电子技术基础第11章课件.ppt
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1、电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路回顾lJK触发器的逻辑功能有几种?分别是什么?J、K的状态值又分别等于多少?l怎样可构成一个T触发器?它具有什么逻辑功能?T触发器的逻辑功能又是什么?lJK触发器能否抑制“空翻”?主从型JK触发器是边沿触发吗?lD触发器的基本结构组成分哪两大部分?属于何种触发方式?lD触发器的逻辑功能有几种?分别是什么?D的状态值又分别等于多少?S+R=1(约束条件)Q n+1=S+R Q nCP=1SR=0l写出RS触发器、JK触发器、D触发器的特征方程。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础章目录章目录章目录章目录11.1
2、时序逻辑电路的分析11.2 计数器11.3 寄存器(JK)(D)电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路学习目的与要求学习目的与要求l了解时序逻辑电路的特点和一般分析方法;l熟悉同步、异步时序逻辑电路的特点;l掌握计数器的电路工作原理分析方法和步骤,了解其功能、分类及使用方法;l掌握常用标准中规模计数器的逻辑功能与使用方法;电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路11.1 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析 由于触发器是时序逻辑电路的基本单元,因此它在时序逻辑电路中必不可少,有些类型的时序逻辑电路除了触发器,还含有一些组合逻辑门
3、。本章介绍的计数器、寄存器与移位寄存器是时序逻辑电路的具体应用。在数字电路中,凡任何时刻电路的稳态输出,不仅和该时刻的输入信号有关,而且还取决于电路原来的状态者,都可以称为时序逻辑电路。这就是时序逻辑电路的定义或者说是它的逻辑功能特点。1.时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的特点电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 时序逻辑电路的结构组成可以用图示的方框图来表示。图中X代表输入信号,Y代表输出信号,Z代表存储电路的输入信号,Q代表存储电路的输出信号,同时也是组合逻辑电路的部分输入。从电路框图来看,时序逻辑电路均包含作为存储单元的触发器。事实上,时序逻辑电路的状态
4、,就是依靠触发器记忆和表示的,时序电路中可以没有组合逻辑电路,但不能没有触发器。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 时序逻辑电路的种类繁多,在科研、生产、生活中完成各种各样操作的例子也是千变万化、不胜枚举。通常时序逻辑电路的类型有:2.时序逻辑电路的分类时序逻辑电路的分类(1)按功能可划分有计数器、寄存器、移位寄存器、读/写存储器、顺序脉冲发生器等。(2)按电路中触发器状态变化是否同步可分为同步时序电路和异步时序电路。(3)按输出信号的特性又可分为米莱型和莫尔型。(4)按能否编程又有可编程和不可编程时序电路之分。(5)按集成度的不同还可分为小规模(SSI)
5、、中规模(MSI)、大规模(LSI)和超大规模(VLSI)之别。(6)按使用的开关元件类型可分有TTL型和CMOS型。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 由时序逻辑电路的结构框图可以看出,各输入、输出信号之间存在着一定的关系,这些关系可以用一些方程式加以描述:3.时序逻辑电路的功能描述时序逻辑电路的功能描述 完整地描述时序逻辑电路的逻辑功能,离不开三个基本方程:输出方程、驱动方程和次态方程。时序逻辑电路的描述方法比组合逻辑电路复杂,通常要用到tn和tn+1两个相邻的离散时间,这两个相邻的离散时间对应了存储电路中的现态和次态两种不同状态所处的时刻。为了能把在
6、一系列时钟脉冲操作下的电路状态转换全过程形象、直观地描述出来,常用的方法就是我们在第10章讲述的状态转换真值表、状态转换图、时序图等。这些方法我们将在对时序逻辑电路的分析过程中,更加具体地加以阐明。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 以下图所示3个T T触发器构成的时序逻辑电路为例,我们讨论其分析方法和步骤。CPCPQ0JKQQF1CQ2JKQQF0CRDJKQQF2CQ1“1”分析电路类型:1 时序逻辑电路中如果除CP时钟脉冲外,无其它输入信号,就属于莫尔型,若有其它输入信号时为米莱型;各位触发器的时钟脉冲共用同一个CP脉冲时称同步时序逻辑电路,若不是用
7、同一个CP作为脉冲触发则称为异步时序逻辑电路。显然,此计数器电路是莫尔型异步莫尔型异步时序逻辑电路。4.时序逻辑电路的基本分析方法时序逻辑电路的基本分析方法电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路CPCPQ0JKQQF1CQ2JKQQF0CRDJKQQF2CQ1“1”写出电路相应方程式:2 对上述莫尔型电路只需写出时钟方程、驱动方程和次态方程。(1)驱动方程:(2)次态方程:(3)时钟方程:电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路CPCPQ0JKQQF1CQ2JKQQF0CRDJKQQF2CQ1“1”3把驱动方程代入次态方程可得
8、计数器计数前都要清零,让三位触发器均处于“0 0”态时开始计数。由次态方程可知,各位触发器每来一次下跳沿计数脉冲状态都要翻转一次,其工作情况可用时序波形图来描述:CPCPQ0Q1Q2实现了二分频实现了四分频实现了八分频0 00 00 00 00 01 10 01 10 00 01 11 11 10 00 01 10 01 11 11 10 01 11 11 10 00 00 00 00 01 1计数情况显然是从三位二进制数000计至111,共计8次完成一个循环,因此称为“模模8 8”计数器。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 无论是时序波形图还是状态转换真
9、值表,都反映了该计数器是从状态000开始计数,每来一个计数脉冲,二进制数值便加1,输入第8个计数脉冲时计满归零计满归零。作为整体,该电路可称为模模8 8加计数器、或八进制八进制加计数器。作状态转换真值表 异步计数器总是用低位输出推动相邻高位触发器,因此3个触发器的状态只能依次翻转,不能同步。异步计数器结构简单,但计数速度较慢。4电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路作状态转换图5111110101100000001010011表示各位触发器输出数字的排序各位触发器输出二进制数的顺序称为有效循环体有效循环体 从状态转换图中又可直观地看到计数器计数的顺序及“模模”
10、数。由于该计数器循环体中的8个二进制数就是三位触发器输出组合的全部,因此在计数开始前不清零就工作时,也可以由任何一个状态进入有效循环体。我们把这种能够在启动后自动进入有效循环体的能力称为自自启启动动能能力力。如果计数器启动后状态不能自行够进入有效循环体,则称为不具有自启动能力。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路的分析步骤 从上述例子可以归纳出时序逻辑电路的一般分析步骤:确定时序逻辑电路的类型。根据电路中各位触发器是否采用同一个时钟脉冲CP进行触发,可判断电路是同步时序逻辑电路还是异步时序逻辑电路;根据时序逻辑电路除CP端子外是否还有输入信号判断
11、电路是米莱型还是莫尔型。写出已知时序逻辑电路的各相应方程。包括驱动方程、次态方程、输出方程(莫尔型电路不包含输出方程)。当所分析电路属于异步时序逻辑电路时,还需写出各位触发器的时钟方程。绘制状态转换真值表或状态转换图。依据是第2步所写出的各种方程。指出时序逻辑电路的功能。主要根据状态转换真值表或状态转换图的结果。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路对图对图7-4所示时序逻辑所示时序逻辑电路进行分析,写出电路进行分析,写出其功能真值表。其功能真值表。你会做吗?你能正确判断出什你能正确判断出什么是米莱型时序逻辑么是米莱型时序逻辑电路和莫尔型时序逻电路和莫尔型时序
12、逻辑电路吗?辑电路吗?如何区分同步时序如何区分同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路?逻辑电路?试述时序逻辑电试述时序逻辑电路的分析步骤?路的分析步骤?电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路CP1CP1CP2CP2CP3CP3Q3nQ2nQ1nQ3n+1Q2n+1Q1n+111110 0 00 0 12211220 0 10 1 033330 1 00 1 14422440 1 11 0 055551 0 00 0 06633660 0 00 0 177770 0 10 1 08844880 1 00 1 1电子技术基础电子技术基础电子技术基础电
13、子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路回顾l什么叫时序逻辑电路?l时序逻辑电路由哪两部分组成?按电路中触发器状态变化是否同步可分为 电路和 电路。按输出信号的特性又可分为 型和 型。完整地描述时序逻辑电路的逻辑功能,需列写哪三个基本方程?时序逻辑电路的分析步骤分别为哪四步?电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 计数器的种类很多。按其工作方式可分为同步计数器和异步计数器;按其进位制可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器;按其功能又可分为加法计数器、减法计数器和加/减可逆计数器等。一、
14、概念及分类 计数器是时序逻辑电路的具体应用,用来统计并寄存输入脉冲个数,计数器的基本组成单元是各类触发器。计数器中的“数数”是用触发器的状态组合来表示的,在计数脉冲作用下使一组触发器的状态逐个转换成不同的状态组合来表示数的增加或减少,即可达到计数的目的。计数器在运行时,所经历的状态是周期性的,总是在有限个状态中循环,通常将一次循环所包含的状态总数称为计数器的“模模”,用“MM”表示。11.2 集成计数器集成计数器电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 当时序逻辑电路的触发器位数为n,电路状态按二进制数的自然态序循环,经历2n个独立状态时,称此电路为二进制计数器
15、。二、异步二进制计数器的分析CPCPQ0JKQQF1CQ2JKQQF0CRDJKQQF2C结构原理:结构原理:三个JK触发器可构成一个“模8”二进制计数器。触发器F0用时钟脉冲CP触发,F1用Q0触发,F2用Q1触发;三位JK触发器均接成T T触发器让输入端恒为高电平高电平1 1;计数器计数状态下清零端应悬空为“1 1”。(如上一节的分析例题,就是一个三位触发器构成的二进制计数器。)Q1“1”电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路 分析:分析:图中各位触发器均为上升沿触发的D触发器。由于各位D触发器的输入D端与它们各自输出的非联在一起,所以,F0在每一个时钟脉
16、冲上升沿到来时翻转一次。F1在Q0由1变0时翻转,F2在Q1由1变0时翻转,F3在Q2由1变0时翻转。用D触发器构成的异步四位二进制加计数器0 00 00 01 10 00 01 10 00 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 01 10 01 11 10 00 01 11 11 11 10 00 00 01 10 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 11 11 10 00 01 11 10 01 11 11 11 10 01 11 11 11 10 00 00 00 00 00 00 00 0电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序
17、逻辑电路时序逻辑电路三个JK触发器都接成T触发器,连接同一个CP,且前一级输出作为后一级输入,试分析电路功能。各位触发器共用一个CP,因此是同步时序逻辑电路;该电路除CP端子没有其他端子,因此是莫尔型时序电路,结论:同步的莫尔型时序逻辑电路。判断该时序逻辑电路的类型1写出电路的驱动方程和次态方程2驱动方程:电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础时序逻辑电路时序逻辑电路驱动方程代入各位触发器特征方程可得次态方程为:根据次态方程填写状态转换真值表3CPQ2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+1100000120010103010011401110051001016101110711011
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