時(shí)序邏輯電路分析PPT學(xué)習(xí)課件

1、4.2 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，而且還與原來的狀態(tài)有關(guān)。具有記憶功能。,外部輸入,外部輸出,內(nèi)部輸入,內(nèi)部輸出,觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的最主要的單元,1,4.2.2 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)來分： 同步時(shí)序電路 異步時(shí)序電路 按時(shí)序電路輸出信號(hào)的特點(diǎn)來分： 米里型（Mealy) 莫爾型 (Moore),2,時(shí)序電路,3,Mealy 型和 Moore型時(shí)序電路,4,5,4.2.3 時(shí)序邏輯電路

2、的描述方法：,輸出方程:,驅(qū)動(dòng)（激勵(lì)）方程：,狀態(tài)方程：,邏輯方程組 狀態(tài)表 狀態(tài)圖 時(shí)序圖,6,輸出方程,激勵(lì)方程組,狀態(tài)方程組,1. 邏輯方程組,舉例說明時(shí)序邏輯電路描述方法：,7,2. 狀態(tài)表,8,狀態(tài)表,狀態(tài)圖 根據(jù)狀態(tài)表畫出狀態(tài)圖,A / Y,9,4. 時(shí)序圖,時(shí)序邏輯電路的四種描述方式是可以相互轉(zhuǎn)換的,根據(jù)狀態(tài)表畫出波形圖,10,4.3 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,11,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

3、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。,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)出來的。所以，分析過程主要是列出電路狀態(tài)表或畫出狀態(tài)圖、工作波形圖。,分析過程的主要表現(xiàn)形式:,12,4.3.1 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,.確定電路的邏輯功能。,3.列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、畫出狀態(tài)圖和波形圖；,2. 根據(jù)給定的時(shí)序電路圖，寫出下列各邏輯方程式：,() 輸出方程；,() 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。,13,例1 試分析如圖所示時(shí)序

4、電路的邏輯功能。,4.3.2 同步時(shí)序邏輯電路分析舉例,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。,解：,(1)了解電路組成。,14,(2) 根據(jù)電路列出三個(gè)方程組,激勵(lì)方程組: T0=A T1=AQ0,輸出方程組: Y=AQ1Q0,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,15,(3) 根據(jù)狀態(tài)方程組和輸出方程列出狀態(tài)表,Y =A Q1Q0,16,(4) 畫出狀態(tài)圖,17,(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上升沿到來后電路狀態(tài)值加1，一旦計(jì)數(shù)到 11狀態(tài)，Y

5、 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。,18,例2 試分析如圖所示時(shí)序電路的邏輯功能。,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。,解：,1.了解電路組成。,J2=K2=X Q1,J1=K1=1,Y=Q2Q1,2.寫出下列各邏輯方程式：,輸出方程,激勵(lì)方程,19,J2=K2=X Q1,J1=K1=1,將激勵(lì)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程得狀態(tài)方程,整理得：,FF2,FF1,20,3.列出其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,Y=Q2Q1,21,狀態(tài)圖,22,X=0時(shí),電路功能：可逆計(jì)數(shù)器,X=1時(shí),電路進(jìn)行加1計(jì)數(shù),電路進(jìn)行減1計(jì)數(shù)

6、。,.確定電路的邏輯功能.,23,例3 分析下圖所示的同步時(shí)序電路。,激勵(lì)方程組,輸出方程組 Z0=Q0 Z1=Q1 Z2=Q2,1.根據(jù)電路列出邏輯方程組:,24,得狀態(tài)方程,2.列出其狀態(tài)表,狀態(tài)表,25,3. 畫出狀態(tài)圖,狀態(tài)表,26,3. 畫出時(shí)序圖,27,由狀態(tài)圖可見，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。,4、邏輯功能分析,28,4.3. 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:,3.確定電路的邏輯功能。,2.

7、列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、畫出狀態(tài)圖和波形圖；,1. 寫出下列各邏輯方程式：,b)觸發(fā)器的激勵(lì)方程； c) 輸出方程 d)狀態(tài)方程,a)時(shí)鐘方程,29,例1 分析如圖所示異步電路,1. 寫出電路方程式, 時(shí)鐘方程,輸出方程,激勵(lì)方程,CP0=CLK,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； 如無時(shí)鐘脈沖上升沿作用時(shí)，其狀態(tài)不變。,CP1=Q0,4.3.4. 異步時(shí)序邏輯電路的分析舉例,CP0=CLK,CP1=Q0,30,3. 列狀態(tài)表、畫狀態(tài)圖,CP1=Q0,CP0=CLK,4. 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)

8、發(fā)生器。,31,4.4 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)是分析的逆過程,其任務(wù)是根據(jù)實(shí)際邏輯問題的要求，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)過程,32,(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,(2)狀態(tài)化簡-求出最簡狀態(tài)圖 ；,合并等價(jià)狀態(tài)，消去多余狀態(tài)的過程稱為狀態(tài)化簡,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)。,33,(3)狀態(tài)編碼（狀態(tài)分配）；,(4)選擇觸發(fā)器的類型,(6)畫出邏輯圖并檢查自啟動(dòng)能力。,給每個(gè)狀態(tài)賦以二進(jìn)制代碼的過程。,根據(jù)狀態(tài)數(shù)確定觸發(fā)器的個(gè)數(shù)

9、，,(5)求出電路的激勵(lì)方程和輸出方程 ；,34,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。,(2) 該狀態(tài)圖不需化簡。,35,（3）狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。,（4）選擇觸發(fā)器。選用JK觸發(fā)器及其激勵(lì)表。,36,（5）求各觸發(fā)器的激勵(lì)函數(shù)和進(jìn)位輸出函數(shù)。,0 0 1 ,0 1 1,0 0 1 ,1 1 1, 1 0 0 ,激勵(lì)表,37,（5）求各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程和進(jìn)位輸出方程。,00 01 11 10,0 1,J2,00 01 11 10,0 1,k2,K2=1,00 01 11 10,0 1,0 1,k1,J1,00

10、01 11 10,00 01 11 10,0 1,k0,00 01 11 10,J0,K0=1,0 1,0 1,00 01 11 10,Z,J1,J0,Z,38,（6）畫邏輯圖。,（7）檢查能否自啟動(dòng),如果電路進(jìn)入無效狀態(tài)101、110、111時(shí)，在CP 脈沖作用下，分別進(jìn)入有效狀態(tài)010、010、000。所以電路能夠自啟動(dòng)。,39,例2:,設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測器。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

11、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。,40,2. 狀態(tài)化簡,列出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及狀態(tài)表,41,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)在輸入發(fā)生變化時(shí)還必須等待時(shí)鐘的到來，時(shí)鐘使?fàn)顟B(tài)發(fā)生變化時(shí)才導(dǎo)致輸出的變化。,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,42,110序列檢測器的圖符,Mealy 型110序