時序邏輯電路的分析和設計

1、2/17/2022精選課件1第六章第六章 時序邏輯電路時序邏輯電路的分析和設計的分析和設計6.1 時序邏輯電路的基本概念時序邏輯電路的基本概念6.1.1 時序邏輯電路的基本結構及特點時序邏輯電路的基本結構及特點v時序邏輯電路在任一時刻的輸出信號不僅與當時的時序邏輯電路在任一時刻的輸出信號不僅與當時的輸入信號有關，還與電路原來的狀態(tài)有關。輸入信號有關，還與電路原來的狀態(tài)有關。v時序邏輯電路不僅包含組合邏輯電路，還含有存儲時序邏輯電路不僅包含組合邏輯電路，還含有存儲電路，因而有記憶能力。電路，因而有記憶能力。2/17/2022精選課件2v Z = F1（X，Qn）-輸出方程輸出方程v Y = F2

2、（X，Qn）-驅動方程驅動方程v Qn+1 = F3（Y，Qn）-狀態(tài)方程狀態(tài)方程2/17/2022精選課件36.1.2 時序邏輯電路的分類時序邏輯電路的分類v同步時序電路同步時序電路：存儲電路內所有觸發(fā)器的時：存儲電路內所有觸發(fā)器的時鐘輸入端都接于同一個時鐘脈沖源。鐘輸入端都接于同一個時鐘脈沖源。v異步時序電路異步時序電路：存儲電路內的觸發(fā)器沒有統(tǒng)：存儲電路內的觸發(fā)器沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖。一的時鐘脈沖。2/17/2022精選課件46.1.3 時序邏輯電路功能的描述方法時序邏輯電路功能的描述方法1. 1. 邏輯方程式邏輯方程式包括包括輸出方程輸出方程、驅動方程驅動方程、狀態(tài)方程狀態(tài)方程2. 2.

3、 狀態(tài)表狀態(tài)表反映反映輸出輸出Z、次態(tài)次態(tài)Qn+1 和電路的和電路的輸入輸入X、現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)Qn間對應關系的表格間對應關系的表格3. 3. 狀態(tài)圖狀態(tài)圖反映時序邏輯電路反映時序邏輯電路狀態(tài)轉換規(guī)律狀態(tài)轉換規(guī)律及相應及相應輸入、輸入、輸出取值關系輸出取值關系的圖形的圖形4. 4. 時序圖時序圖時序電路的時序電路的工作波形圖工作波形圖2/17/2022精選課件56.2 時序邏輯電路的分析方法時序邏輯電路的分析方法v時序邏輯電路的分析時序邏輯電路的分析:已知時序邏輯電路，求其已知時序邏輯電路，求其輸出輸出Z的變化規(guī)律、的變化規(guī)律、電路狀態(tài)電路狀態(tài)Q的轉換規(guī)律，以的轉換規(guī)律，以說明該時序邏輯電路的邏輯功能

4、和工作特性。說明該時序邏輯電路的邏輯功能和工作特性。6.2.1 分析時序邏輯電路的一般步驟分析時序邏輯電路的一般步驟（1）根據(jù)給定的）根據(jù)給定的時序電路圖寫出時序電路圖寫出CP的邏輯表達式的邏輯表達式、輸出方程輸出方程、驅動方程驅動方程。（2）將）將驅動方程驅動方程帶入相應觸發(fā)器的帶入相應觸發(fā)器的特征方程特征方程，求，求出出時序邏輯電路的時序邏輯電路的狀態(tài)方程狀態(tài)方程。（3）列）列狀態(tài)表狀態(tài)表、畫、畫狀態(tài)圖狀態(tài)圖或或時序圖時序圖。（4）用文字描述給定）用文字描述給定時序邏輯電路的功能。時序邏輯電路的功能。2/17/2022精選課件66.2.2 同步時序邏輯電路的分析舉例同步時序邏輯電路的分析舉

5、例例例6.2.1 分析右圖所示時序電路分析右圖所示時序電路(FIASH)解：解：（1）寫出各邏輯方程）寫出各邏輯方程 同步時序電路的同步時序電路的CP的邏輯表達式的邏輯表達式可不寫可不寫 輸出方程輸出方程： Z= Q1n Q0 驅動方程驅動方程：J0=1，K0=1 J1=XQ0n ， K1= XQ0n 2/17/2022精選課件7（2）將）將驅動方程驅動方程代入代入JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的特征方程特征方程，得，得到到次態(tài)方程次態(tài)方程：驅動方程驅動方程：J0=1，K0=1 J1=XQ0n ， K1= XQ0n 狀態(tài)方程狀態(tài)方程：n0n0n0n00n001n0QQ1Q1QKQJQn0n0n1n0n11

6、n111n1Q)Q(XQ)Q(XQKQJQn1n0QQX2/17/2022精選課件8（3）狀態(tài)表狀態(tài)表、狀態(tài)圖狀態(tài)圖、時序圖時序圖11 / 000 / 001 / 010 / 101 / 010 / 011 / 000 / 1 0 0 0 1 1 0 1 110 X Q1n+1 Q0n+1 /ZQ1n Q0nn01n0QQn1n01n1QQXQ(FIASH)（4）邏輯功能：可控計數(shù)器邏輯功能：可控計數(shù)器2/17/2022精選課件9例例6.2.2 分析右圖所示時序電路分析右圖所示時序電路(FIASH)解：解：（1）寫出各邏輯方程）寫出各邏輯方程 輸出方程輸出方程： n00QZ 驅動方程驅動方程：

7、n11QZ n22QZ n1n00QQD n01QD n12QD 2/17/2022精選課件10（2）將）將驅動方程驅動方程代入代入D觸發(fā)器觸發(fā)器特性方程特性方程得到得到次態(tài)次態(tài)方程方程n1n001n0QQDQn011n1QDQn121n2QDQ（3）列狀態(tài)表、畫狀態(tài)圖）列狀態(tài)表、畫狀態(tài)圖 和時序圖和時序圖(FIASH)Q2n Q1n Q0n Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 02/17/2022精選課件1

8、1（4）邏輯功能：邏輯功能： 脈沖分配器，節(jié)拍脈沖產生器。脈沖分配器，節(jié)拍脈沖產生器。 電路僅電路僅001、010、100三個狀態(tài)構成循環(huán)，三個狀態(tài)構成循環(huán)，為有效狀態(tài)，而其余各狀態(tài)均為無效狀態(tài)。當為有效狀態(tài)，而其余各狀態(tài)均為無效狀態(tài)。當電路處于無效狀態(tài)時，在電路處于無效狀態(tài)時，在CP脈沖的作用后，電脈沖的作用后，電路能自動進入有效序列，電路具有路能自動進入有效序列，電路具有自啟動能力自啟動能力。(FIASH)2/17/2022精選課件126.2.3 異步時序邏輯電路的分析舉例異步時序邏輯電路的分析舉例例：分析右圖所示邏輯電路例：分析右圖所示邏輯電路解：解：（1）CP的邏輯表達式的邏輯表達式：

9、 CP0=CP CP1=Q0 輸出方程輸出方程： Z= Q1n Q0 驅動方程驅動方程：D0= Q0n ，D1= Q1n (FIASH)2/17/2022精選課件13（2）各觸發(fā)器的）各觸發(fā)器的次態(tài)方程次態(tài)方程：（3）狀態(tài)表狀態(tài)表、狀態(tài)圖狀態(tài)圖、時序圖時序圖Q1n Q0nCP0CP1Q1n+1 Q0n+1 /Z 0 0 0 1 1 0 1 10011 / 000 / 001 / 010 / 1Q0n+1 = Q0nQ1n+1 = Q1n (FIASH)（4）邏輯功能：異步四進制減法計數(shù)器邏輯功能：異步四進制減法計數(shù)器2/17/2022精選課件146.3 同步時序邏輯電路的設計方法同步時序邏輯電

10、路的設計方法v時序邏輯電路的設計：已知邏輯功能要求，選時序邏輯電路的設計：已知邏輯功能要求，選擇適當?shù)倪壿嬈骷O計出符合要求的時序邏擇適當?shù)倪壿嬈骷?，設計出符合要求的時序邏輯電路。輯電路。6.3.1 同步時序邏輯電路設計的一般步驟同步時序邏輯電路設計的一般步驟（1）根據(jù)要求和給定的條件作出）根據(jù)要求和給定的條件作出狀態(tài)圖狀態(tài)圖或或狀態(tài)表狀態(tài)表（3）根據(jù)）根據(jù)狀態(tài)表狀態(tài)表和觸發(fā)器的和觸發(fā)器的特征方程特征方程作出觸發(fā)器作出觸發(fā)器（4）畫出觸發(fā)器）畫出觸發(fā)器驅動方程驅動方程的卡諾圖，化簡，寫出的卡諾圖，化簡，寫出（2）確定觸發(fā)器的）確定觸發(fā)器的類型和個數(shù)類型和個數(shù)的激勵表的激勵表化簡后的化簡后的驅

11、動方程驅動方程，作出，作出邏輯圖。邏輯圖。2/17/2022精選課件156.3.2 同步時序邏輯電路設計舉例同步時序邏輯電路設計舉例同步計數(shù)器設計步驟：同步計數(shù)器設計步驟：（1）確定狀態(tài)數(shù)和觸發(fā)器個數(shù)。）確定狀態(tài)數(shù)和觸發(fā)器個數(shù)。 其中：其中：M狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù) n觸發(fā)器個數(shù)觸發(fā)器個數(shù)（2）列出狀態(tài)表和驅動表。）列出狀態(tài)表和驅動表。（3）按驅動表作驅動方程。）按驅動表作驅動方程。（4）按驅動方程作邏輯圖。）按驅動方程作邏輯圖。（5）畫出完整的狀態(tài)圖，檢查設計的計數(shù)器）畫出完整的狀態(tài)圖，檢查設計的計數(shù)器能否自起動。能否自起動。nnM2212/17/2022精選課件16例：用例：用JK觸發(fā)器設計同步五進

12、制遞增計數(shù)器觸發(fā)器設計同步五進制遞增計數(shù)器解：解：（1）五進制有）五進制有5個狀態(tài)，個狀態(tài)，23 5，用三個觸發(fā)器。，用三個觸發(fā)器。000100011010001五進制遞增計數(shù)器狀態(tài)圖：五進制遞增計數(shù)器狀態(tài)圖：2/17/2022精選課件17000100011010001(2)作狀態(tài)表和驅動表作狀態(tài)表和驅動表0 0 01 0 0 1 0 00 1 10 1 10 1 00 1 00 0 10 0 10 0 0Q2n+1 Q1n +1 Q0n +1 J0 K0J1 K1J2 K2Q2n Q1n Q0n2/17/2022精選課件180 0 01 0 0 1 0 00 1 10 1 10 1 00 1

13、 00 0 10 0 10 0 0Q2n+1 Q1n +1 Q0n +1 J0 K0J1 K1J2 K2Q2n Q1n Q0nJK觸發(fā)器狀態(tài)圖：觸發(fā)器狀態(tài)圖：0 x 0 x 1 x0 x 1 x x 10 x x 0 1 x1 x x 1 x 1x 1 0 x 0 x2/17/2022精選課件19K0 = 1J0 = Q2(3)作卡諾圖求作卡諾圖求驅動方程驅動方程2/17/2022精選課件20J1 = Q0K1 = Q02/17/2022精選課件21J2 = Q1 Q0K2 = 12/17/2022精選課件22(4)邏輯圖邏輯圖20QJ 1K001QJ 01QK 012QQJ 1K22/17/

14、2022精選課件23（5）驗證電路邏輯功能，并檢查是否能）驗證電路邏輯功能，并檢查是否能“自啟動自啟動”v自啟動自啟動：在輸入計數(shù)脈沖后能夠自動轉入：在輸入計數(shù)脈沖后能夠自動轉入有效狀態(tài)循環(huán)有效狀態(tài)循環(huán)將下列將下列驅動方程驅動方程20QJ 1K001QJ 01QK 012QQJ 1K2nn1nQKQJQ代入代入JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的特征方程特征方程：可得到可得到狀態(tài)方程狀態(tài)方程，2/17/2022精選課件24n0n2n0n0n2n00n001n0QQQ1QQQKQJQ20QJ 1K001QJ 01QK n1n0n1n0n11n111n1QQQQQKQJQ012QQJ 1K2n0n1n2n2n2n0n1n22n221n2QQQQ1QQQQKQJQ2/17/2022精選課件25n0n21n0QQQn0n1n0n11n1QQQQQn0n1n21n2QQQQ真值表真值表0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Q2n+1 Q1n +1 Q0n +1Q2n Q1n Q0n次次 態(tài)態(tài)現(xiàn)現(xiàn) 態(tài)態(tài)按按狀態(tài)方程狀