現代電子技術基礎第十二時序邏輯電路

現代電子技術基礎第十二時序邏輯電路第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日1.由觸發(fā)器和控制激勵和輸出的組合邏輯電路構成。時序邏輯電路的基本結構第12章時序邏輯電路第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路時序邏輯電路的分類：時序邏輯電路的分類：根據觸發(fā)控制方式分類：同步時序電路——電路中所有觸發(fā)器由同一時鐘觸發(fā)。異步時序電路——電路中至少有一個觸發(fā)器的觸發(fā)時鐘與其它觸發(fā)器不同。根據輸出控制方式分類：米利（mealy）型時序電路——輸出Z受觸發(fā)器狀態(tài)Q和外部輸入X控制。Z=f（X，Q）莫爾(moore)型時序電路——輸出Z僅受觸發(fā)器狀態(tài)Q控制，與外部輸入X無關。Z=f（Q）第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路時序邏輯電路的描述方法：時鐘方程：CP=k（CK，Q）激勵方程：Y=h（X，Q）次態(tài)方程：

Qn+1=f（x、Qn）輸出方程：Z=g（X，Q）

狀態(tài)轉換表和狀態(tài)卡諾圖：輸入、現態(tài)（函數變量）與次態(tài)、輸出（函數值）的關系。

時序波形圖：輸入與輸出數字信號的時序對應關系圖。第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路狀態(tài)轉換圖：

狀態(tài)轉換圖是以拓撲圖形式描述時序電路的轉換關系。

(1)電路的每個狀態(tài)用一個圈表示，圈中填入狀態(tài)符Si或狀態(tài)碼值，

(2)圈外用箭頭表示狀態(tài)轉換關系，箭頭從某現態(tài)指向其次態(tài)，

(3)箭頭旁標出控制該狀態(tài)轉換的控制條件X。

(4)輸出Mealy：輸出與輸入一起標在箭頭旁。用斜杠區(qū)分。Moore：輸出Z標在狀態(tài)圈內，用斜杠區(qū)別于狀態(tài)。第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路時序電路的分析方法1.時序電路的分析步驟：電路圖時鐘方程、驅動方程和輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)表或時序圖判斷電路邏輯功能1235計算4第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路例時鐘方程：輸出方程：同步時序電路的時鐘方程可省去不寫。驅動方程：1寫方程式第12章時序邏輯電路第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路2求狀態(tài)方程JK觸發(fā)器的特性方程：將各觸發(fā)器的驅動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路3計算、列狀態(tài)表00000101001110010111011100101110111100001010011000001100第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路4畫狀態(tài)圖、時序圖狀態(tài)圖第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路5電路功能時序圖有效循環(huán)的6個狀態(tài)分別是0～5這6個十進制數字的格雷碼，并且在時鐘脈沖CP的作用下，這6個狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：000→001→011→111→110→100→000→…所以這是一個用格雷碼表示的六進制同步加法計數器。當對第6個脈沖計數時，計數器又重新從000開始計數，并產生輸出Y＝1。第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路例輸出方程：同步時序電路，時鐘方程省去。驅動方程：1寫方程式第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路2求狀態(tài)方程T觸發(fā)器的特性方程：將各觸發(fā)器的驅動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路3計算、列狀態(tài)表第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路3計算、列狀態(tài)表第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路45電路功能由狀態(tài)圖可以看出，當輸入X

＝0時，在時鐘脈沖CP的作用下，電路的4個狀態(tài)按遞增規(guī)律循環(huán)變化，即：00→01→10→11→00→…當X＝1時，在時鐘脈沖CP的作用下，電路的4個狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：00→11→10→01→00→…可見，該電路既具有遞增計數功能，又具有遞減計數功能，是一個2位二進制同步可逆計數器。畫狀態(tài)圖時序圖第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路例異步時序電路，時鐘方程：驅動方程：1寫方程式第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路2求狀態(tài)方程D觸發(fā)器的特性方程：將各觸發(fā)器的驅動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路3計算、列狀態(tài)表第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路45電路功能由狀態(tài)圖可以看出，在時鐘脈沖CP的作用下，電路的8個狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：000→111→110→101→100→011→010→001→000→…電路具有遞減計數功能，是一個3位二進制異步減法計數器。畫狀態(tài)圖、時序圖第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路12.2寄存器

寄存器是數字系統常用的邏輯部件，它用來存放數碼或指令等。它由觸發(fā)器和門電路組成。一個觸發(fā)器只能存放一位二進制數，存放n

位二進制時，要n個觸發(fā)器。按功能分數碼寄存器移位寄存器第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路1.數碼寄存器僅有寄存數碼的功能。清零寄存指令通常由D觸發(fā)器或R-S觸發(fā)器組成并行輸入方式RD..QDF0d0Q0.Q.DF1d1Q1.d2Q.DF2Q2QDF3d3Q300001101寄存數碼1101觸發(fā)器狀態(tài)不變第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路2.移位寄存器不僅能寄存數碼，還有移位的功能。所謂移位，就是每來一個移位脈沖，寄存器中所寄存的數據就向左或向右順序移動一位。按移位方式分類單向移位寄存器雙向移位寄存器第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路寄存數碼單向移位寄存器清零D1移位脈沖23410111QQ3Q1Q2RD0000000100101011010110111011QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3數據依次向左移動，稱左移寄存器，輸入方式為串行輸入。QQQ從高位向低位依次輸入第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路1110010110011000再輸入四個移位脈沖，1011由高位至低位依次從Q3端輸出。串行輸出方式清零D10111QQ3Q1Q2RD10111011QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脈沖786第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路左移寄存器波形圖12345678C1111011DQ0Q3Q2Q11110待存數據1011存入寄存器0111從Q3取出第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路12.3計數器計數器是數字電路和計算機中廣泛應用的一種邏輯部件，可累計輸入脈沖的個數，可用于定時、分頻、時序控制等。分類加法計數器減法計數器可逆計數器

(按計數功能)異步計數器同步計數器(按計數脈沖引入方式)

二進制計數器十進制計數器

N

進制計數器(按計數制)第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路在數字電路中，能夠記憶輸入脈沖個數的電路稱為計數器。計數器二進制計數器十進制計數器N進制計數器加法計數器同步計數器異步計數器減法計數器可逆計數器加法計數器減法計數器可逆計數器二進制計數器十進制計數器N進制計數器······計數器第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路1.二進制計數器按二進制的規(guī)律累計脈沖個數，它也是構成其它進制計數器的基礎。要構成n位二進制計數器，需用n個具有計數功能的觸發(fā)器。(1)異步二進制加法計數器異步計數器：計數脈沖C不是同時加到各位觸發(fā)器。最低位觸發(fā)器由計數脈沖觸發(fā)翻轉，其他各位觸發(fā)器有時需由相鄰低位觸發(fā)器輸出的進位脈沖來觸發(fā)，因此各位觸發(fā)器狀態(tài)變換的時間先后不一，只有在前級觸發(fā)器翻轉后,后級觸發(fā)器才能翻轉。第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路000010012010301141005101611071118000脈沖數(C)二進制加法計數器狀態(tài)表從狀態(tài)表可看出：最低位觸發(fā)器來一個脈沖就翻轉一次，每個觸發(fā)器由1變?yōu)?時，要產生進位信號,

這個進位信號應使相鄰的高位觸發(fā)器翻轉。第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路1010當J、K=1時，具有計數功能，每來一個脈沖觸發(fā)器就翻轉一次.清零RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C計數脈沖三位異步二進制加法計數器在電路圖中J、Ｋ懸空表示J、K=1下降沿觸發(fā)翻轉每來一個C翻轉一次當相鄰低位觸發(fā)器由1變0時翻轉第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路異步二進制加法器工作波形2分頻4分頻8分頻每個觸發(fā)器翻轉的時間有先后，與計數脈沖不同步第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路（2）同步二進制加法計數器異步二進制加法計數器線路聯接簡單。各觸發(fā)器是逐級翻轉，因而工作速度較慢。同步計數器：計數脈沖同時接到各位觸發(fā)器，各觸發(fā)器狀態(tài)的變換與計數脈沖同步。同步計數器由于各觸發(fā)器同步翻轉，因此工作速度快。但接線較復雜。同步計數器組成原則:根據翻轉條件,確定觸發(fā)器級間連接方式—找出J、K輸入端的聯接方式。第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路二進制數

Q2

Q1

Q0

000010012010301141005101611071118000脈沖數(C)二進制加法計數器狀態(tài)表

從狀態(tài)表可看出：最低位觸發(fā)器F0每來一個脈沖就翻轉一次；F1：當Q0=1時，再來一個脈沖則翻轉一次；F2：當Q0=Q1=1時，再來一個脈沖則翻轉一次。第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路四位二進制同步加法計數器級間連接的邏輯關系觸發(fā)器翻轉條件

J、K端邏輯表達式J、K端邏輯表達式F0每輸入一C翻一次F1F2F3J0=K0=1Q0=1J1=K1=Q0Q0=Q1=1J2=K2=Q1

Q0Q0=Q1=Q2=1J3=K3=Q1

Q1

Q0J0=K0=1J1=K1=Q0J2=K2=Q1

Q0J3=K3=Q2

Q1

Q0由J、K端邏輯表達式，可得出四位同步二進制計數器的邏輯電路。（只畫出三位同步二進制計數器的邏輯電路）（加法）（減法）第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路三位同步二進制加法計數器計數脈沖同時加到各位觸發(fā)器上，當每個到來后觸發(fā)器狀態(tài)是否改變要看J、K的狀態(tài)。

最低位觸發(fā)器F0每一個脈沖就翻轉一次；F1：當Q0=1時，再來一個脈沖則翻轉一次；F2：當Q0=Q1=1時，再來一個脈沖則翻轉一次。RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C計數脈沖第三十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路各觸發(fā)器狀態(tài)的變換和計數脈沖同步第四十頁，共四十三頁，2022年，8月28日第12章時序邏輯電路2.十進制計數器十進制計數器：計數規(guī)律：“逢十進一”。它是用四位二進制數表示對應的