第6章 时序逻辑电路的分析和设计PPT讲稿.ppt
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1、第6章 时序逻辑电路的分析和设计第1页,共63页,编辑于2022年,星期一时序电路的特点:时序电路的特点:(1 1)含有具有记忆元件(最常用的是触发器)。)含有具有记忆元件(最常用的是触发器)。(2 2)具有反馈通道。具有反馈通道。第2页,共63页,编辑于2022年,星期一w其中其中 X X为外部输入,为外部输入,Z Z为外部输出;为外部输出;Q Q为内部输入,为内部输入,D D为为内部输出。它们之间的逻辑关系一般表示为:内部输出。它们之间的逻辑关系一般表示为:Z Z=F1F1(X X,Q Qn n)(6-1)(6-1)D D=F2F2(X X,Q Qn n )(6-2)(6-2)Q Qn n
2、1 1 F3F3(D D,Q Qn n)(6-3)(6-3)w6-16-1式式称称为为输输出出方方程程,6-26-2式式称称为为驱驱动动方方程程或或激激励励方方程程。6-36-3式称为时序逻辑电路的状态方程。式称为时序逻辑电路的状态方程。第3页,共63页,编辑于2022年,星期一w时时序序电电路的路的组组合合逻辑逻辑部分用来部分用来产产生生电电路路的的输输出和激励,存出和激励,存储储器件部分用来器件部分用来记忆记忆电电路路过过去的去的输输入情况。入情况。第4页,共63页,编辑于2022年,星期一二、时序逻辑电路的分类时序电路按其工作方式又可分为同步时序电路和异步时序电路两大类,其结构如图图图图
3、(a)(a)(a)(a)和(b)(b)(b)(b)所示。(a)(a)同步时序电路的结构框图同步时序电路的结构框图 (b)(b)异步时序电路的结构框图异步时序电路的结构框图第5页,共63页,编辑于2022年,星期一w由于时序电路与组合逻辑电路在结构和性由于时序电路与组合逻辑电路在结构和性能上不同,因此在研究方法上两者也有所能上不同,因此在研究方法上两者也有所区别,区别,组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计所用到的所用到的工具主要是工具主要是真值表真值表,而,而时序电路的分析和设时序电路的分析和设计计所用到的工具主要是所用到的工具主要是状态表状态表和和状态图状态图。第6页,共63页,编
4、辑于2022年,星期一三、时序逻辑电路功能的描述方法三、时序逻辑电路功能的描述方法w逻辑方程式w状态表w状态图w时序图第7页,共63页,编辑于2022年,星期一1.逻辑方程式逻辑方程式有了时序电路的输出方程、驱动方程和状有了时序电路的输出方程、驱动方程和状态方程,时序电路的功能就被唯一确定了,所态方程,时序电路的功能就被唯一确定了,所以逻辑方程可以描述时序电路的逻辑功能。以逻辑方程可以描述时序电路的逻辑功能。2.状态表状态表输入次态/输出现态XQnQn+1/Z第8页,共63页,编辑于2022年,星期一3.状态图状态图反映时序逻辑电路状态转换规律及相应输入、反映时序逻辑电路状态转换规律及相应输入
5、、输出取值关系的图形叫状态图输出取值关系的图形叫状态图1Q0Q0/00/1X/Z00011/11/04.时序图时序图第9页,共63页,编辑于2022年,星期一6.2 6.2 时序逻辑电路的一般分析方法时序逻辑电路的一般分析方法w与与组组合合逻逻辑辑电电路路的的分分析析与与设设计计相相类类似似,时时序序逻逻辑辑电电路路的的分分析析就就是是对对一一个个已已知知的的时时序序逻逻辑辑电电路路,讨讨论论在在一一系系列列输输入入信信号号作作用用下下,电电路路的的输输出出状状态态变变化化,再再进进一一步步说说明明该该时时序序逻逻辑辑电电路的功能。路的功能。第10页,共63页,编辑于2022年,星期一一、分析
6、时序逻辑电路的一般步骤一、分析时序逻辑电路的一般步骤 1 1由逻辑图写出下列各逻辑方程式:由逻辑图写出下列各逻辑方程式:(1 1)各触发器的时钟方程。)各触发器的时钟方程。(2 2)时序电路的输出方程。)时序电路的输出方程。(3 3)各触发器的驱动方程。)各触发器的驱动方程。第11页,共63页,编辑于2022年,星期一2 2将驱动方程代入相应触发器的特性方程将驱动方程代入相应触发器的特性方程,求得时序逻辑电路的状态方程。,求得时序逻辑电路的状态方程。3 3根据状态方程和输出方程,列出该时序根据状态方程和输出方程,列出该时序电路的状态表,画出状态图或时序图。电路的状态表,画出状态图或时序图。4根
7、据电路的状态表或状态图说明给定根据电路的状态表或状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。时序逻辑电路的逻辑功能。第12页,共63页,编辑于2022年,星期一二、同步时序逻辑电路的分析举例二、同步时序逻辑电路的分析举例w 同同步步时时序序逻逻辑辑电电路路分分析析的的关关键键是是要要确确定定电电路路随随时时间间推推移移,在在输输入入信信号号(或或时时钟钟信信号号)作作用用下下,电电路路的的状状态态和和输输出出的的变变化化规规律律,以以确确定定该该电电路路的的逻逻辑辑功功能能。而而这这种种变变化化规规律律通通常常表表现现在在状状态态表表、状状态态图图或或时时序序图图中中,因因此此,分分析析一一个个给给
8、定定的的同同步步时时序序电电路路,其其本本质质是是要要求求该该电电路路的的状状态态表表、状状态图或时序图。态图或时序图。第13页,共63页,编辑于2022年,星期一w w例例例例 6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 试分析如图所示电路的逻辑功能,并画出状态图和时序图。w解:该电路的时钟脉冲解:该电路的时钟脉冲CPCP加在每一个触发器的加在每一个触发器的时钟脉冲输入端上,因此它是一个同步时序电路。时钟脉冲输入端上,因此它是一个同步时序电路。时钟方程可以不写。时钟方程可以不写。第14页,共63页,编辑于2022年,星期一1 1写出输出方程和驱动方程的表达式写出输出方程和驱动方程的表达式
9、由逻辑电路可知由逻辑电路可知第15页,共63页,编辑于2022年,星期一w2 2写写出出JKJK触触发发器器的的特特性性方方程程,然然后后将将各各驱驱动动方方程程代代入入JKJK触发器的特性方程,得各触发器的次态方程:触发器的特性方程,得各触发器的次态方程:第16页,共63页,编辑于2022年,星期一w3 3作状态表和状态图作状态表和状态图 例例6.2.16.2.1状态表状态表000001000101000100110011100010010101010001现 态次 态输 出第17页,共63页,编辑于2022年,星期一w由状态表可作出其状态图如图所示。第18页,共63页,编辑于2022年,星
10、期一w4.4.画时序波形图画时序波形图w设电路的初始状态 ,则可得下图所示的时序图。第19页,共63页,编辑于2022年,星期一5 5电路逻辑功能描述电路逻辑功能描述由状态图可以看出,该电路在输入第由状态图可以看出,该电路在输入第六个计数脉冲六个计数脉冲CPCP后,返回原来的状态,同后,返回原来的状态,同时输出端时输出端Z Z输出一个进位脉冲,因此该电输出一个进位脉冲,因此该电路为同步六进制计数器。路为同步六进制计数器。第20页,共63页,编辑于2022年,星期一w6 6检查电路能否自启动检查电路能否自启动w该该电电路路应应有有2 23 3=8=8个个工工作作状状态态,由由状状态态图图可可知知
11、,它它只只有有6 6个个有有效效状状态态被被利利用用,还还有有110110与与111111这这两两个个没没有有被被利利用用的的无无效效状状态态。将将110110代代入入状状态态方方程程中中,可可得得 ,再再将将111111代代入入状状态态方方程程中中,可可得得 ,而而010010为为有有效效状状态态,即即电电路路由由于于某某原原因因进进入入无无效效工工作作状状态态时时,只只要要继继续续输输入入计计数数脉脉冲冲CPCP,电电路路能能自自动动返返回回到到有有效效工工作状态,因此该电路能自启动。作状态,因此该电路能自启动。第21页,共63页,编辑于2022年,星期一例例6.2.2:试分析如图所示的时
12、序逻辑电路。试分析如图所示的时序逻辑电路。解:该电路为同步时序逻辑电路,时钟方程可以不写。解:该电路为同步时序逻辑电路,时钟方程可以不写。(1)写出输出方程:)写出输出方程:(2 2)写出驱动方程:)写出驱动方程:第22页,共63页,编辑于2022年,星期一(3)写出)写出JK触发器的特性方程,然后将各驱动方程触发器的特性方程,然后将各驱动方程代入代入JK触发器的特性方程,得各触发器的次态方程:触发器的特性方程,得各触发器的次态方程:第23页,共63页,编辑于2022年,星期一输出方程简化为:输出方程简化为:由此作出状态表及状态图。由此作出状态表及状态图。(4)作状态转换表及状态图)作状态转换
13、表及状态图 当当X=0时:触发器的次态方程简化为:时:触发器的次态方程简化为:第24页,共63页,编辑于2022年,星期一当当X=1时:触发器的次态方程简化为:时:触发器的次态方程简化为:输出方程简化为:输出方程简化为:由此作出状态表及状态图。由此作出状态表及状态图。第25页,共63页,编辑于2022年,星期一将将X=0与与X=1的状态图合并,起来得完整的状态图合并,起来得完整的状态图。的状态图。第26页,共63页,编辑于2022年,星期一根据状态表或状态图,根据状态表或状态图,可画出在可画出在CP脉冲作用下电路的时序图。脉冲作用下电路的时序图。(5 5)画时序波形图。)画时序波形图。第27页
14、,共63页,编辑于2022年,星期一(6 6)逻辑功能分析:)逻辑功能分析:当当X=1=1时,按照减时,按照减1 1规律从规律从1001001010010010循环变化,循环变化,并每当转换为并每当转换为0000状态(最小数)时,输出状态(最小数)时,输出Z=1=1。该电路一共有该电路一共有3 3个状态个状态0000、0101、1010。当当X=0=0时,按照加时,按照加1 1规律规律从从0001100000011000循环变化,循环变化,并每当转换为并每当转换为1010状态(最大数)时,状态(最大数)时,输出输出Z=1=1。所以该电路是一个可控的所以该电路是一个可控的3 3进制计数器。进制计
15、数器。第28页,共63页,编辑于2022年,星期一三、异步时序逻辑电路的分析举例三、异步时序逻辑电路的分析举例l异步时序逻辑电路的分析异步时序逻辑电路的分析和同步时序逻辑和同步时序逻辑电路的分析方法相似,但要电路的分析方法相似,但要注意注意电路中各触电路中各触发器输入端(包括时钟控制端)脉冲到达的发器输入端(包括时钟控制端)脉冲到达的条件。条件。第29页,共63页,编辑于2022年,星期一CP1 1=Q0 0 (当(当FF0 0的的Q0 0由由0101时,时,Q1 1才可能改变状态。)才可能改变状态。)例例6.2.3:试分析下图所示的时序逻辑电路试分析下图所示的时序逻辑电路该电路为异步时序逻辑
16、电路。具体分析如下:该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下:(1 1)写出各逻辑方程式。)写出各逻辑方程式。时钟方程:时钟方程:CP0 0=CP (时钟脉冲源的上升沿触发。)(时钟脉冲源的上升沿触发。)第30页,共63页,编辑于2022年,星期一输出方程:输出方程:各触发器的驱动方程:各触发器的驱动方程:(2)将各驱动方程代入)将各驱动方程代入D触发器的特性方程,得各触发器触发器的特性方程,得各触发器的次态方程:的次态方程:(CP由由01时此式有效)时此式有效)(Q0由由01时此式有效)时此式有效)第31页,共63页,编辑于2022年,星期一(3)作状态转换表。)作状态转换表。第32页,共63
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