析：三位順序脈沖發(fā)生器有效狀態(tài)：001→010→100其他為無效狀態(tài)，但能自啟動(dòng)。當(dāng)電路因某中原因進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過n個(gè)脈沖后，又回到有效狀態(tài)18與同步時(shí)序電路分析方法的不同點(diǎn)：CP作為輸入變量考慮，各觸發(fā)器均在各自CP有效沿來到時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，否則保持不變。三、異步時(shí)序電路分析舉例1/01/01/11/110/11/00/10/10Qn00011011X1X0(CP)輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)/輸出

Qn+1/Z000000列狀態(tài)表時(shí)，要考慮CP，CP有效才翻轉(zhuǎn)還可以在初始時(shí)鐘端加連續(xù)脈沖，依次計(jì)算其他各時(shí)鐘和觸發(fā)器狀態(tài)計(jì)數(shù)脈沖CPQ2Q1Q0CP2CP1CP00000000….….12..可以遍歷Q2Q1Q0的狀態(tài)，如果不全，則補(bǔ)上所缺少的狀態(tài)19解例：分析圖示時(shí)序電路1.各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程和時(shí)鐘方程2.各觸發(fā)器的狀態(tài)方程當(dāng)時(shí)鐘脈沖跳變沿到來時(shí)，方程成立無時(shí)鐘，保持原態(tài)20計(jì)數(shù)脈沖CPQ2Q1Q0CP2CP1CP0000010110011102010111301111041001115000110模5異步計(jì)數(shù)器3、態(tài)序表“1”表示有時(shí)鐘跳變沿“0”表示無時(shí)鐘跳變沿21計(jì)數(shù)脈沖CPQ2Q1Q0CP2CP1CP00000101100111020101113011110410011150001101 0 1 1 0 10 1 0 1 1 1011 1 0 1 0 10 1 0 1 0 1011 1 1 1 0 10 0 0 1 1 10122000001010011100110101111狀態(tài)圖：電路具有自啟動(dòng)能力——當(dāng)電路處于5個(gè)正常狀態(tài)以外的狀態(tài)時(shí)，可以在外加時(shí)鐘脈沖的作用下最終進(jìn)入正常狀態(tài)中去。23電路為一模5異步計(jì)數(shù)器邏輯功能：設(shè)初態(tài)為：000時(shí)序圖計(jì)數(shù)脈沖CPQ2Q1Q000001001201030114100500024例31J1KC1Q111J1K