模擬、數(shù)字與電力電子技術(shù)時(shí)序邏輯電路

1、時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路一一電路任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，還與電路的原狀態(tài)有關(guān)。時(shí)序電路中必須含有具有記憶能力的存儲(chǔ)器件。時(shí)序電路的邏輯功能可用邏輯表達(dá)式、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖、時(shí)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，可以互相轉(zhuǎn)換。一、時(shí)序電路的基本分析和設(shè)計(jì)方法(一)分析步驟1 .根據(jù)給定的時(shí)序電路圖寫出下列各邏輯方程式：(1)各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程。(2)時(shí)序電路的輸出方程。(3)各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。2 .將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)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(shí)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(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出

2、狀態(tài)圖或時(shí)序圖。4 .根據(jù)電路的狀態(tài)表或狀態(tài)圖說明給定時(shí)序邏輯電路的邏輯功能?！纠?】分析時(shí)序電路(1)時(shí)鐘方程:輸出方程：驅(qū)動(dòng)方程：CP2 CP1Y QJq；J2 Q1nJ1 Q0J0 Q2nCP0 CPK2 QK1 QonKo Q；(2)求狀態(tài)方程JK觸發(fā)器的特性方程：QnJQnKQn將各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入，即得電路的狀態(tài)方程:(3)計(jì)算、列狀態(tài)表n1Q2nYQ；Q；J2Q2n nJ1Q1JoQonK2Q2K1Q1nKoQ：q；Q2n Qod； Q2nQonQ；Q2nQ；Q：Qg：Q1nQ；現(xiàn)態(tài)次態(tài)r出Q：Q；(1erY0(00()1000101001010100111i10100u0C

3、)I10100111(110001111100Q2n(4)畫狀態(tài)圖及時(shí)序圖排列嘰贄。盟TO；f/口Mn/If|0OJC1C1HKI10-UK/,0/“小)目儂嵋環(huán)R)無效循環(huán)(5)邏輯功能有效循環(huán)的6個(gè)狀態(tài)分別是。5這6個(gè)十進(jìn)制數(shù)字的格雷碼，并且在時(shí)鐘脈沖 這6個(gè)狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：CP的作用下,000 001 011 111 110 100000一所以這是一個(gè)用格雷碼表示的六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。當(dāng)對第從000開始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生輸出 Y= 1。【例2】：分析圖6.2.4電路的功能。1 .時(shí)鐘方程：6個(gè)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器又重新CP0 CP2.激勵(lì)方程:J0 QnJ1Q(nQnCP2 CPJ

4、 2Q1nQ0K1 1K21圖6.2.4 邏輯電路圖K013 .狀態(tài)方程：Q(n1Q；Q(n(CP)Q1n1Q；Q1n(Q；)Q；1Qge(CP)4 .狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:表6.2.2狀態(tài)轉(zhuǎn)換表態(tài)序Q2Q1Q。Qn+1Q1n+1Q0n+100000C110010102010011301110041000005101010611001071110005 .狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖:111110000001010100011圖6.2.5 例狀態(tài)圖6.邏輯功能說明：為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(二)同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài),導(dǎo)出對應(yīng)狀態(tài)圖或狀態(tài)表O(2)狀態(tài)化簡。原始狀態(tài)圖(表)通常不是最簡的，

5、往往可以消去一些多余狀態(tài)。消去多余狀 態(tài)的過程叫做狀態(tài)化簡。(輸入相同時(shí)、輸出相同、且轉(zhuǎn)換的狀態(tài)也相同的狀態(tài)叫做等價(jià)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，可以簡化電路結(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(dǎo)出待設(shè)計(jì)電路的輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程。(6)根據(jù)輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程畫出邏輯圖。(7)檢查電路能否自啟動(dòng)。【例1】設(shè)計(jì)一時(shí)序電路，實(shí)現(xiàn)下圖所示的狀態(tài)圖：排列順序：QgnQ盧/0/0/0000001010 011/1由于已給出了二進(jìn)制編碼狀態(tài)圖，設(shè)計(jì)直接從第 (1)選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程110 101100/0/04步

6、開始。因需用3位二進(jìn)制代碼，選用 3個(gè)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(shí)鐘方程為: 利用卡諾圖得到輸出方程：CP0 CP1 CP2 CPmi0(1YQ1nQ2n利用次態(tài)卡諾圖得到狀態(tài)方程:Q0 1Q2nQ0nQlnQonn n nnQ2 Qi Q01Q0Q1n 1Q0101n QnQonQ；Q2n 1QinQoQ2n QinQn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(dòng)方程Qn 1 JQ n KQnJoQ2101n、Ko 1(3)作邏輯電路圖J 2Q01、K102n00nQ。、K2 Q1n(4)檢查電路能否自啟動(dòng)將無效狀態(tài)11

7、1代入狀態(tài)方程計(jì)算：n 1 n n nnQoQ2Q1 Qo1 Qo0 n 1n - n n n nQ1QoQ1Q2 Qo Q1on 1 n n n n nQ2Q1 Qo Q2 Q1 Q2 o可見111的次態(tài)為有效狀態(tài)ooo,電路能夠自啟動(dòng)。計(jì)數(shù)器在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路稱為計(jì)數(shù)器。【例】用74LS163來構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。P11,Pn 1P1Q3nQ1nQ0n(1)寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。SN-1=S12-1=S11=1。11(2)求歸零邏輯。CRLDPN1(3)畫連線圖。4LS163co , h9 LD &= CRIJ124DiDy伯）用同步清零湖甌歸零【例】用7

8、4LS161來構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74161是十六進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，采用異步清零、同步置數(shù)工作方式。SN= S12= 1100CR Q；Q；01g Ql Ql Qy p 9 p 95上jDlfj口工用異步清等端函歸零口一心沙總思”理用同步置數(shù)端LD歸零:SN-1 = S11=1011LD Q：Q1nQ；用異步清零端CR歸零：能夠暫存數(shù)碼（或指令代碼） 位寄存器兩大類。一、 數(shù)碼寄存器寄存器的數(shù)字部件稱為寄存器。寄存器根據(jù)功能可分為數(shù)碼寄存器和移寄存器要存放數(shù)碼，必須要存得進(jìn)、記得住、取得出。因此寄存器中除觸發(fā)器外，通常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

9、。在存數(shù)指令（CP脈沖上升沿）的作用下，可將預(yù)先加在各D觸發(fā)器輸入端的數(shù)碼，存入相應(yīng)的觸發(fā)器中，并可從各觸發(fā)器的Q端同時(shí)輸出，所以稱其為并行輸入、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(shí)序邏輯電路例題解析5.8 分析圖 表見表5.3.4 。P5.8的計(jì)數(shù)器電路,說明這是多少進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160的功能解圖P5.85.9 分析圖電路為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。P5.9的計(jì)數(shù)器電路,CF計(jì)數(shù)順序是3-9循環(huán)。畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，說明這是多少

10、進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161的功能表如表5.3.4所示。解這是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)順序是09循環(huán)。5.10試用4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161接成十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，標(biāo)出輸入、輸出端?？梢愿郊颖匾拈T電路。解可用多種方法實(shí)現(xiàn)十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，根據(jù)功能表，現(xiàn)給出兩種典型用法，它們均為T進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。如圖A5.10(a)、(b)所示。圖盒5.105.11試分析圖P5.11的計(jì)數(shù)器在M=1和M=0時(shí)各為幾進(jìn)制。74LS160的功能表同上題。解M=1時(shí)為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，M=0時(shí)為八進(jìn)制計(jì)數(shù)器。6.2試分析圖題6.2所示時(shí)序邏輯電路，列出狀態(tài)表，畫出狀態(tài)圖和波形圖。XZQ0QiCP6.2解：圖題6.2所示電路屬于同步時(shí)序邏輯電路，其中QQ是觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，頭Z分別是電路的輸入和輸出信號(hào)。分析過程如下：1 .寫出各邏輯方程：驅(qū)動(dòng)方程:J0=Ko=1J1=K1 = XQ；將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程Qn1 JQn KQn,得:Q(n1Qn次態(tài)方程:Qin1(XQ0)Qin(XQ01)Qin(XQ；)Q；輸出方程：ZQinQ；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)圖可以很清楚地看出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出關(guān)系：該電路一共有4個(gè)狀態(tài)00、01、10、11。當(dāng)X=0時(shí)，按照加1規(guī)律從0001-10-