【大學(xué)課件】時序邏輯電路分析與設(shè)計方法-精品

1、 5-3 時序邏輯電路分析與設(shè)計方法學(xué)習(xí)要點(diǎn)：時序電路分析方法docin/sundae_meng 時序邏輯電路分析與設(shè)計方法5-3-1 時序邏輯電路的分析方法5-3-2 時序邏輯電路的設(shè)計方法退出docin/sundae_meng時序電路任一時刻的輸出狀態(tài)不僅取決于該時刻的輸入狀 態(tài)，還與前一時刻電路的狀態(tài)有關(guān)，具有記憶功 能。它主要由門電路和觸發(fā)器構(gòu)成。描述時序電路功能的方法狀態(tài)方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、狀 態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖等。根據(jù)CP控制方式不同分為同步：所有觸發(fā)器的時鐘輸入端 CP都連在一起； 異步：觸發(fā)器受不同時鐘控制。5-3-1 時序邏輯電路的分析方法1同步時序邏輯電路的分析方法 基本分

2、析步驟如下： （1）根據(jù)邏輯圖寫方程式。 a）時鐘方程 各觸發(fā)器CP信號的來源。(同步電路可以省略) b）輸出方程 時序電路的輸出邏輯表達(dá)式，通常是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。 docin/sundae_meng c）驅(qū)動方程 各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達(dá)式。 d）狀態(tài)方程 將驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程便得到該觸 發(fā)器的狀態(tài)方程。（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。 將電路現(xiàn)態(tài)的各種取值代入狀態(tài)方程和輸出方程中進(jìn)行計 算，從而得到轉(zhuǎn)換真值表。（3）電路邏輯功能的說明 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表來分析和說明電路的邏輯功能。 （4）畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖 上述分析步驟可用下圖描述。邏輯圖時鐘方程輸出方程驅(qū)動方程狀態(tài)方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

3、說明電路功能狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時序圖列方程列表分析畫圖例5.3.1 分析圖示時序邏輯電路的邏輯功能，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序 圖，并檢查電路能否自啟動。docin/sundae_meng 解：由圖可知，時鐘脈沖CP加在每個觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端上 因此，它是一個同步時序邏輯電路，可不寫時鐘方程。 （1）寫方程式JKQFF0JKQFF1JKQFF2&CPQ0YQ1Q21）輸出方程：docin/sundae_meng 2）驅(qū)動方程： 3）狀態(tài)方程：將驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得到 ：（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：設(shè)電路的初始狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)）為 = 000，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表docin/sundae_meng （

4、3）邏輯功能：電路共有6個狀態(tài)，且按遞增規(guī)律變化的，因此 該時序電路是一個同步六進(jìn)制加法計數(shù)器?，F(xiàn) 態(tài)次 態(tài)輸 出Y000001000101000100110011100010010101010001（4）畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖：docin/sundae_mengQ1Q0Q2 Q2Q1Q0 000 001 100 010 011 101 /0 /0 /0/0 /0/1 111 110 /Y /0 /1docin/sundae_meng （5）檢查電路能否自啟動：110和111兩個狀態(tài)稱為“無效狀態(tài)”。 如果由于某種原因而進(jìn)入無效狀態(tài)， 只要繼續(xù)輸入CP，電路便會自動返回 有效狀態(tài)，則該電路能夠自

5、啟動。否 則不能自啟動。 由以上分析知，圖示電路為能自啟動同步六進(jìn)制加法計數(shù)器 學(xué)生練習(xí)：（P70 5-13）5-13 試分析下圖所示時序邏輯電路的邏輯功能。寫出它的驅(qū)動方 程、狀態(tài)方程、輸出方程，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，并畫出Q0 Q2和CO的波形，檢查能否自啟動。docin/sundae_mengCPJKQFF0JKQFF1JKQFF2Q0Q1Q22異步時序邏輯電路的分析方法 注意：異步時序電路必須寫出時鐘方程。并且在計算電路次態(tài) 時，各個觸發(fā)器只有滿足時鐘條件后其狀態(tài)方程才能使用 例5.3.2 分析圖示電路的邏輯功能，并畫出狀態(tài)圖和時序圖。解： 由圖可知，這是一個異步時序邏輯電路。 （1）寫

6、方程式 1）時鐘方程： CP0 = CP，CP1 = Q0，CP2 = Q1docin/sundae_mengQ2Q1Q0DQFF0DQFF1DQFF2CP 2）驅(qū)動方程： D0 = ，D1 = ，D2 = 3）狀態(tài)方程：DFF的特性方程 Qn+1 = D （CP上升沿有效） 將驅(qū)動方程分別代入特性方程，可得狀態(tài)方 程：docin/sundae_meng現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)時 鐘 脈 沖CP2CP1CP0000111111110110101101100100011011010010001001000（3）畫狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換圖和時序圖：（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表docin/sundae_meng（4）說明電路功能

7、：在時鐘脈沖CP的作用下，電路的8個狀態(tài)按 遞減規(guī)律循環(huán)變化，電路具有遞減計數(shù)功 能，是一個異步3位二進(jìn)制減法計數(shù)器。Q2Q1Q0000111011110100010001101CPQ2Q0Q1docin/sundae_meng5-3-2 時序邏輯電路的設(shè)計方法按以下步驟進(jìn)行： 1根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖； 2狀態(tài)化簡； 3進(jìn)行狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換的編碼表； 4選擇觸發(fā)器類型，求出狀態(tài)方程、輸出方程和驅(qū)動方程； 5根據(jù)驅(qū)動方程和輸出方程畫邏輯圖； 6檢查電路能否自啟動。例5.3.3 設(shè)計一個同步3位二進(jìn)制加法計數(shù)器。 解（1）根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定狀態(tài)，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 由于是3

8、位二進(jìn)制（即8進(jìn)制）計數(shù)器，因此，應(yīng)有8個不同 的狀態(tài)。分別用S0，S1，S7表示，在狀態(tài)為S7時輸出 Y = 1。當(dāng)輸入第8個計數(shù)脈沖時，電路返回初始狀態(tài)，同 時，向高位計數(shù)器送出一個進(jìn)位脈沖。docin/sundae_mengS0S1S3S2S7S4S6S5/0/0/0/0/0/0/0/1 （2）狀態(tài)化簡： 八進(jìn)制計數(shù)器應(yīng)有8個不同的狀態(tài)，不需化簡 （3）狀態(tài)分配： 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。有8個狀態(tài)，需3個觸發(fā) 器。選用3位自然二進(jìn)制加法計數(shù)編碼，即 S0 = 000，S1 = 001，S7 = 111。 由此可列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。 （4）選擇觸發(fā)器類型，求輸出方程、狀態(tài)方程和驅(qū)動方程。 1）

9、選用下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。docin/sundae_meng 例5.3.3的狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)輸 出YS00000010S10010100S20100110S30111000S41001010S51011100S61101110S71110001 2）畫卡諾圖：根據(jù)編碼表可畫出各觸發(fā)器次態(tài)和輸出函數(shù) 的卡諾圖引導(dǎo)學(xué)生完成docin/sundae_meng 3）由卡諾圖可得輸出方程為： 4）狀態(tài)方程為：5）求驅(qū)動方程：JK觸發(fā)器的特性方程為 將狀態(tài)方程與特性方程比較，可得下列驅(qū)動方程：docin/sundae_meng（5）畫邏輯圖： 根據(jù)選用的觸發(fā)器和求得的輸出方程和驅(qū)動方 程，即可畫出邏輯電路圖。（6）檢查電路能否自啟動： 由于沒有無效狀態(tài)，因此，電路能自 啟動。 CPQ0YQ1Q2JKQFF0JKQFF1JKQFF2& 課后小結(jié)見黑板docin/sundae_meng復(fù)習(xí)及提問：組合電路分析思考題： 1什么是時序邏輯電路？它在結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？ 2什么是同步時序邏輯電路？什么是異步時序邏輯電路？ 3簡述同步和異步時序邏輯電路的分析方法，它們的主要 區(qū)別是什么？作業(yè)題：5-14；1