第6章時(shí)序邏輯電路

6.1

概述1現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日組合邏輯電路：t時(shí)刻輸出僅與t時(shí)刻輸入有關(guān)，

與t以前的狀態(tài)無(wú)關(guān)。時(shí)序邏輯電路：t時(shí)刻輸出不僅與t時(shí)刻輸入有關(guān)，

還與電路過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)。一、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的區(qū)別1、從邏輯功能上看2現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日組合邏輯電路組合邏輯電路的框圖時(shí)序邏輯電路框圖存儲(chǔ)電路主要由觸發(fā)器構(gòu)成3現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日X——外部輸入Y——外部輸出Z——觸發(fā)器的控制輸入Q——觸發(fā)器的狀態(tài)輸出時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)：1）由組合電路和存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器）構(gòu)成；2）觸發(fā)器的狀態(tài)與電路的輸入信號(hào)共同決定了電路的輸出。一個(gè)時(shí)序電路可以沒(méi)有組合電路部分，但是不能沒(méi)有存儲(chǔ)電路。4現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日2、從電路結(jié)構(gòu)上看3、從功能描述上看組合電路不含存儲(chǔ)信息的觸發(fā)器等元件。時(shí)序電路一定含有存儲(chǔ)信息的元件——觸發(fā)器。5現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日二、時(shí)序邏輯電路的形式1、Moore型輸出僅與存儲(chǔ)電路的現(xiàn)態(tài)Q有關(guān)，而與當(dāng)前輸入無(wú)關(guān)。2、Mealy型輸出不僅與存儲(chǔ)電路的現(xiàn)態(tài)Q有關(guān)，而且還與當(dāng)前輸入有關(guān)。6現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日三、時(shí)序邏輯電路的分類7現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6.2

時(shí)序邏輯電路的分析方法8現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日一、分析步驟異步9現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日二、分析舉例☆同步時(shí)序電路分析1、無(wú)外部輸入的時(shí)序電路例1

試分析圖示電路，并畫出狀態(tài)圖和時(shí)序圖。10現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日1）時(shí)鐘方程CLK1=CLK2=CLK（對(duì)同步電路可省去）2）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）3）狀態(tài)方程由JK特性方程：Q*=JQ’+K’Q可得各觸發(fā)器的次態(tài)表達(dá)式——狀態(tài)方程11現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日4）狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（依次設(shè)初態(tài)，求次態(tài)）5）狀態(tài)圖主循環(huán)無(wú)效狀態(tài)電路具有自啟動(dòng)能力12現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6）波形圖功能：同步三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，有自啟動(dòng)能力13現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日例2

試分析圖示時(shí)序電路的邏輯功能。（帶有外部輸出Y，觸發(fā)器為主從JKF-F）14現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日1）時(shí)鐘方程（略）2）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）15現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日3）狀態(tài)方程由JK特性方程：Q*=JQ’+K’Q可得各觸發(fā)器的次態(tài)表達(dá)式——狀態(tài)方程4）輸出方程16現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（依次設(shè)初態(tài)，求次態(tài)）17現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的另一種形式：18現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6）狀態(tài)圖19現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日2、有外部輸入的時(shí)序電路例1

試分析圖示時(shí)序電路。20現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日1）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）2）輸出方程21現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日3）狀態(tài)方程由T特性方程：得：22現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日4）狀態(tài)轉(zhuǎn)換表23現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日5）狀態(tài)圖24現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日例2

試分析圖示時(shí)序電路。25現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日1）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）2）輸出方程3）狀態(tài)方程26現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日4）狀態(tài)表27現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日5）狀態(tài)圖28現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6）波形圖設(shè)Q=0（初態(tài)），加到輸入端A、B的波形如圖。29現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日30現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日7）功能分析☆該電路為串行加法器電路A——被加數(shù)，B——加數(shù)Y——加法和，Q——進(jìn)位☆波形圖表示了兩個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)相加得到

和數(shù)的過(guò)程。A=01101100，B=00111010，Y=1010011031現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6.3

時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法32現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日一、設(shè)計(jì)步驟1.設(shè)定狀態(tài)從邏輯功能要求出發(fā)，確定輸入、輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常取原因（或條件）為輸入變量，結(jié)果為輸出變量。2.畫狀態(tài)圖這一步是關(guān)鍵。對(duì)每一個(gè)需要記憶的輸入信息用一個(gè)狀態(tài)來(lái)表示，以確定所涉及電路需多少個(gè)狀態(tài)。此時(shí)狀態(tài)用S0、S1、….來(lái)表示。33現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日3.狀態(tài)化簡(jiǎn)消去原始狀態(tài)中的多余狀態(tài)以得到最簡(jiǎn)狀態(tài)圖。4.狀態(tài)編碼給化簡(jiǎn)后的狀態(tài)圖中的每一個(gè)狀態(tài)賦以二進(jìn)制碼。二進(jìn)制碼的位數(shù)n等于觸發(fā)器的個(gè)數(shù)，它與電路的狀態(tài)數(shù)m之間應(yīng)滿足：34現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日5.選觸發(fā)器類型6.求輸出方程、狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程7.畫電路圖8.檢查自啟動(dòng)能力35現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日二、設(shè)計(jì)舉例☆Moore型同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)例1

試設(shè)計(jì)一個(gè)自然態(tài)序、帶進(jìn)位輸出端的同步

五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：1）設(shè)定狀態(tài)，作原始狀態(tài)圖36現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日2）狀態(tài)編碼∵M(jìn)=5，∴取觸發(fā)器位數(shù)n=337現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日3）編碼后狀態(tài)圖4）選觸發(fā)器類型選用3個(gè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器38現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日電路次態(tài)/輸出（）卡諾圖5）求輸出方程、狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程方法一：39現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日卡諾圖的分解40現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日由卡諾圖得狀態(tài)方程和輸出方程：將狀態(tài)方程變換為JK觸發(fā)器特性方程的標(biāo)準(zhǔn)形式，就可以找出驅(qū)動(dòng)方程：41現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日42由此可得驅(qū)動(dòng)方程：現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日方法二：43現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日44現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日45現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日輸出方程：驅(qū)動(dòng)方程：由特性方程得狀態(tài)方程：檢查所設(shè)計(jì)電路是否具有自啟動(dòng)能力46現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6）作電路圖47現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日7）檢查自啟動(dòng)能力由狀態(tài)方程可得：由此表可以看出，電路具有自啟動(dòng)能力。48現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日8）完整狀態(tài)圖49現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日例2

試設(shè)計(jì)一個(gè)模可變遞增同步計(jì)數(shù)器，當(dāng)控制信號(hào)X=0時(shí)為三進(jìn)制計(jì)數(shù)，X=1時(shí)為四進(jìn)制計(jì)數(shù)。設(shè)置一個(gè)進(jìn)位輸出端C。解：1）根據(jù)題意畫狀態(tài)圖50現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日2）狀態(tài)編碼3）編碼后狀態(tài)轉(zhuǎn)換表51現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日52現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日4）選觸發(fā)器∵M(jìn)=4，∴取觸發(fā)器位數(shù)n=2使用兩個(gè)上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器5）求輸出方程、驅(qū)動(dòng)方程53現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日利用D觸發(fā)器激勵(lì)表求驅(qū)動(dòng)方程：54現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6）檢查自啟動(dòng)能力由狀態(tài)方程：得：有自啟動(dòng)能力。7）電路圖略55現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日☆Mealy型同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)例：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器，要求連續(xù)輸入三個(gè)或三個(gè)以上“1”時(shí)輸出為1，其余情況下輸出為0。設(shè)輸入變量為X，輸出變量為Y用X（1位）表示輸入數(shù)據(jù)用Y（1位）表示輸出（檢測(cè)結(jié)果）解：1）設(shè)定狀態(tài)56現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6.4

若干常用的時(shí)序邏輯電路57現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6.4.1寄存器和移位寄存器一、寄存器1.寄存器的定義——能夠暫存數(shù)據(jù)的部件。寄存器的功能——接受、存放、傳送數(shù)據(jù)。寄存器的組成——觸發(fā)器及門電路。說(shuō)明：對(duì)寄存器中的觸發(fā)器只要求它具有置1、置0

的功能即可，因而無(wú)論用何種類型的觸發(fā)器

都可組成寄存器。58現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日2.寄存器的種類1）并行輸入寄存器——輸入數(shù)據(jù)可同時(shí)送入

寄存器內(nèi)。2）串行輸入寄存器——即“移位寄存器”，數(shù)據(jù)串行輸入，有左移、右移、雙向移位。3）靜態(tài)移位寄存器——由觸發(fā)器作存儲(chǔ)單元，輸入的數(shù)據(jù)可長(zhǎng)久保留。4）動(dòng)態(tài)移位寄存器——由電容作存儲(chǔ)單元，輸入的數(shù)據(jù)不可長(zhǎng)久保留，需刷新。59現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日3.基本寄存器數(shù)據(jù)并行輸入，并行輸出。60現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日四位寄存器——74HC17561現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日功能表：這種寄存器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。62現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日二、移位寄存器移位寄存器——可以進(jìn)行移位操作的寄存器。它同時(shí)具有寄存和移位兩個(gè)功能。數(shù)字電路中，加減運(yùn)算用加法器。減法器完成，乘、除運(yùn)算則用移位以后再加的辦法完成。例：求A=1010與B=1101的積。63現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日演算過(guò)程：求幾項(xiàng)“部分積”之和64現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日1.分類1）左移——在一個(gè)移位命令作用下，寄存器中各位（bit）的信息依次向左移動(dòng)一位。65現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日設(shè)：輸入的代碼次序是1011。送數(shù)前，先將寄存器清零，然后在4個(gè)CLK脈沖的作用下將數(shù)據(jù)送入寄存器，并可在4個(gè)觸發(fā)器的輸出端得到并行輸出的代碼。66現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日67現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日2）右移3）雙向移位（74LS194）2.應(yīng)用——數(shù)碼的串入、并出變換電路電路由兩部分組成：①右移寄存器——由觸發(fā)器組成；②取樣電路——由4個(gè)與門組成。68現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日69現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日CLK脈沖與取樣信號(hào)的時(shí)間關(guān)系如圖，為保證電路正確工作，取樣信號(hào)必須與CLK上升沿錯(cuò)開，而且取樣脈沖頻率是時(shí)鐘脈沖頻率的1/4。即：70現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日工作原理：每來(lái)4個(gè)CLK，數(shù)據(jù)逐位串入，在下一個(gè)CLK到來(lái)之前，發(fā)出一個(gè)取樣信號(hào)，以達(dá)到串入、并出目的。71現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日3.74LS194——四位雙向移位寄存器1）框圖72現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日2）工作方式控制73現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日3）功能這是一種功能較齊全的移位寄存器，具有清零、左移、右移、并行加載、保持五種功能。保持——并行加載——74現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日4）用74194實(shí)現(xiàn)左移、右移及并行加載。右移串出75現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日左移串出76現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日77現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日5）74194擴(kuò)展應(yīng)用（4位—8位）78現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日三、移位寄存器型計(jì)數(shù)器環(huán)形計(jì)數(shù)器（m=n）79現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日例：用74194構(gòu)成M=3的計(jì)數(shù)器。80現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有82頁(yè)\編輯于星期日6.4.2計(jì)數(shù)器一、計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)和分類1.特點(diǎn)——用來(lái)記憶脈沖的個(gè)數(shù)2.分類按計(jì)數(shù)脈沖輸入方式分同步計(jì)數(shù)器——各F-F受同一時(shí)鐘脈沖控

制，狀態(tài)的更新是同步的。異步計(jì)數(shù)器——有的F-F直接受輸入計(jì)數(shù)