數(shù)字電路第6章(1時(shí)序邏輯電路分析方法)_2ppt課件

1、第六章 時(shí)序邏輯電路6.1 概述概述 6.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法 6.3 假設(shè)干常用的時(shí)序邏輯電路假設(shè)干常用的時(shí)序邏輯電路 6.4 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法6.5 時(shí)序邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)序邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)景象冒險(xiǎn)景象1. 時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)2. 時(shí)序邏輯電路的分類(lèi)時(shí)序邏輯電路的分類(lèi)3. 時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法6.1 概述一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)1、功能：、功能：任一時(shí)辰的輸出不僅取決于該時(shí)辰的輸入；還任一時(shí)辰的輸出不僅取決于該時(shí)辰的輸入；還與電路與電路原來(lái)的形狀有關(guān)。原來(lái)的形

2、狀有關(guān)。例例:串行加法器串行加法器: 兩個(gè)多位數(shù)從低位到高位逐位兩個(gè)多位數(shù)從低位到高位逐位相加相加一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)2. 電路構(gòu)造電路構(gòu)造包含存儲(chǔ)電路和組合電路，且存儲(chǔ)電路必不包含存儲(chǔ)電路和組合電路，且存儲(chǔ)電路必不可少；可少；存儲(chǔ)電路的輸出形狀必需反響到組合電路輸存儲(chǔ)電路的輸出形狀必需反響到組合電路輸入端，入端， 與輸入變量共同決議組合邏輯的輸出。與輸入變量共同決議組合邏輯的輸出。yi : 輸出信號(hào)輸出信號(hào)xi : 輸入信號(hào)輸入信號(hào)qi :存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)電路的形狀的形狀zi :存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)電路的輸入的輸入可以用三個(gè)方程組來(lái)描畫(huà)：可以用三個(gè)方程組來(lái)描畫(huà)：),(),(),(

3、QXFYqqqxxxfyqqqxxxfylijli輸出方程21211212111),(*),(),(*QZHQqqqzzzhqqqqzzzhqlillli狀態(tài)方程2121212111),(),(),(QXFYqqqxxxgzqqqxxxgzlikli驅(qū)動(dòng)方程21211212111Z=G( X,Q )二、時(shí)序電路的分類(lèi)二、時(shí)序電路的分類(lèi)1.1.根據(jù)存儲(chǔ)電路中觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)不同根據(jù)存儲(chǔ)電路中觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)不同時(shí)時(shí)序序電電路路存儲(chǔ)電路里一切觸發(fā)器有一個(gè)一存儲(chǔ)電路里一切觸發(fā)器有一個(gè)一致的時(shí)鐘源致的時(shí)鐘源; ;觸發(fā)器形狀變化與時(shí)鐘脈沖同步觸發(fā)器形狀變化與時(shí)鐘脈沖同步. .同步：同步：異步：異步： 沒(méi)

4、有一致的時(shí)鐘脈沖，電路中要沒(méi)有一致的時(shí)鐘脈沖，電路中要更新形狀的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有更新形狀的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，是異步進(jìn)展的。后，是異步進(jìn)展的。 二、時(shí)序電路的分類(lèi)二、時(shí)序電路的分類(lèi)2.2.根據(jù)輸出信號(hào)的特點(diǎn)不同根據(jù)輸出信號(hào)的特點(diǎn)不同 時(shí)時(shí)序序電電路路輸出信號(hào)不僅取決于存儲(chǔ)輸出信號(hào)不僅取決于存儲(chǔ)電路的形狀，而且還取決電路的形狀，而且還取決于輸入變量。于輸入變量。Y = F ( X, Q ) Y = F ( X, Q ) 米利米利(Mealy)(Mealy)型：型：穆?tīng)柲聽(tīng)?Moore)(Moore)型：型：輸出形狀僅取決于存儲(chǔ)電輸出形狀僅取決于存儲(chǔ)電路的形狀。好像步計(jì)數(shù)器路的形狀。好像步計(jì)數(shù)

5、器Y = F ( Q ) Y = F ( Q ) 三、三、 時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法描描述述方方法法邏輯方程式邏輯方程式形狀轉(zhuǎn)換表形狀轉(zhuǎn)換表形狀轉(zhuǎn)換圖形狀轉(zhuǎn)換圖時(shí)序圖時(shí)序圖三、三、 時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法(1)(1)邏輯方程式：邏輯方程式：寫(xiě)出時(shí)序電路的輸出方程、驅(qū)動(dòng)方程和形狀方程。寫(xiě)出時(shí)序電路的輸出方程、驅(qū)動(dòng)方程和形狀方程。 輸出方程輸出方程 反映電路輸出反映電路輸出Y與輸入與輸入X 和形狀和形狀Q 之間關(guān)系之間關(guān)系表達(dá)式；表達(dá)式； 驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程 反映存儲(chǔ)電路的輸入反映存儲(chǔ)電路的輸入Z與電路輸入與電路輸入X和形和形狀狀Q之間的關(guān)系

6、之間的關(guān)系形狀方程形狀方程 反映時(shí)序電路次態(tài)反映時(shí)序電路次態(tài)Qn+1與驅(qū)動(dòng)函數(shù)與驅(qū)動(dòng)函數(shù)Z和現(xiàn)和現(xiàn)態(tài)態(tài)Qn之間的關(guān)系之間的關(guān)系三、三、 時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法時(shí)序邏輯電路的功能描畫(huà)方法(2)(2)形狀轉(zhuǎn)換表：形狀轉(zhuǎn)換表：反映輸出反映輸出Z Z、次態(tài)、次態(tài)Qn+1Qn+1和輸入和輸入X X、現(xiàn)態(tài)、現(xiàn)態(tài)Qn Qn 間對(duì)應(yīng)間對(duì)應(yīng)取值關(guān)系的表格。取值關(guān)系的表格。(3)(3)形狀轉(zhuǎn)換圖：形狀轉(zhuǎn)換圖：(4)(4)時(shí)序圖：時(shí)序圖：反映時(shí)序邏輯電路形狀轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸反映時(shí)序邏輯電路形狀轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出取值關(guān)系的有向圖形。出取值關(guān)系的有向圖形。時(shí)序電路的任務(wù)波形圖。描畫(huà)電路的輸入信號(hào)、時(shí)序電

7、路的任務(wù)波形圖。描畫(huà)電路的輸入信號(hào)、時(shí)鐘、輸出及電路的形狀轉(zhuǎn)換等在時(shí)間上的關(guān)系。時(shí)鐘、輸出及電路的形狀轉(zhuǎn)換等在時(shí)間上的關(guān)系。n同步時(shí)序邏輯電路的分析方法同步時(shí)序邏輯電路的分析方法n*異步時(shí)序邏輯電路的分析方法異步時(shí)序邏輯電路的分析方法6.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法同步時(shí)序電路的分析方法同步時(shí)序電路的分析方法 義務(wù)：義務(wù)： 找出給定時(shí)序電路的邏輯功能找出給定時(shí)序電路的邏輯功能, 即即 找出在輸找出在輸入和入和 CLK 作用下，電路的次態(tài)和輸出的變作用下，電路的次態(tài)和輸出的變化規(guī)律?；?guī)律。同步時(shí)序電路的分析方法同步時(shí)序電路的分析方法普通步驟：普通步驟：從給定電路，寫(xiě)出存儲(chǔ)電路中每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘方

8、程、驅(qū)從給定電路，寫(xiě)出存儲(chǔ)電路中每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程輸入的邏輯式，以及電路的輸出方程。動(dòng)方程輸入的邏輯式，以及電路的輸出方程。將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器特性方程，得到形狀方程次態(tài)方將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器特性方程，得到形狀方程次態(tài)方程，并標(biāo)出時(shí)鐘條件。程，并標(biāo)出時(shí)鐘條件。依次假設(shè)初態(tài)，代入電路的形狀方程、輸出方程，求出形依次假設(shè)初態(tài)，代入電路的形狀方程、輸出方程，求出形狀轉(zhuǎn)換表即真值表，包括檢查電路能否自啟動(dòng)、形狀狀轉(zhuǎn)換表即真值表，包括檢查電路能否自啟動(dòng)、形狀圖或時(shí)序圖。圖或時(shí)序圖。分析時(shí)序電路的外部性能。分析時(shí)序電路的外部性能。 對(duì)于同步電路，時(shí)對(duì)于同步電路，時(shí)鐘方程可以省略鐘方程可以省略觸

9、發(fā)器的觸發(fā)器的特性方程特性方程留意脈沖留意脈沖的有效沿的有效沿給定給定電路電路驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方程方程輸出輸出方程方程時(shí)鐘時(shí)鐘方程方程形狀形狀表表形狀形狀圖圖時(shí)序時(shí)序圖圖形狀形狀方程方程計(jì)計(jì)算算分析分析邏輯邏輯功能功能分析時(shí)序邏輯電路的步驟分析時(shí)序邏輯電路的步驟例例1 1：分析以下時(shí)序電路，寫(xiě)出驅(qū)動(dòng)方程、形狀方程、：分析以下時(shí)序電路，寫(xiě)出驅(qū)動(dòng)方程、形狀方程、輸出方程。輸出方程。FF1,FF2,FF3 FF1,FF2,FF3 是三個(gè)主從是三個(gè)主從JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器, ,下降沿下降沿動(dòng)作，輸入端懸空時(shí)等效于動(dòng)作，輸入端懸空時(shí)等效于1 1形狀。形狀。解：分析電路：解：分析電路： (1) (1)該電路沒(méi)有輸

10、入變量該電路沒(méi)有輸入變量 (2) (2)因此，電路的次態(tài)和輸出只取決于電路的初態(tài)；因此，電路的次態(tài)和輸出只取決于電路的初態(tài)；屬于穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路；屬于穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路；1 1寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：J1 = (Q2Q3) , K1= 1J2 = Q1, K2= (Q1Q3) J3 = Q1Q2 , K3= Q2 2 2帶入帶入JKJK觸發(fā)器特性方程觸發(fā)器特性方程Q Q* *=JQ+KQ),=JQ+KQ),得到形狀得到形狀方程：方程：J1 = (Q2Q3) , K1= 1J2 = Q1, K2= (Q1Q3) J3 = Q1Q2 , K3= Q2 Q1

11、* = (Q2Q3) Q1Q2* = Q1Q2 + Q1Q3Q2 Q3* = Q1Q2Q3 + Q2Q3Y = Q3Q23 3輸出方程：輸出方程：4 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖Q3Q2Q1Q3* Q2* Q1*Y00000100010100010011001110001001010101110011000011110001Q1* = (Q2Q3) Q1Q2* =Q1Q2+Q1Q3Q2 Q3* =Q1Q2Q3+Q2Q3Y = Q3Q2假設(shè)初態(tài)假設(shè)初態(tài) Q3Q2Q1 = 000 Q3Q2Q1 = 000，帶入形狀方程與輸出方程；，帶入形狀方程與輸出方程；留意：留意：檢查形狀

12、表能否包檢查形狀表能否包含了一切能夠出現(xiàn)含了一切能夠出現(xiàn)的形狀；的形狀；CLK順序順序Q3Q2Q1Y00000100102010030110410005101061101700000111110000Q3Q2Q1Q3*Q2*Q1*Y000001000101000100110011100010010101011100110000111100014 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖CLK順序順序Q3Q2Q1Y000001001020100301104100051010611017000001111100004 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖 輸入值寫(xiě)出斜線之上

13、，輸入值寫(xiě)出斜線之上，輸出值寫(xiě)在斜線之下輸出值寫(xiě)在斜線之下4 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖5 5分析時(shí)序電路外部功能分析時(shí)序電路外部功能n每經(jīng)過(guò)每經(jīng)過(guò)7 7個(gè)時(shí)鐘信號(hào)電路形狀循環(huán)變化一次；電路具有個(gè)時(shí)鐘信號(hào)電路形狀循環(huán)變化一次；電路具有計(jì)數(shù)的功能。計(jì)數(shù)的功能。n每經(jīng)過(guò)每經(jīng)過(guò)7 7個(gè)時(shí)鐘脈沖，輸出端個(gè)時(shí)鐘脈沖，輸出端Y Y出現(xiàn)一個(gè)脈沖；電路是一出現(xiàn)一個(gè)脈沖；電路是一個(gè)個(gè)7 7進(jìn)制計(jì)數(shù)器，進(jìn)制計(jì)數(shù)器，Y Y為進(jìn)位脈沖。為進(jìn)位脈沖。6 6電路具有自啟功能電路具有自啟功能 即電路在任何一個(gè)初始形狀下，在脈沖的作用下，即電路在任何一個(gè)初始形狀下，在脈沖的作用下，電路可以自動(dòng)回到有效

14、序列電路可以自動(dòng)回到有效序列例例2 2：分析以下時(shí)序電路邏輯功能，寫(xiě)出驅(qū)動(dòng)方程、形：分析以下時(shí)序電路邏輯功能，寫(xiě)出驅(qū)動(dòng)方程、形狀方程、輸出方程。畫(huà)出電路形狀轉(zhuǎn)換圖、時(shí)序圖。狀方程、輸出方程。畫(huà)出電路形狀轉(zhuǎn)換圖、時(shí)序圖。解：分析電路：解：分析電路： (1) (1)該電路輸入變量該電路輸入變量A;A; (2) (2)屬于米利型時(shí)序電路；屬于米利型時(shí)序電路；1 1寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：D1 = Q1 D2= A + Q1 + Q2 2 2帶入帶入D D觸發(fā)器特性方程觸發(fā)器特性方程Q Q* *=D),=D),得到形狀方程：得到形狀方程：Y = ( (A

15、Q1Q2) (AQ1Q2) = AQ1Q2+AQ1Q23 3輸出方程：輸出方程：Q1* =D1 = Q1 Q2* =D2= A + Q1 + Q2 4 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖AQ2Q1Q2* Q1*Y000010001100010110011001100111111100110010101000假設(shè)初態(tài)假設(shè)初態(tài) Q2Q1 = 00 Q2Q1 = 00，帶入形狀方程與輸出方程；，帶入形狀方程與輸出方程；留意：留意：檢查形狀表能否包檢查形狀表能否包含了一切能夠出現(xiàn)含了一切能夠出現(xiàn)的形狀；的形狀；Q1* = Q1 Q2* = A + Q1 + Q2 Y=AQ1Q2+AQ1

16、Q24 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖A Q2Q1Q2* Q1*Y0000100011000101100110011001111111001100101010005 5分析時(shí)序電路外部功能分析時(shí)序電路外部功能n當(dāng)當(dāng)A=0A=0時(shí)，該電路是一個(gè)時(shí)，該電路是一個(gè)加法計(jì)數(shù)器，在時(shí)鐘延加法計(jì)數(shù)器，在時(shí)鐘延續(xù)作用下，續(xù)作用下，Q2Q1Q2Q1從從0000添添加到加到1111。n當(dāng)當(dāng)A=1A=1時(shí)，該電路是一個(gè)時(shí)，該電路是一個(gè)減法計(jì)數(shù)器，在時(shí)鐘延減法計(jì)數(shù)器，在時(shí)鐘延續(xù)作用下，續(xù)作用下，Q2Q1Q2Q1從從1111遞遞減到減到0000。 AQ2Q1Q2*Q1*Y0000100011000

17、10110011001100111111100110010101000例例3. 分析下面時(shí)序邏輯電路的功能分析下面時(shí)序邏輯電路的功能C11TC11TX“1CLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2Y解：分析電路：解：分析電路： (1) (1)同步時(shí)序電路同步時(shí)序電路; ;時(shí)鐘下降沿觸發(fā)。時(shí)鐘下降沿觸發(fā)。 (2) (2)輸出輸出Y Y與輸入與輸入X X有關(guān)，為有關(guān)，為MealyMealy型時(shí)序電路；型時(shí)序電路；1 1寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：T1 = 1 T2= X + Q1C11TC11TX“1CLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2Y2 2輸出方程：輸出方程：

18、 Y= ( X Q2 ) = X + Q2Q1* = Q1 Q2* = X + Q1 + Q2 C11TC11TX“1CLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2Y3 3帶入帶入T T 觸發(fā)器特性方程觸發(fā)器特性方程Q Q* *=T + Q),=T + Q),得到形狀方程：得到形狀方程：T1 = 1 T2= X + Q14 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖XQ2Q1Q2* Q1*Y000011001101010111011001100110111101110011101000假設(shè)初態(tài)假設(shè)初態(tài) Q2Q1 = 00 Q2Q1 = 00，帶入形狀方程與輸出方程；，帶入形狀方程與輸出方程；留意：

19、留意：檢查形狀表能否包檢查形狀表能否包含了一切能夠出現(xiàn)含了一切能夠出現(xiàn)的形狀；的形狀；Q1* = Q1 Q2* = X + Q1 + Q2 Y = X + Q24 4形狀表形狀表/ /形狀圖形狀圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖X Q2Q1Q2* Q1*Y0000110011010101110110011001101111011100111010005 5分析時(shí)序電路外部功能分析時(shí)序電路外部功能當(dāng)輸入當(dāng)輸入X = 0時(shí)，在時(shí)鐘脈沖時(shí)，在時(shí)鐘脈沖CLK的作用下，電路的的作用下，電路的4個(gè)個(gè)形狀按遞增規(guī)律循環(huán)變化：形狀按遞增規(guī)律循環(huán)變化：0001101100當(dāng)當(dāng)X1時(shí)，在時(shí)鐘脈沖時(shí)，在時(shí)鐘脈沖CLK的作用下，電

20、路的的作用下，電路的4個(gè)形狀按個(gè)形狀按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：1110010011 可見(jiàn)，該電路既具有遞增計(jì)可見(jiàn)，該電路既具有遞增計(jì)數(shù)功能，又具有遞減計(jì)數(shù)功數(shù)功能，又具有遞減計(jì)數(shù)功能，是一個(gè)能，是一個(gè)2位二進(jìn)制同步可位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。逆計(jì)數(shù)器。例例4.4.分析圖示時(shí)序邏輯電路的邏輯功能。分析圖示時(shí)序邏輯電路的邏輯功能。C11DC11DCLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2C11DFF3Q3Q3解：分析電路：解：分析電路： (1) (1)同步時(shí)序電路，時(shí)鐘上升沿觸發(fā)；同步時(shí)序電路，時(shí)鐘上升沿觸發(fā)； (2) (2)沒(méi)有輸入信號(hào)，為穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路；沒(méi)有輸入信號(hào)，為穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路；1 1寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程輸入邏輯式：D2 = Q1D1 = (Q2+Q1)=Q2Q1D3 = Q2C11DC11DCLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2C11DFF3Q3Q3Q2* = Q1Q1* = Q2Q1Q3* = Q22 2帶入帶入D D觸發(fā)器特性方程觸發(fā)器特性方程Q Q* *=D),=D),得到形狀方程：得到形狀方程：C11DC11DCLKFF1FF2Q1Q1