第七章自考-模擬、數(shù)字與電力電子技術(shù)

第七章自考--模擬、數(shù)字與電力電子技術(shù)第一頁，共60頁。第一節(jié)概述時(shí)序邏輯電路：任一時(shí)刻的輸出信號(hào)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)，即還與以前的輸入狀態(tài)有關(guān)。具備這種邏輯功能特點(diǎn)的電路叫做時(shí)序邏輯電路。一、時(shí)序邏輯電路的的特點(diǎn)及功能描述方法2第二頁，共60頁。⑴

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。⑵

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。

組合邏輯電路存儲(chǔ)電路時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)框圖2.時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)：第三頁，共60頁。⑴方程組。Y=F[X，Q]

輸出方程。Z=G[X，Q]

驅(qū)動(dòng)方程（或激勵(lì)方程）。Q*

=H[Z，Q]

狀態(tài)方程。⑵狀態(tài)表、狀態(tài)圖和時(shí)序圖。3、時(shí)序邏輯電路的功能描述組合邏輯電路存儲(chǔ)電路4第四頁，共60頁。4、時(shí)序邏輯電路的分類1.按邏輯功能劃分有：計(jì)數(shù)器、寄存器、移位寄存器、讀/寫存儲(chǔ)器、順序脈沖發(fā)生器等。2.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。5第五頁，共60頁。二、時(shí)序邏輯電路的分析方法4．根據(jù)電路的狀態(tài)表或狀態(tài)圖說明給定時(shí)序邏輯電路的邏輯功能。分析時(shí)序邏輯電路功能的一般步驟如下：1．根據(jù)給定的時(shí)序電路圖寫出下列各邏輯方程。1）各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程（對于同步時(shí)序邏輯電路這一步可省略）。

2）時(shí)序電路的輸出方程。

3）各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。2．將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，求得各觸發(fā)器的次態(tài)方程，得到時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)方程。3．根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程，列出該時(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時(shí)序圖。第六頁，共60頁。第二節(jié)計(jì)數(shù)器一、

二進(jìn)制計(jì)數(shù)器特點(diǎn)二進(jìn)制數(shù):用0和1兩個(gè)數(shù)字表示,加1計(jì)數(shù),逢2進(jìn)10000+)10001+)10010第0位的1相當(dāng)于十進(jìn)制的1第1位的1相當(dāng)于十進(jìn)制的2第七頁，共60頁。二進(jìn)制數(shù)4位二進(jìn)制數(shù):Q3Q2Q1Q0位數(shù):3210權(quán)重:84218421碼相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù):8Q3+4Q2+2Q1+1Q0

例:Q3Q2Q1Q0=1010B=81+40+21+10=10DB代表二進(jìn)制數(shù)

(Binary)D代表十進(jìn)制數(shù)

(Decimal)第八頁，共60頁。4位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為:1111B=8+4+2+1=15D=8位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為:11111111B=16位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為:

二進(jìn)制數(shù)所表示數(shù)的范圍:第九頁，共60頁。4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPQ3Q2Q1Q0

000001000120010300114010050101601107011181000要求:每來一個(gè)CP,計(jì)數(shù)器加1CPQ3Q2Q1Q0

91001101010111011121100131101141110151111160000第十頁，共60頁。2.同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器同步:每個(gè)觸發(fā)器都用同一個(gè)CP觸發(fā)，要翻轉(zhuǎn)時(shí)同時(shí)翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)方法:

用低位的Q控制高位的J、K，決定其翻轉(zhuǎn)還是不翻轉(zhuǎn)。

JK＝00時(shí)，不翻轉(zhuǎn)(保持原狀)JK＝11時(shí)，翻轉(zhuǎn)JKQn+100Qn01010111QnJ-K觸發(fā)器真值表第十一頁，共60頁。分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，找出控制規(guī)律：CPQ3Q2Q1Q0

000001000120010300114010050101601107011181000(1)Q0的翻轉(zhuǎn)：每來一個(gè)CP，Q0翻轉(zhuǎn)一次(2)Q1的翻轉(zhuǎn):Q0=1時(shí),再來一個(gè)CP,Q1翻轉(zhuǎn)一次(3)Q2的翻轉(zhuǎn):Q1Q0=11時(shí),再來一個(gè)

CP,Q2翻轉(zhuǎn)一次(4)Q3的翻轉(zhuǎn):Q2Q1Q0=111時(shí),再來一個(gè)CP,Q3翻轉(zhuǎn)一次CPQ3Q2Q1Q0

91001101010111011121100131101141110151111160000第十二頁，共60頁。QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJK(1)Q0的翻轉(zhuǎn)：每來一個(gè)CP，Q0翻轉(zhuǎn)一次R清0脈沖CP(2)Q1的翻轉(zhuǎn):Q0=1時(shí),再來一個(gè)CP,Q1翻轉(zhuǎn)一次&Q1Q0Q0Q1Q2Q3JK=11J,K=Q0J,K=(Q1?Q0)(4)Q3的翻轉(zhuǎn):Q2Q1Q0=111時(shí),再來一個(gè)CP,Q3翻轉(zhuǎn)一次J,K=(Q2?Q1?Q0)&Q2Q1Q0同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器第十三頁，共60頁。二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器基本原理圖5-10所示為由4個(gè)JK觸發(fā)器組成的4位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯圖。圖中各觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端接同一計(jì)數(shù)脈沖CP，這是一個(gè)同步時(shí)序電路。第十四頁，共60頁。應(yīng)用時(shí)序邏輯電路的分析方法可得到輸出方程：C=Q0n

Q1n

Q2n

Q3n各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程分別為：

J0=K0=1，J1=K1=Q0nJ2=K2=Q0nQ1n，J3=K3=Q0nQ1nQ2n由JK觸發(fā)器的特性方程，可得狀態(tài)方程如下：

第十五頁，共60頁。設(shè)電路初態(tài)為0000，代入狀態(tài)方程可得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。每輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器工作一個(gè)循環(huán)，并在輸出端C送出一個(gè)高電平的進(jìn)位信號(hào)，因此也稱做十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第十六頁，共60頁。4位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器時(shí)序圖12345678910111213141516CPQ0Q1Q2Q3000010001000100011110000同步計(jì)數(shù)器各觸發(fā)器在同一時(shí)刻翻轉(zhuǎn)第十七頁，共60頁。二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器4位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制減法計(jì)算，即每輸入一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)減1。電路結(jié)構(gòu)與二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器相似，其狀態(tài)表轉(zhuǎn)換表如表5-7所示。第十八頁，共60頁。十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器1．十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器基本原理圖示為由4個(gè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器組成的同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯圖。第十九頁，共60頁。1）寫輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程：

2）寫出JK觸發(fā)器的特性方程，然后將各驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：

第二十頁，共60頁。3）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表5-9所示。第二十一頁，共60頁。用同樣的分析的方法分別求出6種無效狀態(tài)的次態(tài)，畫出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5-15所示。在實(shí)際工作中，當(dāng)由于某種原因，使計(jì)數(shù)器進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，能在時(shí)鐘信號(hào)作用下，最終進(jìn)入有效狀態(tài)，所以，電路能夠自啟動(dòng)。由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可見電路功能是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。CO是進(jìn)位輸出信號(hào)，即每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)器工作一個(gè)循環(huán)，并在第10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的下降沿，輸出CO送出一個(gè)下降沿的進(jìn)位信號(hào)，因此稱做十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3、計(jì)數(shù)器的自啟動(dòng)問題第二十二頁，共60頁。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或者電路的狀態(tài)圖可以畫出如圖5-16所示的時(shí)序圖。第二十三頁，共60頁。時(shí)序邏輯電路的分析方法4．根據(jù)電路的狀態(tài)表或狀態(tài)圖說明給定時(shí)序邏輯電路的邏輯功能。分析時(shí)序邏輯電路功能的一般步驟如下：1．根據(jù)給定的時(shí)序電路圖寫出下列各邏輯方程。1）各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程（對于同步時(shí)序邏輯電路這一步可省略）。

2）時(shí)序電路的輸出方程。

3）各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。2．將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，求得各觸發(fā)器的次態(tài)方程，得到時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)方程。3．根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程，列出該時(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時(shí)序圖。第二十四頁，共60頁。用4個(gè)J-K觸發(fā)器組成4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKR清0脈沖進(jìn)位脈沖Q0Q1Q2Q3CP計(jì)數(shù)脈沖

異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器第二十五頁，共60頁。4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器時(shí)序圖12345678910111213141516CPQ0Q1Q2Q3000010001000100011110000異步:各觸發(fā)器不同時(shí)翻轉(zhuǎn),從低位到高位依次翻轉(zhuǎn)CP的上升沿Q0翻轉(zhuǎn)Q0的上升沿Q1翻轉(zhuǎn)Q1的上升沿Q2翻轉(zhuǎn)Q2的上升沿Q3翻轉(zhuǎn)QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKRQ0Q1Q2Q3CP第二十六頁，共60頁。4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPQ3Q2Q1Q0

000001000120010300114010050101601107011181000CPQ3Q2Q1Q0

91001101010111011121100131101141110151111160000每16個(gè)CP循環(huán)一周第二十七頁，共60頁。8421BCD碼異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CP2=Q1

（當(dāng)FF1的Q1由1→0時(shí)，Q2才可能改變狀態(tài)。）用前面介紹的異步時(shí)序邏輯電路分析方法對該電路進(jìn)行分析：（1）寫出各邏輯方程式。

①時(shí)鐘方程：

CP0=CP

（時(shí)鐘脈沖源的下降沿觸發(fā)。）CP1=Q0

（當(dāng)FF0的Q0由1→0時(shí)，Q1才可能改變狀態(tài)。)CP3=Q0

（當(dāng)FF0的Q0由1→0時(shí)，Q3才可能改變狀態(tài))第二十八頁，共60頁。②各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程：第二十九頁，共60頁。（2）將各驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：（CP由1→0時(shí)此式有效）（Q0由1→0時(shí)此式有效）（Q1由1→0時(shí)此式有效）（Q0由1→0時(shí)此式有效）第三十頁，共60頁。

（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。（CP由1→0時(shí)）（Q0由1→0時(shí)）（Q1由1→0時(shí)）（Q0由1→0時(shí)）現(xiàn)態(tài)次態(tài)時(shí)鐘脈沖Q3n

Q2nQ1n

Q0Q3n+1

Q2n+1

Q1n+1

Q0n+1

CP3CP2CP1CP000000001001000110100010101100111100010011000010011000010000010100110111000011001↓000↓↓0↓↓000↓↓↓↓↓↓0↓↓000↓↓0↓↓000↓↓↓↓↓001第三十一頁，共60頁?！纠糠治鱿聢D所示電路（N=4）QQJK1FF0QQJK1FF1QQJK1FF2QQJK1FF3CPQ3Q2Q1Q0二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器1、二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器的分析第三十二頁，共60頁。QQJK1FF0QQJK1FF1QQJK1FF2QQJK1FF3CPQ3Q2Q1Q0（1）狀態(tài)方程CPQ0Q1Q2Q3（2）時(shí)序圖第三十三頁，共60頁。（3）狀態(tài)圖0000000100100011100010011010101101000101011001111100110111101111第三十四頁，共60頁。

歷年典型考題

2010考題選擇題第27題第三十五頁，共60頁。

歷年典型考題

2009考題選擇題第30題第三十六頁，共60頁。

歷年典型考題

2008考題選擇題第30題第三十七頁，共60頁。

歷年典型考題

2007考題選擇題第30題第三十八頁，共60頁。方法一：卡諾圖法同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)基本步驟：1、分析設(shè)計(jì)要求，建立原始狀態(tài)圖；2、確定觸發(fā)器的數(shù)目及類型，選擇狀態(tài)編碼即進(jìn)行狀態(tài)分配；3、求狀態(tài)方程，輸出方程，檢查能否自啟動(dòng)；4、求驅(qū)動(dòng)方程；5、畫邏輯圖第三十九頁，共60頁。例1試用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)舉例分析：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器有10個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，最少應(yīng)由4個(gè)觸發(fā)器組成。觸發(fā)器的輸出分別記為Q3Q2Q1Q0按10進(jìn)制的計(jì)數(shù)規(guī)律，作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）如下第四十頁，共60頁。由狀態(tài)表作卡諾圖，求狀態(tài)方程第四十一頁，共60頁。K0=1與JK觸發(fā)器特性方程比較系數(shù)，求取驅(qū)動(dòng)方程：J0=1第四十二頁，共60頁。

歷年典型考題

2010考題選擇題第32題第四十三頁，共60頁。

歷年典型考題

2008考題選擇題第36題第四十四頁，共60頁。

歷年典型考題

2009考題選擇題第36題第四十五頁，共60頁。

歷年典型考題

2007考題選擇題第36題第四十六頁，共60頁。基本方法：(每種方法又可分同步、異步兩種)清零法置數(shù)法(1)異步清0（模M→模N）計(jì)數(shù)器在S0~SN-1共N個(gè)狀態(tài)中工作，當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)入SN狀態(tài)時(shí)，利用SN狀態(tài)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生置0信號(hào)，使計(jì)數(shù)器返回S0狀態(tài)。SN不是主循環(huán)狀態(tài)，SN僅是過渡態(tài)(異步)方法一：卡諾圖法同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)第四十七頁，共60頁。[例1]74161、與非門組成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器CPCTTCTPCOLD74161Q3Q2Q1Q0D0CRD1D2D3CP1LD&CO異步置0法第四十八頁，共60頁。(2)同步清零法計(jì)數(shù)器在S0~SN-1共N個(gè)狀態(tài)中工作，當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)入SN-1狀態(tài)時(shí)，利用SN-1狀態(tài)產(chǎn)生置0信號(hào)，等到下一個(gè)CP來到時(shí)，才完成置0動(dòng)作。同步清零沒有過渡狀態(tài)。第四十九頁，共60頁。[例2]用74163、與非門組成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器74163資料：同步清零，其余與74161相同。CPCTTCTPC