時序電路的基本分析與設(shè)計方法

年4月19日時序電路的基本分析與設(shè)計方法文檔僅供參考HYPERLINK""時序邏輯電路時序邏輯電路——電路任何一個時刻的輸出狀態(tài)不但取決于當時的輸入信號,還與電路的原狀態(tài)有關(guān)。時序電路中必須含有具有記憶能力的存儲器件。時序電路的邏輯功能可用邏輯表示式、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖、時序圖和邏輯圖6種方式表示,這些表示方法在本質(zhì)上是相同的,能夠互相轉(zhuǎn)換。一、時序電路的基本分析和設(shè)計方法(一)分析步驟1．根據(jù)給定的時序電路圖寫出下列各邏輯方程式:(1)各觸發(fā)器的時鐘方程。(2)時序電路的輸出方程。(3)各觸發(fā)器的驅(qū)動方程。2．將驅(qū)動方程代入相應觸發(fā)器的特性方程,求得各觸發(fā)器的次態(tài)方程,也就是時序邏輯電路的狀態(tài)方程。3．根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程,列出該時序電路的狀態(tài)表,畫出狀態(tài)圖或時序圖。4．根據(jù)電路的狀態(tài)表或狀態(tài)圖說明給定時序邏輯電路的邏輯功能。【例1】分析時序電路(1)時鐘方程:輸出方程:驅(qū)動方程:(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(qū)動方程代入,即得電路的狀態(tài)方程:(3)計算、列狀態(tài)表

(4)畫狀態(tài)圖及時序圖(5)邏輯功能有效循環(huán)的6個狀態(tài)分別是0～5這6個十進制數(shù)字的格雷碼,而且在時鐘脈沖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→…因此這是一個用格雷碼表示的六進制同步加法計數(shù)器。當對第6個脈沖計數(shù)時,計數(shù)器又重新從000開始計數(shù),并產(chǎn)生輸出Y＝1?！纠?】:分析圖6.2.4電路的功能。1．時鐘方程:2．激勵方程:1圖6.2..4 邏輯電路圖3．狀態(tài)方程:4．狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:表6.2.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表態(tài)序Q2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+1000000110010102010011301110041000005101010611001071110005．狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖:圖6.2.5 例狀態(tài)圖6．邏輯功能說明:為異步五進制加法計數(shù)器。(二)同步時序邏輯電路的設(shè)計步驟(1)根據(jù)設(shè)計要求,設(shè)定狀態(tài),導出對應狀態(tài)圖或狀態(tài)表。(2)狀態(tài)化簡。原始狀態(tài)圖(表)一般不是最簡的,往往能夠消去一些多余狀態(tài)。消去多余狀態(tài)的過程叫做狀態(tài)化簡。(輸入相同時、輸出相同、且轉(zhuǎn)換的狀態(tài)也相同的狀態(tài)叫做等價狀態(tài))(3)狀態(tài)分配,又稱狀態(tài)編碼。(4)選擇觸發(fā)器的類型。觸發(fā)器的類型選得合適,能夠簡化電路結(jié)構(gòu)。(5)根據(jù)編碼狀態(tài)表以及所采用的觸發(fā)器的邏輯功能,導出待設(shè)計電路的輸出方程和驅(qū)動方程。(6)根據(jù)輸出方程和驅(qū)動方程畫出邏輯圖。(7)檢查電路能否自啟動?！纠?】設(shè)計一時序電路,實現(xiàn)下圖所示的狀態(tài)圖:

由于已給出了二進制編碼狀態(tài)圖,設(shè)計直接從第4步開始。(1)選擇觸發(fā)器,求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程因需用3位二進制代碼,選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,分別用FF0、FF1、FF2表示。由于要求采用同步方案,故時鐘方程為:利用卡諾圖得到輸出方程:

利用次態(tài)卡諾圖得到狀態(tài)方程:變換狀態(tài)方程,使之與所選擇觸發(fā)器的特征方程一致,得到驅(qū)動方程.、、、(3)作邏輯電路圖(4)檢查電路能否自啟動將無效狀態(tài)111代入狀態(tài)方程計算:可見111的次態(tài)為有效狀態(tài)000,電路能夠自啟動。計數(shù)器在數(shù)字電路中,能夠記憶輸入脈沖個數(shù)的電路稱為計數(shù)器。【例】用74LS163來構(gòu)成一個十二進制計數(shù)器。(1)寫出狀態(tài)SN-1的二進制代碼。SN-1＝S12-1＝S11＝1011(2)求歸零邏輯。

(3)畫連線圖?！纠坑?4LS161來構(gòu)成一個十二進制計數(shù)器。74161是十六進制異步計數(shù)器,采用異步清零、同步置數(shù)工作方式。用異步清零端歸零:SN＝S12＝1100用同步置數(shù)端歸零:SN-1＝S11＝1011寄存器能夠暫存數(shù)碼(或指令代碼)的數(shù)字部件稱為寄存器。寄存器根據(jù)功能可分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器兩大類。一、數(shù)碼寄存器寄存器要存放數(shù)碼,必須要存得進、記得住、取得出。因此寄存器中除觸發(fā)器外,一般還有一些控制作用的門電路相配合。圖5.17為由D觸發(fā)器組成的4位數(shù)碼寄存器。在存數(shù)指令(CP脈沖上升沿)的作用下,可將預先加在各D觸發(fā)器輸入端的數(shù)碼,存入相應的觸發(fā)器中,并可從各觸發(fā)器的Q端同時輸出,因此稱其為并行輸入、并行輸出的寄存器。二、單向移位寄存器由D觸發(fā)器構(gòu)成的4位右移寄存器如圖5.18所示。CR為異步清零端。左邊觸發(fā)器的輸出接至相鄰右邊觸發(fā)器的輸入端D,輸入數(shù)據(jù)由最左邊觸發(fā)器FF0的輸入端D0接入。時序邏輯電路例題解析[5.8]分析圖P5.8的計數(shù)器電路,說明這是多少進制的計數(shù)器。十進制計數(shù)器74160的功能表見表5.3.4。[解]圖P5.8電路為七進制計數(shù)器。計數(shù)順序是3－9循環(huán)。[5.9]分析圖P5.9的計數(shù)器電路,畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,說明這是多少進制的計數(shù)器。十六進制計數(shù)器74LS161的功能表如表5.3.4所示。[解]這是一個十進制計數(shù)器。計數(shù)順序是0－9循環(huán)。[5.10]試用4位同步二進制計數(shù)器74LS161接成十三進制計數(shù)器,標出輸入、輸出端。能夠附加必要的門電路。[解]可用多種方法實現(xiàn)十三進制計數(shù)器,根據(jù)功能表,現(xiàn)給出兩種典型用法,它們均為十三進制加法計數(shù)器。如圖A5.10(a)、(b)所示。[5.11]試分析圖P5.11的計數(shù)器在M=1和M=0時各為幾進制。74LS160的功能表同上題。[解]M=1時為六進制計數(shù)器,M=0時為八進制計數(shù)器。6.2試分析圖題6.2所示時序邏輯電路,列出狀態(tài)表,畫出狀態(tài)圖和波形圖。6.2解:圖題6.2所示電路屬于同步時序邏輯電路,其中Q1Q0是觸發(fā)器的輸出狀態(tài),X、Z分別是電路的輸入和輸出信號。分析過程如下:1.寫出各邏輯方程:驅(qū)動方程:J0=K0=1J1=K1=將驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程,得:次態(tài)方程:輸出方程:2.列出狀態(tài)表如表解6.2所示。3.畫出狀態(tài)圖及波形圖如圖解6.2所示。4.邏輯功能分析由狀態(tài)圖能夠很清楚地看出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應輸入、輸出關(guān)系:該電路一共有4個狀態(tài)00、01、10、11。當X=0時,按照加1規(guī)律從00→01→10→11→00循環(huán)變化,并每當轉(zhuǎn)換為11狀態(tài)(最大數(shù))時,輸出Z=1。當X=1時,按照減1規(guī)律從11→10→01→00→11循環(huán)變化。因此該電路是一個可控的四進制計數(shù)器,其中Z是進位信號輸出端。