數(shù)字電子技術(shù)康華光數(shù)電第六章

6.

時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)6.1時(shí)序邏輯電路的基本概念6.2同步時(shí)序邏輯電路的分析（同一個(gè)時(shí)鐘）6.3同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)（同一個(gè)時(shí)鐘）6.4異步時(shí)序邏輯電路的分析（各自不同時(shí)鐘）6.5若干典型的時(shí)序邏輯集成電路(計(jì)數(shù)器）*6.6用Verilog描述時(shí)序邏輯電路6.7時(shí)序邏輯可編程邏輯器件指所有觸發(fā)器為教學(xué)基本要求2、熟練掌握時(shí)序邏輯電路的分析方法1、熟練掌握時(shí)序邏輯電路的描述方式。3、熟練掌握時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法4、熟練掌握典型時(shí)序邏輯電路計(jì)數(shù)器、寄存器、移位寄存器的邏輯功能及其應(yīng)用。5、正確理解時(shí)序可編程器件的原理及其應(yīng)用。6.1時(shí)序邏輯電路的基本概念6.1.1時(shí)序邏輯電路的模型與分類6.1.2時(shí)序電路邏輯的表達(dá)6.1時(shí)序邏輯電路的基本概念6.1.1時(shí)序邏輯電路的模型與分類1.時(shí)序電路的一般化模型*電路由組合電路和存儲電路組成。*電路存在反饋。結(jié)構(gòu)特征:觸發(fā)器或鎖存器構(gòu)成基本門構(gòu)成SO＝f(I，S)輸出方程: O＝f(I，S)激勵(lì)方程:E＝g(I，S)狀態(tài)方程:Sn+1＝h(E，Sn)表達(dá)輸出信號與輸入信號、狀態(tài)變量的關(guān)系式表達(dá)了激勵(lì)信號與輸入信號、狀態(tài)變量的關(guān)系式表達(dá)存儲電路從現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式6.1時(shí)序邏輯電路的基本概念2、異步時(shí)序電路與同步時(shí)序電路時(shí)序電路同步：存儲電路里所有觸發(fā)器有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘源，它們的狀態(tài)在同一時(shí)刻更新。

異步：沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖或沒有時(shí)鐘脈沖，電路的狀態(tài)更新不是同時(shí)發(fā)生的。

觸發(fā)器同時(shí)為或鎖存器或各自的觸發(fā)器為或各自的鎖存器或C1C16.2時(shí)序邏輯電路的分析6.2.1

分析同步時(shí)序邏輯電路的一般步驟6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例6.2.1

分析同步時(shí)序邏輯電路的一般步驟:1.列方程組：3.確定電路的邏輯功能.2.據(jù)上述方程組列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出狀態(tài)圖和波形圖或時(shí)序圖

根據(jù)給定電路的輸入、輸出信號、觸發(fā)器的類型及時(shí)鐘寫出下列各邏輯方程式：(１)輸出方程組；O＝f(I，S)

(２)各觸發(fā)器的激勵(lì)方程組;各觸發(fā)器的輸入端方程（3）狀態(tài)方程組:將每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入其特性方程得狀態(tài)方程.

方程的個(gè)數(shù)由觸發(fā)器的個(gè)數(shù)確定（也叫驅(qū)動(dòng)方程）電路的輸出是輸入變量I及觸發(fā)器輸出Q1、Q0

的函數(shù)，這類時(shí)序電路亦稱為米利型電路(與I有關(guān)）米利型電路6.2時(shí)序邏輯電路的分析電路輸出僅僅取決于各觸發(fā)器的狀態(tài)，而不受電路當(dāng)時(shí)的輸入信號I

影響或沒有輸入變量，這類電路稱為穆爾型電路(與I無關(guān)）

穆爾型電路6.2時(shí)序邏輯電路的分析(1)輸出方程組(2)激勵(lì)方程組

(3)狀態(tài)方程組1.邏輯方程組舉例說明例6.1題6.2時(shí)序邏輯電路的分析AXY00000000011000010001101101101000001101110011000011110100狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表輸出方程狀態(tài)方程組2.根據(jù)方程組列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表3.將狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表轉(zhuǎn)換為狀態(tài)表轉(zhuǎn)換表AXY00000000011000010001101101101000001101110011000011110100狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表SnSn+1/YXA=0A=1aa

/0c

/00ba

/1b

/01ca

/1d

/00da

/1b

/00令4個(gè)狀態(tài)為00，01，10，11，得：

a=00b=01c=10d=114.根據(jù)轉(zhuǎn)換表得狀態(tài)表A=0A=10000/010/00100/101/01000/111/01100/101/0穆爾型狀態(tài)表令4個(gè)狀態(tài)為00，01，10，11，得：

XA=0A=10000100010001110001101100010米利型狀態(tài)表5.狀態(tài)圖---有兩種米利型輸出標(biāo)在方向線旁。

Q1Q0

A/Y

米利型輸出0/01/00/11/00/11/00/11/0狀態(tài)圖A=0A=10000/010/00100/101/01000/111/01100/101/0米利型狀態(tài)表5.狀態(tài)圖---有兩種穆爾型標(biāo)在圓圈狀態(tài)名旁。狀態(tài)圖穆爾型輸出1

00

1000

110

Q1Q0/X

A11

01

100001穆爾型狀態(tài)表XA=0A=100001000100011100011011000106.時(shí)序圖

時(shí)序邏輯電路的五種描述方式是可以相互轉(zhuǎn)換的根據(jù)轉(zhuǎn)換表畫出波形圖轉(zhuǎn)換表XA=0A=10000/010/000100/101/011000/111/001100/101/001234567811111111100000000000000000111110例2試分析如圖所示時(shí)序電路的邏輯功能。6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例電路是由兩個(gè)T觸發(fā)器組成的同步時(shí)序電路。解：(1)了解電路組成。A(2)根據(jù)電路列出三個(gè)方程組激勵(lì)方程組:T0=AT1=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6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例(3)根據(jù)狀態(tài)方程組和輸出方程列出狀態(tài)表Y=AQ1Q000/111/01111/010/01010/001/00101/000/000A=1A=06.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例(4)畫出狀態(tài)圖00/111/01111/010/01010/001/00101/000/000A=1A=06.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例00/111/01111/010/01010/001/00101/000/000A=1A=0(5)畫出時(shí)序圖6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例Y=AQ1Q00100000000011111111100(6)邏輯功能分析觀察狀態(tài)圖和時(shí)序圖可知，電路是一個(gè)由信號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Y的下降沿可用于觸發(fā)進(jìn)位操作。6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例例3試分析如圖所示時(shí)序電路的邏輯功能。解：1.列方程組。J2=K2=XQ1

J1=K1=1Y=Q2Q1

（1）輸出方程（2）激勵(lì)方程6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例電路是由兩個(gè)JK觸發(fā)器組成J2=K2=XQ1

J1=K1=1（3）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：FF2FF16.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例3.列出其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖Y=Q2Q1

6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例11100100X=1X=0狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1000011100101101Y10006.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例狀態(tài)圖

Q2Q1

YX

1

1

1

00

11

01

10

1

0

0

000

110

01

10

000111100100X=1X=0狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1000011100101101Y1000根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫出波形圖。1100011001111000010010110100X=1X=0Y6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例Y=Q2Q1

10011100110110Q2Q121345678YXX=0時(shí)電路功能：可逆計(jì)數(shù)器X=1時(shí)Y可理解為進(jìn)位或借位端。電路進(jìn)行加1計(jì)數(shù)電路進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。４.確定電路的邏輯功能.6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例例4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=Q0Z1=Q1Z2=Q21.根據(jù)電路列出邏輯方程組:6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例nnnnQDQDQQD1201010===得狀態(tài)方程2.列出其狀態(tài)表將激勵(lì)方程代入D觸發(fā)器的特性方程得狀態(tài)方程110111100110010101001100110011100010010001001000狀態(tài)表6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例3.畫出狀態(tài)圖110111100110010101001100110011100010010001001000狀態(tài)表6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例

000

001

100

011

010

110

101

111

Q2Q1Q0

3.畫出時(shí)序圖6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例

000

001

100

011

010

110

101

111

Q2Q1Q0

12345678100000000000000000111111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,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6.2.2同步時(shí)序邏輯電路分析舉例

分析下圖所示的同步時(shí)序電路。

分析下圖所示的同步時(shí)序電路。

（一）列方程組（1）輸出方程：（2）激勵(lì)方程組：（3）狀態(tài)方程組：00/000/11100/100/11011/110/1