第5章 异步时序电路精选文档.ppt

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1、第5章 异步时序电路本讲稿第一页，共二十二页异步时序逻辑电路的特点异步时序逻辑电路的特点l l同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路 有统一的时钟；有统一的时钟；有统一的时钟；有统一的时钟；没有时钟到达时状态稳定；没有时钟到达时状态稳定；没有时钟到达时状态稳定；没有时钟到达时状态稳定；不随外部输入变化。不随外部输入变化。不随外部输入变化。不随外部输入变化。l l异步时序逻辑电路的特点异步时序逻辑电路的特点没有统一时钟，电路中各触发器状态变化有先有后；没有统一时钟，电路中各触发器状态变化有先有后；没有统一时钟，电路中各触发器状态变化有先有后；没有统一时钟，电路中各触发器

2、状态变化有先有后；电路状态改变由外部输入引起。电路状态改变由外部输入引起。电路状态改变由外部输入引起。电路状态改变由外部输入引起。两种输入形式两种输入形式两种输入形式两种输入形式脉冲脉冲脉冲脉冲-脉冲型异步时序逻辑电路脉冲型异步时序逻辑电路脉冲型异步时序逻辑电路脉冲型异步时序逻辑电路电平电平电平电平-电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路本讲稿第二页，共二十二页时序逻辑电路波形时序逻辑电路波形CPCP异步电平异步电平异步电平异步电平异步脉冲异步脉冲异步脉冲异步脉冲同步电平同步电平同步电平同步电平同步脉冲同步脉冲同步脉冲同步脉冲本讲稿第三页，共二

3、十二页5.1 异步时序电路模型异步时序电路模型描述脉冲异步时序电路的工具是状态图和状态表；描述脉冲异步时序电路的工具是状态图和状态表；描述脉冲异步时序电路的工具是状态图和状态表；描述脉冲异步时序电路的工具是状态图和状态表；描述电平异步时序电路的工具是时间图和状态流程表描述电平异步时序电路的工具是时间图和状态流程表描述电平异步时序电路的工具是时间图和状态流程表描述电平异步时序电路的工具是时间图和状态流程表；组合组合组合组合电路电路电路电路存储电路存储电路存储电路存储电路x x1 1x xn nZ Z1 1Z Zmmy y1 1y yr rY Y1 1Y Yr r触发器触发器触发器触发器触发器触发

4、器触发器触发器Z Z1 1Z Zmm组合组合组合组合电路电路电路电路存储电路存储电路存储电路存储电路x x1 1x xn ny y1 1y yr rY Y1 1Y Yr r延迟元件延迟元件延迟元件延迟元件延迟元件延迟元件延迟元件延迟元件脉冲型异步时序电路模型脉冲型异步时序电路模型脉冲型异步时序电路模型脉冲型异步时序电路模型电平型异步时序电路模型电平型异步时序电路模型电平型异步时序电路模型电平型异步时序电路模型输入信号（输入状态）输入信号（输入状态）二次信号（二次状态）二次信号（二次状态）激励信号激励信号（激励状态）（激励状态）输出信号（输出状态）输出信号（输出状态）本讲稿第四页，共二十二页5.

5、1 5.1 脉冲异步时序逻辑电路脉冲异步时序逻辑电路l l特点特点特点特点 脉冲不统一；脉冲不统一；脉冲不统一；脉冲不统一；状态随脉冲变化。状态随脉冲变化。状态随脉冲变化。状态随脉冲变化。l l为了使电路可靠的工作和状态可预测为了使电路可靠的工作和状态可预测为了使电路可靠的工作和状态可预测为了使电路可靠的工作和状态可预测两个或以上的输入线上不允许同时出现脉冲信号；两个或以上的输入线上不允许同时出现脉冲信号；两个或以上的输入线上不允许同时出现脉冲信号；两个或以上的输入线上不允许同时出现脉冲信号；第二个输入脉冲必须在第一个输入脉冲引起的整个电路响第二个输入脉冲必须在第一个输入脉冲引起的整个电路响第

6、二个输入脉冲必须在第一个输入脉冲引起的整个电路响第二个输入脉冲必须在第一个输入脉冲引起的整个电路响应结束之后。应结束之后。应结束之后。应结束之后。本讲稿第五页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析与同步时序逻辑电路分析类似，与同步时序逻辑电路分析类似，与同步时序逻辑电路分析类似，与同步时序逻辑电路分析类似，脉冲型异步时序电路分析的步脉冲型异步时序电路分析的步脉冲型异步时序电路分析的步脉冲型异步时序电路分析的步骤如下：骤如下：骤如下：骤如下：1.1.写出激励函数表达式和输出函数表达式；写出激励函数表达式和输出函数表达式；写出激励函数表达式和输出函数表达式；写出激励函数表达式和输出函

7、数表达式；2.2.写出电路状态表达式；写出电路状态表达式；写出电路状态表达式；写出电路状态表达式；3.3.作状态表；作状态表；作状态表；作状态表；4.4.作状态图或时序图；作状态图或时序图；作状态图或时序图；作状态图或时序图；5.5.功能描述。功能描述。功能描述。功能描述。本讲稿第六页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析【例】：分析下列脉冲异步时序电路。【例】：分析下列脉冲异步时序电路。【例】：分析下列脉冲异步时序电路。【例】：分析下列脉冲异步时序电路。K K3 3J J3 3C CQQ3 3K K2 2J J2 2C CQQ2 2K K1 1J J1 1C CQQ1 1&Z

8、Zx xCPCP3 3CPCP2 2CPCP1 1本讲稿第七页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析第一步：写出激励函数表达式第一步：写出激励函数表达式第一步：写出激励函数表达式第一步：写出激励函数表达式输出函数：输出函数：输出函数：输出函数：激励函数：激励函数：激励函数：激励函数：由上式可知触发器由上式可知触发器由上式可知触发器由上式可知触发器1 1 1 1，2 2 2 2，3 3 3 3的翻转分别是在的翻转分别是在的翻转分别是在的翻转分别是在x x x x，Q Q Q Q1 1 1 1，Q Q Q Q2 2 2 2发发发发生生生生1 1 1 1到到到到0 0 0 0的跳变时。

9、的跳变时。的跳变时。的跳变时。第二步：写出电路状态表达式。第二步：写出电路状态表达式。第二步：写出电路状态表达式。第二步：写出电路状态表达式。由由由由得：得：得：得：本讲稿第八页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析第三步：作状态表。第三步：作状态表。第三步：作状态表。第三步：作状态表。输入输入现态现态次态次态输出输出x xQ Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q3 3n+1n+1Q Q2 2n+1n+1Q Q1 1n+1n+1Z Z1 10 0 00 0 01 1 11 1 11 11 10 0 10 0 10 0 00 0 00 01 10 1 00 1 00 0 10 0

10、 10 01 10 1 10 1 10 1 00 1 00 01 11 0 01 0 00 1 10 1 10 01 11 0 11 0 11 0 01 0 00 01 11 1 01 1 01 0 11 0 10 01 11 1 11 1 11 1 01 1 00 0初态初态0 0 00 0 01 11 11 11 10 01 11 1本讲稿第九页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析第四步：作状态图或时序图。第四步：作状态图或时序图。第四步：作状态图或时序图。第四步：作状态图或时序图。0001111/11101/01011/01001/01/00111/00101/00011

11、/0 x xQQ1 1QQ2 2QQ3 3Z Z本讲稿第十页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析第五步：功能描述。第五步：功能描述。第五步：功能描述。第五步：功能描述。由状态图可以看出，电路共有由状态图可以看出，电路共有由状态图可以看出，电路共有由状态图可以看出，电路共有8 8 8 8个状态，在输入脉冲的作用下，依个状态，在输入脉冲的作用下，依个状态，在输入脉冲的作用下，依个状态，在输入脉冲的作用下，依次递减。减到次递减。减到次递减。减到次递减。减到000000000000时，再来一个输入脉冲，产生输出脉冲。时，再来一个输入脉冲，产生输出脉冲。时，再来一个输入脉冲，产生输出脉冲

12、。时，再来一个输入脉冲，产生输出脉冲。因此，因此，因此，因此，该异步时序电路是一个该异步时序电路是一个该异步时序电路是一个该异步时序电路是一个8 8 8 8进制减法计数器进制减法计数器进制减法计数器进制减法计数器，输出脉冲，输出脉冲，输出脉冲，输出脉冲为借位信号。为借位信号。为借位信号。为借位信号。本讲稿第十一页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析【例】：分析下列脉冲【例】：分析下列脉冲【例】：分析下列脉冲【例】：分析下列脉冲异步时序电路。异步时序电路。异步时序电路。异步时序电路。D D2 2C C2 2QQ2 2QQ2 2CPCP2 2D D1 1C C1 1QQ1 1QQ1

13、 1CPCP1 1&x xZ Z输入输入现态现态激励函数激励函数次态次态输出输出x xQ Q2 2 Q Q1 1CPCP2 2 D D2 2 CPCP1 1 D D1 1Q Q2 2n+1n+1 Q Q1 1n+1n+1Z Z1 10 00 00 1 1 10 1 1 10 10 10 01 10 10 11 1 1 11 1 1 11 11 10 01 11 01 00 0 1 00 0 1 01 01 00 01 11 11 11 0 1 01 0 1 00 00 0状状状状态态态态表表表表本讲稿第十二页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析状态图和时序图状态图和时序图状态图

14、和时序图状态图和时序图0000010111111010 x xQQ1 1CPCP2 2Z ZQQ2 20/00/01/01/01/01/01/01/00/00/00/00/00/00/01/11/1由图可知该电路有由图可知该电路有由图可知该电路有由图可知该电路有3 3 3 3个状态，每收到个状态，每收到个状态，每收到个状态，每收到3 3 3 3个脉冲后，输出一个脉冲。个脉冲后，输出一个脉冲。个脉冲后，输出一个脉冲。个脉冲后，输出一个脉冲。因此，因此，因此，因此，该电路是该电路是该电路是该电路是3 3 3 3进制计数器。进制计数器。进制计数器。进制计数器。10101010状态为无效状态，进入该状

15、态后，电路处于挂起状态。可增加状态为无效状态，进入该状态后，电路处于挂起状态。可增加状态为无效状态，进入该状态后，电路处于挂起状态。可增加状态为无效状态，进入该状态后，电路处于挂起状态。可增加清清清清0 0 0 0端，或修改电路使端，或修改电路使端，或修改电路使端，或修改电路使10101010状态经过一个脉冲后回到初始状态。状态经过一个脉冲后回到初始状态。状态经过一个脉冲后回到初始状态。状态经过一个脉冲后回到初始状态。本讲稿第十三页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析【例【例【例【例3 3 3 3】:分析下列脉冲异步时序电路。分析下列脉冲异步时序电路。分析下列脉冲异步时序电路。

16、分析下列脉冲异步时序电路。1.1.写出激励函数表达式；写出激励函数表达式；写出激励函数表达式；写出激励函数表达式；2.2.写出电路状态表达式；写出电路状态表达式；写出电路状态表达式；写出电路状态表达式；3.3.作状态表；作状态表；作状态表；作状态表；4.4.作状态图或时序图；作状态图或时序图；作状态图或时序图；作状态图或时序图；5.5.功能描述。功能描述。功能描述。功能描述。S SR Ry yy y&Z Z&x x2 2x x1 1本讲稿第十四页，共二十二页脉冲异步时序电路分析脉冲异步时序电路分析现态现态次态次态/输出输出y yn+1n+1/Z/Zy yx x1 1x x2 2=00=00 x

17、 x1 1x x2 2=01=01x x1 1x x2 2=10=10 x x1 1x x2 2=11=110 00/00/00/00/01/01/0d/dd/d1 11/01/00/00/01/11/1d/dd/d状态表状态表状态表状态表输出函数与输出函数与输出函数与输出函数与激励函数表达式激励函数表达式激励函数表达式激励函数表达式0/00/01/11/110/00/01/01/00 x x2 2x x1 1y y次态次态次态次态/输出输出输出输出y yn+1n+1/Z/Z现态现态现态现态化化化化简简简简表表表表0 01 1x x1 1/0/0 x x2 2/0/0 x x1 1/1/1x

18、x2 2/0/0异步时序电路异步时序电路不允许同时出不允许同时出现两个输入脉现两个输入脉冲。冲。电路功能电路功能:该电路是一个该电路是一个x x1 1脉脉冲检测器，检测连冲检测器，检测连续出现的续出现的x x1 1脉冲。脉冲。本讲稿第十五页，共二十二页5.2 5.2 电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路 电平型异步时序电路中的存储电路由延时元件构成，与脉冲型异步电平型异步时序电路中的存储电路由延时元件构成，与脉冲型异步电平型异步时序电路中的存储电路由延时元件构成，与脉冲型异步电平型异步时序电路中的存储电路由延时元件构成，与脉冲型异步时序电路结构上有较大差异，其分析和设计方法也与同步时序

19、电路有较时序电路结构上有较大差异，其分析和设计方法也与同步时序电路有较时序电路结构上有较大差异，其分析和设计方法也与同步时序电路有较时序电路结构上有较大差异，其分析和设计方法也与同步时序电路有较大差异。大差异。大差异。大差异。l l 为了使电路可靠的工作和状态可预测为了使电路可靠的工作和状态可预测为了使电路可靠的工作和状态可预测为了使电路可靠的工作和状态可预测不允许两个或两个以上的输入电平同时发生变化，只允许一不允许两个或两个以上的输入电平同时发生变化，只允许一不允许两个或两个以上的输入电平同时发生变化，只允许一不允许两个或两个以上的输入电平同时发生变化，只允许一个输入电平发生变化，并且它们是

20、相邻的；个输入电平发生变化，并且它们是相邻的；个输入电平发生变化，并且它们是相邻的；个输入电平发生变化，并且它们是相邻的；输入电平的前一次变化使电路进入稳定状态之后，才允许输输入电平的前一次变化使电路进入稳定状态之后，才允许输输入电平的前一次变化使电路进入稳定状态之后，才允许输输入电平的前一次变化使电路进入稳定状态之后，才允许输入电平再发生变化。入电平再发生变化。入电平再发生变化。入电平再发生变化。本讲稿第十六页，共二十二页5.2 5.2 电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路1 1 1 1、电平型异步时序逻辑电路的描述方法、电平型异步时序逻辑电路的描述方法、电平型异步时序逻辑电路的描述

21、方法、电平型异步时序逻辑电路的描述方法先观察一个简单的电平异步时序电路：先观察一个简单的电平异步时序电路：先观察一个简单的电平异步时序电路：先观察一个简单的电平异步时序电路：(=Z)Sy(=Z)Sy延迟元件延迟元件本讲稿第十七页，共二十二页5.2 5.2 电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路输入输入二次状态二次状态激励状态激励状态R SR Sy yY Y0 00 00 00 00 00 01 11 10 10 10 01 10 10 11 11 11 01 00 00 01 01 01 10 01 11 10 00 01 11 11 10 0电路的状态真值表电路的状态真值表电路的状态真

22、值表电路的状态真值表二次状态二次状态 y y激励状态激励状态Y YRS=00RS=00RS=01RS=01RS=11RS=11RS=10RS=100 00 01 10 00 01 11 11 10 00 0电路的状态转移表电路的状态转移表电路的状态转移表电路的状态转移表稳定状态稳定状态不稳定状态不稳定状态本讲稿第十八页，共二十二页5.2 5.2 电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路对于每一种输入状态组合对于每一种输入状态组合对于每一种输入状态组合对于每一种输入状态组合,电路可能有一个稳定状态电路可能有一个稳定状态电路可能有一个稳定状态电路可能有一个稳定状态,也可能有多个稳也可能有多个稳

23、也可能有多个稳也可能有多个稳定状态。为了对电路的状态作出确切的说明，因而引入总态这个概念。定状态。为了对电路的状态作出确切的说明，因而引入总态这个概念。定状态。为了对电路的状态作出确切的说明，因而引入总态这个概念。定状态。为了对电路的状态作出确切的说明，因而引入总态这个概念。总态总态总态总态包括输入状态和二次状态两部分，记作包括输入状态和二次状态两部分，记作包括输入状态和二次状态两部分，记作包括输入状态和二次状态两部分，记作（x x，y y）。状态转移表中的行和列的交叉点对应于一个总态。如状态转移表中的行和列的交叉点对应于一个总态。如状态转移表中的行和列的交叉点对应于一个总态。如状态转移表中的

24、行和列的交叉点对应于一个总态。如(00(00，0)0)二次状态二次状态 y y激励状态激励状态Y YRS=00RS=00RS=01RS=01RS=11RS=11RS=10RS=100 00 01 10 00 01 11 11 10 00 0电路的流程表电路的流程表电路的流程表电路的流程表本讲稿第十九页，共二十二页5.2 5.2 电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路、电平型异步时序逻辑电路分析、电平型异步时序逻辑电路分析、电平型异步时序逻辑电路分析、电平型异步时序逻辑电路分析所谓电平异步时序电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，所谓电平异步时序电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，所谓电

25、平异步时序电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，所谓电平异步时序电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，作出它的流程表和时序图，并说明电路的逻辑功能。其分析的步作出它的流程表和时序图，并说明电路的逻辑功能。其分析的步作出它的流程表和时序图，并说明电路的逻辑功能。其分析的步作出它的流程表和时序图，并说明电路的逻辑功能。其分析的步骤如下：骤如下：骤如下：骤如下：根据给定的电路图，写出激励函数和输出函数表达式；根据给定的电路图，写出激励函数和输出函数表达式；根据给定的电路图，写出激励函数和输出函数表达式；根据给定的电路图，写出激励函数和输出函数表达式；列出状态流程表；列出状态流程表；列出状态流程表；列出状态流程表；作出时序图；作出时序图；作出时序图；作出时序图；说明电路的逻辑功能。说明电路的逻辑功能。说明电路的逻辑功能。说明电路的逻辑功能。本讲稿第二十页，共二十二页5.2 5.2 电平型异步时序逻辑电路电平型异步时序逻辑电路【例】【例】【例】【例】分析下图所示的电平型异步时序逻辑电路。分析下图所示的电平型异步时序逻辑电路。分析下图所示的电平型异步时序逻辑电路。分析下图所示的电平型异步时序逻辑电路。本讲稿第二十一页，共二十二页课后练习q5.1，5.4本讲稿第二十二页，共二十二页