《数字电子技术基础》第7章-时序逻辑电路的分析与设计资料.ppt
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1、掌掌 握握: 时序逻辑电路(计数器、寄存器、顺序时序逻辑电路(计数器、寄存器、顺序脉冲发生器)的分析方法;脉冲发生器)的分析方法; 集成计数器构成集成计数器构成N进制计数器的方法;进制计数器的方法; 同步时序电路的设计方法。同步时序电路的设计方法。了了 解:解:异步计数器的设计方法。异步计数器的设计方法。 教学基本要求教学基本要求7.1.1 7.1.1 时序逻辑电路的结构与特点时序逻辑电路的结构与特点7.1时序逻辑电路的特点和分类时序逻辑电路的特点和分类时序电路由组合逻辑电路(逻辑门等器件)和存储电路时序电路由组合逻辑电路(逻辑门等器件)和存储电路(触发器等器件)组成,电路中至少有一条反馈通路
2、(触发器等器件)组成,电路中至少有一条反馈通路。时序电路任一时刻的输出状态不仅取决于该时刻的输入状时序电路任一时刻的输出状态不仅取决于该时刻的输入状态组合,而且与电路状态有关,电路状态综合反映了在该时刻态组合,而且与电路状态有关,电路状态综合反映了在该时刻以前的全部输入序列值对电路的影响。以前的全部输入序列值对电路的影响。7.1.1 7.1.1 时序逻辑电路的结构与特点时序逻辑电路的结构与特点miQQQAAAfYnrnnnyii, 2 , 1),;,(2121siQQQAAAfXnrnnnxii, 2 , 1),;,(2121riQQQXXXfQnrnnsqini, 2 , 1),;,(212
3、11输出方程输出方程状态方程状态方程驱动方程驱动方程7.1.2时序逻辑电路的分类时序逻辑电路的分类1.按存储电路的器件分为按存储电路的器件分为脉冲时序电路脉冲时序电路和和电平时序电路电平时序电路; 脉冲时序电路脉冲时序电路:存储电路全部由触发器组成,称存储电路全部由触发器组成,称。 否则,称为否则,称为电平时序电路。电平时序电路。2.2.按电路状态改变的方式分为按电路状态改变的方式分为同步时序电路同步时序电路和和异步时序电路异步时序电路;同步时序电路:同步时序电路:更新状态的更新状态的触发器触发器,同步翻转同步翻转。异步时序电路:异步时序电路:更新状态的更新状态的触发器触发器,有的先,有的先翻
4、转翻转,有的后,有的后翻翻转转,即,即异步。异步。 各个触发器的时钟脉冲相同,即电路中各个触发器的时钟脉冲相同,即电路中有有一个统一的时钟一个统一的时钟脉冲脉冲,每来一个时钟脉冲,电路的状态,每来一个时钟脉冲,电路的状态同同时时改变一次。改变一次。 各个触发器的时钟脉冲不同,即电路中各个触发器的时钟脉冲不同,即电路中没有统一的时钟脉冲没有统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化来控制电路状态的变化. .3.按输出的特性(依从关系)分为按输出的特性(依从关系)分为MooreMoore型型时序电路和时序电路和MealyMealy型。型。 MooreMoore型:型:输出仅输出仅与现态有关。与现态有关。M
5、ealyMealy型:型:输出不仅输出不仅与现态有关,还与输入有关。如图与现态有关,还与输入有关。如图7.1.1组合组合电路电路输入输入存储存储电路电路时钟时钟组合组合电路电路输出输出Y(tY(tn n) )Q(tQ(tn n) )W(tW(tn n) )A(tA(tn n) )Y Yi i(t(tn n)=f)=fM M A(tn), Q(t A(tn), Q(tn n)Y(tY(tn n)=FQ(t)=FQ(tn n)7.2 时序电路的分析方法时序电路的分析方法时序电路的逻辑功能可用时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式、逻辑表达式、 状态表、状态表、 卡诺图、卡诺图、 状态图、状态图、 时序图
6、时序图 逻辑图逻辑图一、时序电路功能描述方法一、时序电路功能描述方法6种方式表示种方式表示这些表示方法在本质上是相同的,可以互相转换。这些表示方法在本质上是相同的,可以互相转换。电路图电路图时钟方程、时钟方程、驱动方程和驱动方程和输出方程输出方程状态方程状态方程状态图、状态图、状态表或状态表或时序图时序图判断电路判断电路逻辑功能逻辑功能1235同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的分析方法计算计算4二、时序电路的基本分析方法二、时序电路的基本分析方法例例7.1 分析图示电路的功能分析图示电路的功能解:解:1)写方程)写方程2)求状态方程)求状态方程3)列状态表)列状态表方法:方法:将驱动
7、方程代入触发器的将驱动方程代入触发器的特性方程求状态方程特性方程求状态方程驱动方程nAQT01 AT0输出方程-nnQAQY10时钟方程-CPCPCP10&CPAYC1FF01TQ1TFF1C1QQQnnT=1+Qn010AnQ特性方程特性方程Qn10)(11QQnAn000CPYAnQ011nQ10nQnQ1n01n0QQA=0时时n11n1QQn01n0QQA=1QQQQn0n1n1n01n1QQQnnnnAAQAQ1123456780001000101101101100001001001010111110011100014)画状态图)画状态图000111101/01/01/01/10/0
8、0/00/00/0X/Y5)分析结果:)分析结果:A=0,计数器保持原态;,计数器保持原态;A=1,为,为同步二进制加法计数同步二进制加法计数器。器。且能够自启动。且能够自启动。 所以该电路是一个可控的所以该电路是一个可控的同步同步2进制加法计数器。进制加法计数器。1.电路的电路的状态状态2.状态转换状态转换顺序顺序箭头指向次态箭头指向次态箭尾连接是原态箭尾连接是原态次态次态=原态原态,形成自环形成自环.输入输入/输出取值输出取值含义含义:电路处于原态时电路处于原态时,加入输入值加入输入值,所产生的输出值所产生的输出值3)列状态表)列状态表000CPYAnQ011nQ10nQnQ1123456
9、78000100010110110110000100100101011111001110001如如0/0,输入输入0时时,输出为输出为0.画时序图画时序图CPAQ0Q1Y3)列状态表)列状态表000CPYAnQ011nQ10nQnQ112345678000100010110110110000100100101011111001110001A=1,CP,翻转.&CPAYC1FF01TQ1TFF1C1QA=1,CP, Q0n =1,翻转.列触发器变态条件列触发器变态条件F0 :A=1,CPF1 :A=1、Q0n =1,CP 由T触发器功能知。F0 :A=0,保持F1:A=0,保持T1=AQ0Q0Q
10、0FF0 FF1CP YQ1Q11T C11T C1&=1 X“1”输出方程:输出方程:同步时序电路同步时序电路驱动方程:驱动方程:1写写方方程程式式nnQXQXY111=001TQXTnCPnnnnnnnnQQQTQQQXQTQ0000010111112求状态方程求状态方程T触发器的特性方程:触发器的特性方程:将各触发器的驱动方程代入,即得电路的状态方程:将各触发器的驱动方程代入,即得电路的状态方程:nnQTQ11=001TQXTn3计算、列状态表计算、列状态表nnnnnnQXYQQQQXQ101001111001000001011YQQnn1000111001011YQQnn1101010
11、101011YQQnn1100101101011YQQnn0011010011011YQQnn1110111111011YQQnn输入现 态次 态输出XY0000Qn1Qn0Qn1+1Qn1+0001010110110111110011111001101110110011010001111000111011YQQnn0010101011011YQQnn45电电路路功功能能当当X 0时,在时钟脉冲时,在时钟脉冲CP的作用下,电路的的作用下,电路的4个状个状态按递增规律循环变化,即:态按递增规律循环变化,即:0001101100当当X1时,在时钟脉冲时,在时钟脉冲CP的作用下,电路的的作用下,电路
12、的4个状态个状态按递减规律循环变化,即:按递减规律循环变化,即:0011100100可见,该电路既具有递增计数功能,又具有递减计数可见,该电路既具有递增计数功能,又具有递减计数功能,功能,是一个是一个2位二进制同步可逆计数器位二进制同步可逆计数器。画状态图画状态图时序图时序图 00 01 11 10 0/1 1/0 1/1 0/10/1 0/01/1 0/1CPXQ0Q1Y(a) 状态图(b) 时序图1/0CPQ2Q21D C11D C1Q1Q1FF0 FF1 FF21D C1Q0Q0异步时序电路,时钟方程:异步时序电路,时钟方程:驱动方程:驱动方程:1写写方方程程式式CPCPQCPQCP00
13、112,nnnQDQDQD001122,异步时序逻辑电路的分析方法异步时序逻辑电路的分析方法CP Q Q 00100111112212nnnnnnQDQQDQQDQDQn12求状态方程求状态方程D触发器的特性方程:触发器的特性方程:将各触发器的驱动方程代入,即得电路的状态方程:将各触发器的驱动方程代入,即得电路的状态方程:3计算、列状态表计算、列状态表CP Q Q 01001111212nnnnnnQQQQQQCP, 10Q, 10Q , 1010011112nnnQQQCP, 10Q, 10Q , 0110011112nnnQQQCP, 0111101112nnnQQQ不变不变现 态次 态注
14、时钟条件0 0 01 1 1CPQ0 Q11 1 11 1 0CP1 1 01 0 1CPQ01 0 11 0 0CP1 0 00 1 1CPQ0 Q10 1 10 1 0CP0 1 00 0 1CPQ00 0 10 0 0CPQQQnnn012QQQnnn1+01+11+2CP, 10Q, 0111001112nnnQQQ不变CP, 010 , 1101112nnnQQQ不变不变CP, 0110101112nnnQQQ不变不变CP, 10Q, 0101001112nnnQQQ不变CP, 0100101112nnnQQQ不变不变45电路功能电路功能由状态图可以看出,在时钟脉冲由状态图可以看出,
15、在时钟脉冲CP的作用下,电路的的作用下,电路的8个状态个状态按递减规律循环变化,即:按递减规律循环变化,即:000111110101100011010001000电路具有递减计数功能,是电路具有递减计数功能,是一个一个3位二进制异步减法计数器位二进制异步减法计数器。画状态图、时序图画状态图、时序图 000001010011 111110101100(a) 状态图(b) 时序图CPQ0Q1Q2排列顺序:nnnQQQ0127.3 时序电路的设计方法时序电路的设计方法实际实际逻辑逻辑问题问题画出画出原始原始状态图状态图状态状态化简化简状态状态编码编码求时钟方程求时钟方程输出方程输出方程状态方程状态方
16、程驱动方程驱动方程检查检查自启动自启动电路验证画逻画逻辑图辑图2354时钟方程、时钟方程、驱动方程和驱动方程和输出方程输出方程状态状态方程方程状态图、状态状态图、状态表或时序图表或时序图判断电路判断电路逻辑功能逻辑功能1计算计算电路图电路图状态图、状态状态图、状态表或时序图表或时序图12345676例例 7.3.1 用用D触发器设计一个触发器设计一个同步串行同步串行数据检测电路,当连续输入数据检测电路,当连续输入3个或个或3个以上个以上1时,电路的输出为时,电路的输出为1,其它情况下输出为,其它情况下输出为0。例如:。例如: 输入输入A 101100111011110 输出输出Y 000000
17、001000110 解解:(:(1)画出原始状态图)画出原始状态图S0S1S2S31/01/0A/YA/Y1/01/01/11/11/11/10/00/00/00/00/00/00/00/0 因此,因此,从原始状态开始,要记录连续输从原始状态开始,要记录连续输入入3 3个个1 1及以上情况,大体设置及以上情况,大体设置4 4个状态个状态。 S S0 0表示原始状态,表示原始状态,S S1 1、S S2 2、S S3 3表示输入表示输入1 1个个1 1、2 2个个1 1、3 3个个1 1。A/YA/Y表示输入表示输入/ /输出信号。输出信号。 从从S S0 0开始,输入第一个开始,输入第一个1
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