數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)第06章：時序電路的分析

6.1概述

組合電路與時序電路：

第6章時序邏輯電路1)組合電路由邏輯門構(gòu)成，不含記憶元件；輸入信號是單向傳輸?shù)?，電路中不含反饋回路；無記憶功能。2）時序電路由組合電路加存儲電路構(gòu)成；電路中含有從輸出到輸入的反饋回路；有記憶功能。組合電路存儲電路X1XjZ1ZkQ1QmW1WlXQZW…………圖6.1.1時序電路的結(jié)構(gòu)框圖工作描述:

(1)激勵方程(2)狀態(tài)方程(次態(tài)方程、特征方程)

(3)輸出方程時序電路的分類：(1)按時序電路的當(dāng)前輸出Z(tn)與當(dāng)前輸入X(tn)

是否有關(guān)米勒(Mealy)型：摩爾(Moore)型：既和當(dāng)前輸入X(tn)有關(guān)；又和當(dāng)前狀態(tài)Q(tn)有關(guān)。和當(dāng)前輸入X(tn)無關(guān)；只和當(dāng)前狀態(tài)Q(tn)有關(guān)。(2)按存儲器的狀態(tài)變化是否同時進(jìn)行存儲電路中的存儲器均使用同一個時鐘信號，各存儲器狀態(tài)的變化發(fā)生于同一時刻。同步時序電路：異步時序電路：至少有一個存儲器未使用時鐘信號，或與其它存儲器使用不同時鐘信號。6.2時序電路的分析

1.結(jié)構(gòu)分析2.寫出四組方程(1)時鐘方程(2)各觸發(fā)器的激勵方程(3)各觸發(fā)器的次態(tài)方程(4)電路的輸出方程3.作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或波形圖4.電路的邏輯功能描述例6.2.1分析圖所示的時序電路的邏輯功能。解：(1)分析電路結(jié)構(gòu)電路無外部輸入信號，是Moore型電路。所有觸發(fā)器使用同一個時鐘信號CP，為同步時序電路。(2)寫出四組方程①時鐘方程CP1=CP2=CP3=CP

(2)4組方程：②各觸發(fā)器的激勵方程③各觸發(fā)器的次態(tài)方程④電路的輸出方程(3)作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或波形圖

作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表時，先列草表，再從初態(tài)(預(yù)置狀態(tài)或全零狀態(tài))按狀態(tài)轉(zhuǎn)移的順序整理。偏離態(tài)

000

001

0

Qn3Qn2Qn1Qn+13Qn+12Qn+11

Zn

001

010

0

010

011

0

011

100

0

100000

1

10101011

100101

1111001

狀態(tài)轉(zhuǎn)移表表6.2.2例6.2.1電路狀態(tài)轉(zhuǎn)移表的另一種形式CP↑的個數(shù)

Q

3Q

2Q

1

Z

0

000

0

1

001

0

2010

0

3

011

0

4

100

1

0

101

1

1

010

√

0

0

110

11

010

√

0

0

11111

100

√

1

Q3Q2Q1Xn/Zn110111101偏離狀態(tài)000001010100011/0/0/0/0/1有效循環(huán)

狀態(tài)轉(zhuǎn)移表

000

001

0

001

010

0

010

011

0

011

100

0

100000

1

10101011

100101

1111001

狀態(tài)圖電路有無自啟動性的討論：

P135

電路的波形圖:

001010011100000RD

0

CP

5分頻

000

Q1Q2Q3Z5分頻五進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)對象是CP的上升沿，Z作為進(jìn)位信號，進(jìn)位信息包含在Z的下降沿。(4)電路的邏輯功能描述計(jì)數(shù)器與分頻器的概念：

P135【補(bǔ)充例題】分析圖示同步時序電路的邏輯功能。②觸發(fā)器的激勵方程：CP1=CP2=CP

①時鐘方程：③求次態(tài)方程：

④輸出方程：列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：0

00

11

01

10

1

/

01

0

/

01

1

/

00

0

/

01

1

/

10

0

/

00

1

/

01

0

/

0狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：邏輯功能分析：X=0時，實(shí)現(xiàn)模4加法計(jì)數(shù)器的功能；X=1時，實(shí)現(xiàn)模4減法計(jì)數(shù)器的功能。該電路是一個同步模4可逆計(jì)數(shù)器。補(bǔ)充：分析如圖所示的時序電路的邏輯功能，

并指出有無自啟動性。邏輯功能：不能自啟動的同步六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

(用格雷碼表示的計(jì)數(shù)器)例6.2.2分析圖6.2.4所示電路的邏輯功能。(1)分析電路結(jié)構(gòu)由六個邏輯門和2個JKFF構(gòu)成的同步時序電路。(2)寫出四組方程CP1=CP2=CP

①時鐘方程：②各觸發(fā)器的激勵方程K2=XK1=XQ2nJ2=XQ1n；J1=X；Qn+1=[J2Qn+K2Qn]·CP2

2

2

=[XQnQn+XQn]·CP2

2

1

Qn+1=[J1Qn

+K1Qn

]·CP1

1

1

=[XQn+XQnQn]·CP1

1

2

③各觸發(fā)器的次態(tài)方程K1=XQ2nJ1=X；K2=XJ2=XQ1n；④電路的輸出方程(3)作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表6.2.3(a)例6.2.2電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表當(dāng)前輸入

當(dāng)前狀態(tài)

下一狀態(tài)

當(dāng)前輸出

Xn

Qn2Qn1Qn+12Qn+11

Zn

0

00000

0

0100

0

0

10

000

0

1100

0

1

0001

0

1

01100

1

1011

0

1

1111

1

當(dāng)前輸入

當(dāng)前狀態(tài)

下一狀態(tài)

當(dāng)前輸出

X

Qn2Qn1Qn+12Qn+11

Z

0

00000

0

0100

0

0

10

000

0

1100

0

1

0001

0

1

01100

1

1011

0

1

1111

1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移表(a)

狀態(tài)轉(zhuǎn)移表的兩種形式：Qn2Qn1Qn+12Qn+11

Z

X

=0

X

=1

X

=0X

=100000100

0100

1000

1

00011

00

11001101

狀態(tài)轉(zhuǎn)移表(b)表6.2.3(c)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表N(t)Z(t)

Xn

=0

Xn

=1

Xn

=0

Xn=1AAB00

BAC

00

CAD

00

DAD01

表6.2.3(b)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表

Qn2Qn1Qn+12Qn+11

Zn

Xn

=0

Xn

=1

Xn

=0Xn

=1

00000100

0100

1000

1

00011

00

11001101

狀態(tài)轉(zhuǎn)移表的改寫：A代表狀態(tài)00；B代表狀態(tài)01；C代表狀態(tài)10；D代表狀態(tài)11。圖6.2.5狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖Q2Q1Xn/ZnA00B01D11C100/00/00/01/01/01/00/01/1(4)電路的邏輯功能描述判定輸入X中是否連續(xù)出現(xiàn)了四個或四個以上的“1”，所以，該電路是一個“1111，…”序列信號檢測電路。補(bǔ)充：分析圖中時序電路的邏輯功能。0

00

11

01

10

0

/

00

0

/

00

0

/

00

0

/

00

1

/

01

1

/

01

0

/

11

0

/

0圖6.2.6例6.2.3的電路清“0”例6.