数字电子技术6.ppt
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1、EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT概述概述第第 6章时序逻辑电路章时序逻辑电路 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器计数器计数器时序逻辑电路的时序逻辑电路的分析方法分析方法 本章小结本章小结同步时序逻辑电路的设计同步时序逻辑电路的设计EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT6.1概概 述述时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的特点任何时刻的输出不仅取决于该时刻的输任何时刻的输出不仅取决于该时刻的输入信号,而且与电路原有的状态有关。入信号,而且与电路原有的状态有关。逻辑功能特点:逻辑功能特点:电路结构特点:电路结构特点:由存储电路和组合逻辑电路组成。由存储电路和组合逻辑电路组成。时序逻辑电路
2、的类型时序逻辑电路的类型同步同步时序逻辑电路时序逻辑电路 异步异步时序逻辑电路时序逻辑电路 所有触发器的时钟端连在一起。所有触发器的时钟端连在一起。所有触发器在同一个所有触发器在同一个时钟脉冲时钟脉冲 CP 控制下同步工作。控制下同步工作。时钟脉冲时钟脉冲 CP 只触发部分触发器,其余触发器由电路内只触发部分触发器,其余触发器由电路内部信号触发。因此,触发器部信号触发。因此,触发器不在同一时钟作用下同步工作不在同一时钟作用下同步工作。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT主要要求:主要要求:掌握同步时序逻辑电路的分析方法掌握同步时序逻辑电路的分析方法,了解异,了解异步时序逻辑电路的分析方法
3、。步时序逻辑电路的分析方法。理解理解时钟方程、驱动方程、输出方程、状态时钟方程、驱动方程、输出方程、状态方程、状态转换真值表、状态转换图和时序方程、状态转换真值表、状态转换图和时序图等概念及求取方法。图等概念及求取方法。6.2时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法 EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT将驱动方程代入相应触发器的特性方程中所得到的方程将驱动方程代入相应触发器的特性方程中所得到的方程 一、同步时序逻辑电路的分析方法一、同步时序逻辑电路的分析方法 基本步骤:基本步骤:1.根据给定的电路,写出它的根据给定的电路,写出它的输出方程输出方程和和驱动方程驱动方程,并求,并求 状态
4、方程状态方程。时序电路的输出逻辑表达式。时序电路的输出逻辑表达式。各触发器输入信号的逻辑表达式。各触发器输入信号的逻辑表达式。2.列列状态转换真值表状态转换真值表。简称状态转换表,是反映电路状态转换的规律与条件的表格。简称状态转换表,是反映电路状态转换的规律与条件的表格。方法:将方法:将电电路路现态现态的各种取的各种取值值代入状代入状态态方程和方程和输输出方程出方程进进行行计计算,求出相算,求出相应应的次的次态态和和输输出,从而列出出,从而列出状状态转换态转换表。表。如如现态现态起始起始值值已已给给定,定,则则从从给给定定值值开始开始计计算。如算。如没有没有给给定,定,则则可可设设定一个定一个
5、现态现态起始起始值值依次依次进进行行计计算。算。3.分析逻辑功能。分析逻辑功能。根据状态转换真值表来说明电路逻辑功能。根据状态转换真值表来说明电路逻辑功能。4.画画状态转换图状态转换图和和时序图时序图。用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态,用用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态,用箭头表示状态转换的方向,箭头旁的标注表示状态箭头表示状态转换的方向,箭头旁的标注表示状态转换的条件,从而得到的状态转换示意图。转换的条件,从而得到的状态转换示意图。在时钟脉冲在时钟脉冲 CP作用下,各触发器状态变化的波形图。作用下,各触发器状态变化的波形图。3.分析逻辑功能。分析逻辑功能。4.画画状态转换图状态转换图
6、和和时序图时序图。一、同步时序逻辑电路的分析方法一、同步时序逻辑电路的分析方法 基本步骤:基本步骤:1.根据给定的电路,写出它的根据给定的电路,写出它的输出方程输出方程和和驱动方程驱动方程,并求并求状态方程状态方程。2.列列状态转换真值表状态转换真值表。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXITC11J1KRC11J1KRC11J1KRFF0FF1FF2Q0Q1Q2Q2YCPRD1 1 例例 试分析图示电路的逻辑功能,并画出状态转换图试分析图示电路的逻辑功能,并画出状态转换图 和时序图。和时序图。解:这是时钟解:这是时钟 CP 下降沿触发的同步时序电路,下降沿触发的同步时序电路,CPC1C1C
7、1分析时不必考虑时钟信号。分析时不必考虑时钟信号。RDRRR电路工作前加负脉冲清零;工作时应置电路工作前加负脉冲清零;工作时应置 RD=1。分析如下:分析如下:分析举例EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXITC11J1KRC11J1KRC11J1KRFF0FF1FF2Q0Q1Q2Q2YCPRD1 1Q2nY=Q2n Q0n1J1KQ0n&Q2n1JQ1n1K&Q0nJ2=Q1n Q0n,J0=K0=1J1=K1=Q2n Q0nK2=Q0n1J1K1 11.写方程式写方程式(1)输出方程输出方程(2)驱动方程驱动方程Q0n代入代入 J2=Q1n Q0n,K2=Q0nQ0n+1=J0 Q0n +
8、K0 Q0n=1 Q0n +1 Q0n=Q0n Q1n+1=J1 Q1n +K1 Q1n=Q2n Q0nQ2n+1=J2 Q2n +K2 Q2n=Q1n Q0n Q2n+Q0n Q2n J0K0J1K1J2K2(3)状态方程状态方程代入代入 J0=K0=1代入代入 J1=K1=Q2n Q0nEXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT2.列状态转换真值表列状态转换真值表设设电路初始状态为电路初始状态为 Q2 Q1 Q0=000,则则0001000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输出输出次次 态态现现 态态 将现态代入状态方程求次态:将现态代入状态方程求次态:Q0n+1=Q0n=
9、0=1 Q1n+1=Q2n Q0n Q1n=0 0 0=0 Q2n+1=Q1n Q0n Q2n+Q0n Q2n=0 0 0+0 0=0 将现态代入输出方程求将现态代入输出方程求 YY=Q2n Q0n=0 0=0EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT2.列状态转换真值表列状态转换真值表设设电路初始状态为电路初始状态为Q2 Q1 Q0=000,则则将新状态作现态,再计算下一个次态。将新状态作现态,再计算下一个次态。YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输出输出次次 态态现现 态态0001000 Q0n+1=Q0n=1=0 Q1n+1=Q2n Q0n Q1n=0 1 0=1 Q2n+
10、1=Q1n Q0n Q2n+Q0n Q2n=0 1 0+1 0=01000010 Y=Q2n Q0n=0 1=0EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT 可见:电路在输入第可见:电路在输入第 6 个脉冲个脉冲 CP 时返回时返回原来状态,同时在原来状态,同时在 Y 端输出一个进位脉冲下降端输出一个进位脉冲下降沿。以后再输入脉冲,将重复上述过程。沿。以后再输入脉冲,将重复上述过程。该该电电路路能能对对 CP 脉脉冲冲 进进行行六六进进制制计计数数,并并在在 Y 端端输输出出脉脉冲冲下下降降沿沿作作为为进进位位输输出出信信号号。故为六进制计数器。故为六进制计数器。依次类推依次类推2.列状态转换真
11、值表列状态转换真值表设设电路初始状态为电路初始状态为Q2 Q1 Q0=000,则则3.逻辑功能说明逻辑功能说明YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输出输出次次 态态现现 态态000100010000101000101010100100011100110010一直计算到状态进入循环为止一直计算到状态进入循环为止CP 脉冲也常称为计数脉冲。脉冲也常称为计数脉冲。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT圆圆圈圈内内表表示示 Q2 Q1 Q0 的的状状态态;箭箭头头表表示示电电路路状状态态转转换换的的方方向向;箭箭头头上上方方的的“x/y”中中,x 表表示示转转换换所所需需的的输输入入
12、变变量量取取值值,y 表表示示现现态态下下的的输输出出值值。本本例中没有输入变量,故例中没有输入变量,故 x 处空白。处空白。4.画状态转换图和时序图画状态转换图和时序图000001010YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输出输出次次 态态现现 态态00010001000010100010101010010001110011001000001000Q2 Q1 Q0 x/y/0/0011100101/0/0/0/1EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT4.画状态转换图和时序图画状态转换图和时序图000001010011100101Q2 Q1 Q0 x/y/0/0/0/0/0/
13、1CP123456 必须画出必须画出一个计数周一个计数周期的波形。期的波形。100Q0Q1Q2000010Y110000000EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT二、异步时序逻辑电路的分析方法二、异步时序逻辑电路的分析方法异步异步与同步时序电路的根本区别在于前者与同步时序电路的根本区别在于前者不受同一时钟控制不受同一时钟控制,而后者受同一时钟控制。,而后者受同一时钟控制。因此,分析异步时序电路时因此,分析异步时序电路时需写出时钟方程需写出时钟方程,并特别注意各触发器的时钟条件何时满足。并特别注意各触发器的时钟条件何时满足。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT分析举例 例例 试分析图
14、示电路的逻辑功能,并画出状态转换图试分析图示电路的逻辑功能,并画出状态转换图 和时序图。和时序图。这是异步时序逻辑电路。分析如下:这是异步时序逻辑电路。分析如下:解:解:C11J1KRC11J1KRC11J1KRFF0FF1FF2Q0Q1Q2YCP1 1RDCPC1C1C1RDRRR FF1 受受 Q0 下降沿触发下降沿触发 FF0 和和 FF2 受受 CP 下降沿触发下降沿触发EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT1.写方程式写方程式(1)时钟方程时钟方程(3)驱动方程驱动方程(2)输出方程输出方程(4)状态方程状态方程C11J1KRC11J1KRC11J1KRFF0FF1FF2Q0Q1
15、Q2YCP1 1RDQ2YCP1=Q0 FF1 由由 Q0 下降沿触发下降沿触发CP0=CP2=CP FF0 和和 FF1 由由 CP 下降沿触发下降沿触发Y=Q2n1 11J1K1 11J1KJ0=Q2n,K0=1J2=Q1n Q0n,K2=1J1=K1=1Q2n11K1J&Q1nQ0nEXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT1.写方程式写方程式(1)时钟方程时钟方程(3)驱动方程驱动方程(2)输出方程输出方程(4)状态方程状态方程CP1=Q0 FF1 由由 Q0 下降沿触发下降沿触发CP0=CP2=CP FF0 和和 FF1 由由 CP 下降沿触发下降沿触发Y=Q2nJ0=Q2n,K0=
16、1J2=Q1n Q0n,K2=1J1=K1=1Q0n+1=J0 Q0n +K0 Q0n Q1n+1=J1 Q1n +K1 Q1n Q2n+1=J2 Q2n +K2 Q2n 代入代入 J1=K1=1代入代入 J2=Q1n Q0n K2=1=Q2n Q0n +1 Q0n=Q2n Q0n =1 Q1n +1 Q1n=Q1n=Q1n Q0n Q2n+1 Q2n=Q1n Q0n Q2n 代入代入 J0=Q2n,K0=1Q0n+1=Q2n Q0n CP 下降沿有效下降沿有效Q1n+1=Q1n Q0下降沿有效下降沿有效Q2n+1=Q1n Q0n Q2n CP 下降沿有效下降沿有效EXIT 时序逻辑电路时序逻
17、辑电路EXIT2.列状态转换真值表列状态转换真值表设设初始状态为初始状态为Q2 Q1 Q0=0000100000 Q0n+1=Q2n Q0n=0 0=1 表示现态条件下能满足的时钟条件表示现态条件下能满足的时钟条件 Y=Q2n=001 Q2n+1=Q1n Q0n Q2n=0 0 0=0YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输输 出出次次 态态现现 态态CP2CP0CP1时时 钟钟 脉脉 冲冲CP0=CP,FF0 满足时钟触发条件。满足时钟触发条件。CP1=Q0 为为上升沿,上升沿,FF1 不满足时钟触发条件,其状态保持不变不满足时钟触发条件,其状态保持不变。CP2=CP,FF2 满
18、足时钟触发条件。满足时钟触发条件。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT2.列状态转换真值表列状态转换真值表设设初始状态为初始状态为Q2 Q1 Q0=0000100000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输输 出出次次 态态现现 态态CP2CP0CP1时时 钟钟 脉脉 冲冲001010010 Q0n+1=Q2n Q0n=0 1=0 Q1n+1=Q1n=0=1 将新状态将新状态“001”作为现作为现态,再计算下一个次态。态,再计算下一个次态。CP1=Q0 为为下降沿,下降沿,FF1 满足时钟触发条件满足时钟触发条件。Q2n+1=Q1n Q0n Q2n=0 1 0=0 Y=Q2
19、n=0EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT2.列状态转换真值表列状态转换真值表设设初始状态为初始状态为Q2 Q1 Q0=0000100000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输输 出出次次 态态现现 态态CP2CP0CP1时时 钟钟 脉脉 冲冲依次依次类推类推电路构成异步五进制计数器,并由电路构成异步五进制计数器,并由 Y 输出进位脉冲信号的下降沿。输出进位脉冲信号的下降沿。3.逻辑功能说明逻辑功能说明0010100一直计算到电路一直计算到电路状态进入循环为止。状态进入循环为止。100000100011100110010EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT4.画状态
20、转换图和时序图画状态转换图和时序图Q2 Q1 Q0 x/y000001010011100/0/0/0/0/1000010000010001110011001000101000100000YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n输输 出出次次 态态现现 态态CP2CP0CP1时时 钟钟 脉脉 冲冲0011EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT必须画出一个必须画出一个计数周期的波形。计数周期的波形。4.画状态转换图和时序图画状态转换图和时序图000001010011100Q2 Q1 Q0 x/y/0/0/0/0/1110010100Q0Q1Q2000000CP12345Y000可见,
21、当计数至第可见,当计数至第 5 个计数脉冲个计数脉冲 CP 时,时,电路状态进入循环,电路状态进入循环,Y 输出进位脉冲下降沿。输出进位脉冲下降沿。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT主要要求:主要要求:理解计数器的分类,理解计数器的分类,理解计数器的计数规律。理解计数器的计数规律。理解理解常用集成二进制和十进制计数器常用集成二进制和十进制计数器的功能的功能及其应用。及其应用。6.3计数器计数器 掌握二进制计数器的组成和工作原理。掌握二进制计数器的组成和工作原理。掌握掌握利用集成计数器构成利用集成计数器构成 N 进制计数器进制计数器的方法。的方法。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXI
22、T一、计数器的作用与分类一、计数器的作用与分类 计数器计数器(Counter)用于计算输入脉冲个数,用于计算输入脉冲个数,还常用于分频、定时等。还常用于分频、定时等。按时钟控制方式不同分按时钟控制方式不同分 异步计数器异步计数器 同步计数器同步计数器 同步计数器比异步计数器的速度快得多。同步计数器比异步计数器的速度快得多。EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT按计数增减分按计数增减分加法计数器加法计数器 减法计数器减法计数器 加加/减计数器减计数器(又称可逆计数器又称可逆计数器)对对计计数数脉脉冲冲作作递增计数的电路。递增计数的电路。对对计计数数脉脉冲冲作作递减计数的电路。递减计数的电路。
23、在在加加/减减控控制制信信号号作作用用下下,可可递递增增也也可递减计数的电路。可递减计数的电路。按计数进制分按计数进制分按按 二二 进进 制制数数运运算算规规律律进进行计数的电路行计数的电路 按按十十进进制制数数运运算算规规律律进进行计数的电路行计数的电路 二进制计数器二进制计数器 十进制计数器十进制计数器 任意进制计数器任意进制计数器(又称又称 N 进制计数器进制计数器)二二 进进 制制和和十十进进制制以以外的计数器外的计数器 EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT计数器的计数规律Q0Q1Q2计计 数数 器器 状状 态态计数顺序计数顺序00081117011610150014110301
24、0210010000二进制加法计数器二进制加法计数器计数规律举例计数规律举例二进制减法计数器二进制减法计数器计数规律举例计数规律举例“000 1”不够减,需向相邻高位借不够减,需向相邻高位借“1”,借借“1”后作运算后作运算“1000 1=111”。Q0Q1Q2计计 数数 状状 态态计数顺序计数顺序000810070106110500141013011211110000EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT8421 码十进制加法计数器码十进制加法计数器计数规律计数规律Q0Q1Q2Q3计计 数数 器器 状状 态态计数顺序计数顺序10019000181110701106101050010411
25、003010021000100001000000EXIT 时序逻辑电路时序逻辑电路EXIT计数的最大数目称为计数器的计数的最大数目称为计数器的“模模”,用,用 M 表示。表示。模也称为计数长度或计数容量。模也称为计数长度或计数容量。N 进制进制计数器计数器计数规计数规律举例律举例具具有有 5 个个独独立立的的状状态态,计计满满 5 个个计计数数脉脉冲冲后后,电电路路状状态态自自动动进进入入循循环环。故故为为五五进制计数器。进制计数器。五进制计数器五进制计数器也称模也称模 5 计数器;计数器;十进制计数器则十进制计数器则为模为模 10 计数器;计数器;3 位二进制计数器为模位二进制计数器为模 8
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