時(shí)序邏輯電路分析報(bào)告

乙-1

外部輸出Zm內(nèi)部輸出時(shí)序電路的狀態(tài)存儲(chǔ)電路輸出2

D

時(shí)

序

邏

輯

電

路

的

基

本

概

念4.2.1

時(shí)

序

電

路

的

基

本

結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：一定包含存儲(chǔ)電路(觸發(fā)器組成),而且它的輸出往往反饋到輸入端，與輸入變量一起決定電路的輸出狀態(tài)。特點(diǎn)：任意時(shí)刻輸出不僅取決于該時(shí)刻輸入，而且還與原來(lái)的狀態(tài)有

關(guān)

。

具有

記

憶

功

能

。觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的最主要的單元XiXn內(nèi)部輸入組合電路存儲(chǔ)電路

輸入存儲(chǔ)電路外部輸入●●●●●●●●●●74.2.2

時(shí)

序

邏

輯

電

路

的

分

類

：按時(shí)序電路中觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)來(lái)分：1.

同步時(shí)序電路2.異步時(shí)序電路按時(shí)序電路輸出信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分：1.

米

里

型

(

Mealy

)2.莫爾型

(Moore)Z1Jd>C1Q?1K&FF?FF?lQ?

1異步：

沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖或沒(méi)有時(shí)鐘脈沖，電路

的狀態(tài)更新不是同時(shí)發(fā)生的。同步：

存儲(chǔ)電路里所有觸發(fā)器有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘源，

它們的狀態(tài)在同一時(shí)刻更新。時(shí)序電路X“1’-CP-b

QCPFF?FF?Q?Q?1KQC11T1JLY=1jEkMCP

或

CPMealy型和

Moore型時(shí)序電路Mealy電

路電路的輸出是輸入變量及觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，這類時(shí)序電路亦稱為Mealy型電路存儲(chǔ)電路組

合

電

路組

合

電

路SI組

合

電

路組

合

電

路Moore

型

電

路電路輸出僅僅取決于各觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)，而不受電路當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)影響或沒(méi)有輸入變量，這類電路稱為Moore

型電路存

儲(chǔ)

電

路CP

或

CPEk工·MjI?Zi組合

電路Q?存儲(chǔ)

電

路輸出

方

程：Z;=G(X?,…X,,Q”1,…Q"k)驅(qū)

動(dòng)(

激

勵(lì)

)

方

程

：Y;=H;(X?…,X,Q”1,…Q”k)狀

態(tài)

方

程

：

Q"+l;=F;(Y?,..,Y,,Q"i,…Q"k)1.

邏輯方程組2.

狀

態(tài)

表3.

狀

態(tài)

圖4.時(shí)

序

圖i=1,...,

mi=1,...,ri=1,..,k4.2.3

時(shí)序

邏

輯電路的

描

述

方

法

：XiXnZm●●●●●●●●●●●●●●1DC1Q?FFo1DC1。②?FF?&1舉例說(shuō)明時(shí)序邏輯電路描述方法：1.

邏輯方程組Q"+I=DQq+1=(Q6+QF)AQ1+1=Q”A

?)AD?=Q?AQ?程D激

輸出方程

Y=(Qo+Q?)A狀態(tài)方程組≥1CPDoD?Q?Q?AY&&2.

狀

態(tài)

表根據(jù)方程組列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸出方程

Y=(Q0+Q?)A狀態(tài)方程組Q1+1=Q”AQ+1=(Q6+Q")AQ”Q?Q"+1Qn+1/YA=0A=10000/010/00100/101/01000/111/0110

O/10110狀態(tài)表A/YO/100

011/00/1/1/010

11Q”Q?Q+1Qo+1/YA=0A=10000/010/00100/101/0100

O/111/01100/101/03.狀態(tài)圖根據(jù)狀態(tài)表畫出狀態(tài)圖O/1

1/0狀態(tài)表0/01/0CPAQoQ?YQ”Q?QQ?+/YA=0A=10000/010/00100/101101000/111101100/101/0時(shí)序邏輯電路的四種描述方式是可以相互轉(zhuǎn)換的4.時(shí)序圖

根據(jù)狀態(tài)表畫出波形圖狀

態(tài)

表4.3

時(shí)

序

邏

輯

電

路

的

分

析4.3.1分析同步時(shí)序邏輯電路的一般步驟4

.

3

.

2

同

步

時(shí)

序

邏

輯

電

路

分

析

舉

例4.3.3分析異步時(shí)序邏輯電路的一般步驟4.3.4異步時(shí)序邏輯電路分析舉例時(shí)序邏輯電路分析的任務(wù)：分析時(shí)序邏輯電路在輸入信號(hào)的作用下，

其狀態(tài)和輸出信號(hào)變化的規(guī)律，

進(jìn)而確定電路的邏輯功能。分析過(guò)程的主要表現(xiàn)形式：時(shí)序電路的邏輯能是由其狀態(tài)和輸出信號(hào)的變化的

規(guī)

律呈

現(xiàn)出

來(lái)的。

所以，

分析

過(guò)

程

主

要是

列出電路

狀態(tài)表或畫出狀態(tài)圖、工作波形圖。4.3.1

分

析

同

步

時(shí)

序

邏

輯

電

路

的

一

般

步

驟

：1.了解電路的組成：電路的輸入、輸出信號(hào)、觸發(fā)器的類型等2.根據(jù)給定的時(shí)序電路圖，寫出下列各邏輯方程式：(

1

)

輸

出

方

程

；(2)各觸發(fā)器的激勵(lì)(驅(qū)動(dòng))方程；(3)狀態(tài)方程：將每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入其特性(狀態(tài))

方程得狀態(tài)方程。3.列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、畫出狀態(tài)圖和波形圖；4.確定電路的邏輯功能。1TC1FFo1TC1Q?FF?解：

(1)了解電路組成。電路是由兩個(gè)上升沿觸發(fā)的T

觸發(fā)器組成的同步、Mealy時(shí)序電路。4.3.2

同

步

時(shí)

序

邏

輯

電

路

分

析

舉

例例1

試分析如圖所示時(shí)序電路的邏輯功能。xG?&G?To|ōCPT?Q?Q?AY(2)根據(jù)電路列出三個(gè)方程組輸

出

方

程

組

：

Y=AQ?Q?激

勵(lì)

方

程

組

：

Q?將激勵(lì)方程組代入T觸發(fā)器的特性方程得狀態(tài)方程組T?TQ0+1=A④Q0Qn+1=(AQ0)田Q1Q”Q0Qn+1gn+1/yA=0A=100OO/001/00101/010/01010/011/01111/00

O/1Q0+1=A⑧Q6Qn+1=(AQ?)BQ”Y=AQ?Qo(3)根據(jù)狀態(tài)方程組和輸出方程列出狀態(tài)表Q”Q0Qn+1g"+1/yA=0A=10000/001/00101/010/01010/011/01111/000/1(4)畫出狀態(tài)圖(5)邏輯功能分析觀察狀態(tài)圖可知，

電路是一個(gè)由信號(hào)A

控制的可控二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)A=0時(shí)停止計(jì)數(shù)，

電路狀態(tài)保持不變；當(dāng)A=1

時(shí)，在CP

上升沿到來(lái)后電路狀態(tài)值加1,一旦計(jì)數(shù)到11狀態(tài)，

Y輸出1,且電路狀態(tài)將在下一個(gè)CP上升沿回到00。

輸出信號(hào)Y的下降沿可用于觸發(fā)進(jìn)位操作。e?Q

A/Y0/0

1/000

011/0101/00/00/O0/0/1/111例2

試分析如圖所示時(shí)序電路的邏輯功能。解：

1.了解電路組成。電路是由兩個(gè)下降沿觸發(fā)的JK

觸發(fā)器組成的莫爾型同步時(shí)序電路。2.寫出下列各邏輯方程式：激勵(lì)方程J?=K?=1J?=K?=X

Q?輸出方程Y=Q?Q?將激勵(lì)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程得狀態(tài)

方

程FF?J?=K?=1

FF?

J?=K?=X

Q?Q"+I=JQ"+KQ"

Q"+

1=JQ"+K

QO?*=X⑥Q·Q"+X④Q"·QQ?“+1=X

Q”

Q2O1=1

·Q"+

1·Q^=Q整理得：Q2Q1Q?+1Q+1/yX=0X=10

O01

/O1

1/O0110/OO

O/O1

O1

1/OO1/O1

1O

O/11

O/1Q?+=X④Q”④Q2狀態(tài)轉(zhuǎn)換表3.列出

其

狀

態(tài)

轉(zhuǎn)

換

表，畫

出

狀

態(tài)

轉(zhuǎn)

換圖Q*=9”

Y=Q?Q?Q2QiQz+1Qn+1/YX=0X=10O01/11/

001>

1

0/

00

0/010>11

/01/

O1

1—0

O/1>1

0

/1畫

出

狀

態(tài)

圖狀

態(tài)

圖X/YQ?Q000/1

1/01/111

0/0

104.

確定電路的邏輯功能.·X=0

時(shí)電路進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。電路功能：可逆計(jì)數(shù)器電路進(jìn)行加1計(jì)數(shù)·X=1

時(shí)00

-

—

11

—

—

10

·

-0100

-

—

01

—

—10

—

110/01/01/0/001&1DC1Q?EEoZo

Z?

Z?1.根據(jù)電路列出邏輯方程組：輸出方程組

Z?=Q?

Z?=Q?

Z?=Q?激勵(lì)方程組

D?=Q?Q。D?=QD?=Q例3

分析下圖所示的同步時(shí)序電路。C1FF2C1EFLQoCPO?1D1DQ?Q?Q?Q2Q”QoQ2+1Qn+19a+1000001001010010100011110100001101010110100111110將激勵(lì)方程代入D

觸發(fā)器的特性方

程得狀態(tài)方程Q"+1=D

狀

態(tài)

表得狀態(tài)方程Qn+1=D?=Q"QQn+1=D?=Q02.列

出

其

狀

態(tài)

表000001011

110

100

010

101k?Q?Q?Q2Q”Q?Qz+1Qn+1Qm+0000010010100101000111101000011010101101001111103.畫出狀態(tài)圖狀態(tài)

表111CPQ?TQ?Q?3.

畫

出

時(shí)

序

圖4、

邏輯功能分析由狀態(tài)圖可見(jiàn)，

電路的有效狀態(tài)是三位循環(huán)碼。從時(shí)序圖可看出，

電路正常工作時(shí)，各觸發(fā)器的Q

端輪流出現(xiàn)一個(gè)寬度為一個(gè)CP

周期脈沖信號(hào)，循環(huán)周期為3Tcp。

電路的功能

為脈沖分配器或節(jié)拍脈沖產(chǎn)生器。000110111CPQ?Q?Q?Q?Q?Q100

010Tcp0110011014.3.3

異步時(shí)

序

邏

輯電

路的分

析一

.異步時(shí)序邏輯電路的分析方法：分析步驟：1.

寫出下列各邏輯方程式：{-

a

)時(shí)

鐘

方

程

FFo

Oo

FF

Q?

&

Zb)觸發(fā)器的激勵(lì)方程；

1D

1Dc)

輸出方程

CL

CP|

C1

6Q0

CP

C1

o?d)

狀

態(tài)

方

程

2.列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、畫出狀態(tài)圖和波形圖；3.確定電路的邏輯功能。④求電路狀態(tài)方程觸發(fā)器如有時(shí)鐘脈沖的上升沿作用時(shí)，其狀態(tài)變化；

如無(wú)時(shí)鐘脈沖上升沿作用時(shí)，其狀態(tài)不變。Q6+1=Q?”

CP?=CLK1Q+1=Q”

CP?=Q?t①

時(shí)

鐘

方

程CP?=CLK

1②輸出方程③激勵(lì)方程C

iQoD?=QQ↑ZP?=4.3.4.

異

步

時(shí)

序

邏

輯

電

路

的

分

析

舉

例例

1

分析如圖所示異步電路1.

寫出電路方程式FFo1DCP|C1O?O?CPEF?1D>C1D?=Q?O?ā&ZCLKCLKQQOCP1CPnn+1n+1O個(gè)OO個(gè)個(gè)11個(gè)11

X個(gè)0個(gè)10個(gè)個(gè)0個(gè)01X個(gè)ΩO個(gè)00個(gè)個(gè)114.邏輯功能分析該電路是一個(gè)異步二進(jìn)制減計(jì)數(shù)器，

Z

信號(hào)的上升沿可觸發(fā)借位

操作。也可把它看作為一個(gè)序列信號(hào)發(fā)生器。3.

列

狀

態(tài)

表、

畫

狀

態(tài)圖Qo+1=Q?”

CP?=CLK

1Q"+1=Q"CP?=Q?1(X----無(wú)觸發(fā)沿,個(gè)----有觸發(fā)沿)Q?Q?/Z11/100/001/010/004.4

同

步

時(shí)

序

邏

輯

電

路

的

設(shè)

計(jì)同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)是分析的逆過(guò)程，其任務(wù)是根據(jù)實(shí)際邏輯問(wèn)題的要求，

設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)給定邏輯功能的電路。4.4.1設(shè)

計(jì)

同

步

時(shí)

序邏輯

電路

的一般步驟同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)過(guò)程由給定的邏

輯功能建立

原始狀態(tài)圖

和原始狀態(tài)表確定激勵(lì)方程組和輸出方程組畫出

邏輯圖

并檢查

自啟動(dòng)選擇

觸發(fā)

器類狀態(tài)

分配狀態(tài)

化簡(jiǎn)(1)根據(jù)給定的邏輯功能建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表①明確電路的輸入條件和相應(yīng)的輸出要求，分別確定輸入變量和輸出變量的數(shù)目和符號(hào)。②找出所有可能的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系。③根據(jù)原始狀態(tài)圖建立原始狀態(tài)表。(2)狀態(tài)化簡(jiǎn)-----求出最簡(jiǎn)狀態(tài)圖；合并等價(jià)狀態(tài)，

消去多余狀態(tài)的過(guò)程稱為狀態(tài)化簡(jiǎn)等價(jià)狀態(tài)：在相同的輸入下有相同的輸出，并轉(zhuǎn)換到同一個(gè)次態(tài)去的兩個(gè)狀態(tài)稱為等價(jià)狀態(tài)。(3)狀態(tài)編碼(狀態(tài)分配);給每個(gè)狀態(tài)賦以二進(jìn)制代碼的過(guò)程。根據(jù)狀態(tài)數(shù)確定觸發(fā)器的個(gè)數(shù)，2n-1<M≤2n

(M:狀態(tài)數(shù)；n:觸發(fā)器的個(gè)數(shù))(4)選擇觸發(fā)器的類型(5)求出電路的激勵(lì)方程和輸出方程；(6)畫出邏輯圖并檢查自啟動(dòng)能力。同

步

計(jì)

數(shù)

器

的

設(shè)

計(jì)

舉

例例：

設(shè)計(jì)一個(gè)同步5進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，求得狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和狀態(tài)表?，F(xiàn)態(tài)次態(tài)進(jìn)位輸出S

0S?OS?S?OS?S?OS

3S4OS?S

01S?/0S?/0(2)該狀態(tài)圖不

需化簡(jiǎn)。(So/0S?/1S?/0現(xiàn)

態(tài)次態(tài)進(jìn)位輸出Q?n

Q?

7Q?

′Q?+1Q+1Q+1ZOO0OO0OO1O1OOOO1OOOOO1OO【

】OOO1Qn

Qn+1JKO

OOO

111

O11

1O(4)選擇觸發(fā)器。選用JK觸發(fā)器及其激勵(lì)表。(3)狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表?，F(xiàn)態(tài)次態(tài)激勵(lì)激勵(lì)激勵(lì)進(jìn)位輸出Q?n

Q?n

()Q?+1Q+1Q+2

KJ?k?UZ0O

O0

O

1

0

00

1

10

OOO01O】01OO0O11

1O11●1n+1JKO

0OO

11〇1

O②11

1②O(5)求各觸發(fā)器的激勵(lì)函數(shù)和進(jìn)位輸出函數(shù)。激勵(lì)表11J2J1JOQ"Q"Q?”

000Q”Q?"Q?

n0Q”Q"Q?”

000

401

11

10②10②11>>\C”Q?”Q?′0k200雙01②11>>101πQ?'

00k001Q”Q?”00

01!Q?'nZ(

5

)

求

各

觸

發(fā)

器

的

驅(qū)

動(dòng)

方

程

和

進(jìn)

位

輸

出

方

程

。石=QKO=1J1=k?=Q”2=QK2=1n'01Q”Q?”01

11

10Q”Q"0111

10Z=Q200②②11

10Q?k101×”⑦0101001011111111/

1如

果

電

路

進(jìn)

入

無(wú)

效

狀

態(tài)

1

0

1

、

1

1

0

、

1

1

1

時(shí)

，在

CP脈

沖

作

用

下

，

分

別

進(jìn)

入

有

效

狀

態(tài)

0

1

0

、0

1

0

、

0

0

0

。

所

以

電

路

能

夠

自

啟

動(dòng)

。010/0101/

1(001/0-(011/0(

7

)

檢

查

能

否

自

啟

動(dòng)000/)100/)(

6

)

畫

邏

輯

圖

。110/

1例2:

設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器。

電路的輸入信號(hào)X

是與時(shí)鐘脈沖同步的串行數(shù)據(jù)，要求電路在X

信號(hào)輸入出現(xiàn)110序列時(shí)，輸出信號(hào)Z

為1,否則為0。如

：

輸

入

序

列X=001101011001,

輸

出Z=000010000100解：1.

根據(jù)給定的邏輯功能建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表分析：設(shè)初始狀態(tài)為a,在a狀態(tài)下若輸入信號(hào)X=1,由于它是序列中的第一個(gè)數(shù)字，應(yīng)把此狀態(tài)記下，且進(jìn)入b狀態(tài)，

同時(shí)輸出Z=0;若輸入信號(hào)X=0,由于它不是序列中的第一

個(gè)數(shù)字，不必記憶此狀態(tài)，下一個(gè)狀態(tài)返回到a,且輸出

Z=0。依此分析，得出原始狀態(tài)圖?，F(xiàn)態(tài)次

態(tài)

/

輸

出X=0X=1abCda/0a/0d/1a/0b/0c/0c/0b/0現(xiàn)態(tài)次

態(tài)

/

輸

出X=0X=1a/0b/0ba/0c/0Ca/1c/02.狀

態(tài)

化

簡(jiǎn)0/00/0(

1/00/1列出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及狀態(tài)表b1/0C1/0a采用VHDL編寫程序?qū)崿F(xiàn)。利用有限狀態(tài)機(jī)，從有限狀

態(tài)機(jī)的信號(hào)輸出方式上分為Mealy

型和

Moore

型。

這兩種型式可互相轉(zhuǎn)換Mealy

型：輸出是當(dāng)前狀態(tài)和所有輸入信號(hào)的函數(shù)，它

的輸出是在輸入變化后立即發(fā)生的，

不依賴于時(shí)鐘的同

步，屬于異步輸出狀態(tài)機(jī)。Moore

型：輸出僅為當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)，

這類狀態(tài)機(jī)在輸

時(shí)鐘使?fàn)顟B(tài)發(fā)生輸出還必導(dǎo)化時(shí)生變?nèi)?/01/0aclkZXreset110序列檢測(cè)器的圖符Mealy

型110

序列檢測(cè)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖1/00/1CVHDL參見(jiàn)1/00/0bA狀態(tài)，初始狀態(tài)：輸出0B狀態(tài)，記憶1:輸出0C狀態(tài)，記憶11:

輸出0D狀

態(tài)，

記

憶11

0:

輸

出

1輸出僅為當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)采用

Moore型狀態(tài)機(jī)的110序列檢測(cè)器的狀態(tài)圖VHDL參見(jiàn)Sinulation

node:FunetionalMaster

Tine

Bar:

18.9T5

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Pointer

66.69

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Start:

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I.S

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OB

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1B

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Report-Flow

Summay