时序逻辑电路的分析与设计.pptx

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1、1教学基本要求教学基本要求2、熟练掌握时序逻辑电路的分析方法、熟练掌握时序逻辑电路的分析方法1、熟练掌握时序逻辑电路的描述方式及其相互转换。、熟练掌握时序逻辑电路的描述方式及其相互转换。3、熟练掌握时序逻辑电路的设计方法、熟练掌握时序逻辑电路的设计方法4、熟练掌握典型时序逻辑电路计数器、寄存器、移位、熟练掌握典型时序逻辑电路计数器、寄存器、移位寄存器的逻辑功能及其应用。寄存器的逻辑功能及其应用。5、正确理解时序可编程器件的原理及其应用。、正确理解时序可编程器件的原理及其应用。第1页/共201页26.1 6.1 时序逻辑电路的基本概念时序逻辑电路的基本概念6.1.1 时序逻辑电路的模型与分类时序

2、逻辑电路的模型与分类6.1.2 时序电路逻辑功能的表达时序电路逻辑功能的表达第2页/共201页3 6.1.1 6.1.1 时序逻辑电路的模型与分类时序逻辑电路的模型与分类 时序电路由时序电路由组合电路组合电路和和存储电路存储电路两部两部分组成，并形成反馈回路。它是一种在任何时分组成，并形成反馈回路。它是一种在任何时刻输出不仅取决于该电路的输入，而且还与电刻输出不仅取决于该电路的输入，而且还与电路过去输入有关的逻辑电路。路过去输入有关的逻辑电路。时序电路具有以下两个时序电路具有以下两个特点：特点：1.1.时序电路中的时序电路中的存储电路存储电路（通常由触发器（通常由触发器组组 成），具有成），具

3、有记忆过去输入信号记忆过去输入信号的能力。的能力。2.2.存储电路的输出反馈到存储电路的输出反馈到时序电路的时序电路的输入输入端，同输入信号共同决定端，同输入信号共同决定组合组合电路的输出。电路的输出。第3页/共201页4时序逻辑电路的模型时序逻辑电路的模型*电路由组合电路和存储电路组成。电路由组合电路和存储电路组成。*电路存在反馈。电路存在反馈。结构特征结构特征:外部输出（输出）外部输出（输出）内部输出（激励）内部输出（激励）内部输入（状态）内部输入（状态）外部输入（输入）外部输入（输入）第4页/共201页5 组合逻辑部分用来产生电路的组合逻辑部分用来产生电路的输出输出和和“激励激励”；存储

4、；存储元件则用来记忆电路以前时刻的输入情况，并用元件则用来记忆电路以前时刻的输入情况，并用“状态状态”表征。表征。时钟信号时钟信号起同步作用。起同步作用。“状态状态”是同步时序电路的一个重要概念，它表示时是同步时序电路的一个重要概念，它表示时序电路的过去属性。并且，常称电路当前状态为序电路的过去属性。并且，常称电路当前状态为现态现态，用，用 或或 表示（右上标可省），将改变后的状态表示（右上标可省），将改变后的状态称为称为次态次态，用，用 或或 表示。表示。由此可见，由此可见，同步时序电路的输出不仅与当时的输入有同步时序电路的输出不仅与当时的输入有关，而且与过去的输入情况（即现态）有关。关，而

5、且与过去的输入情况（即现态）有关。组合电路和时序电路的主要区别组合电路和时序电路的主要区别区别项区别项组合电路组合电路时序电路时序电路电路特性电路特性输出仅与当前输入有关输出仅与当前输入有关输出与当前输入和现态有关输出与当前输入和现态有关电路结构电路结构不含存储元件不含存储元件含存储元件含存储元件函数描述函数描述用输出函数描述用输出函数描述用输出函数和激励函数描述用输出函数和激励函数描述第5页/共201页6输出方程输出方程:Of1(I，S)激励方程激励方程:Ef2(I，S)状态方程状态方程:Sn+1f3(E，Sn)表达输出信号与输入信号、状态变量的关系式表达输出信号与输入信号、状态变量的关系式

6、表达激励信号与输入信号、状态变量的关系式表达激励信号与输入信号、状态变量的关系式表达存储电路从现态到次态的转换关系式表达存储电路从现态到次态的转换关系式激励输出状态输入第6页/共201页7 时序电路可从不同的角度进行分类：时序电路可从不同的角度进行分类：1.1.若按电路中状态改变的方式来分若按电路中状态改变的方式来分，可分为：，可分为：同步时序电路：同步时序电路：有统一的时钟脉冲，只有在时钟有统一的时钟脉冲，只有在时钟脉冲作用下，时序电路的状态才能发生改变，时钟脉脉冲作用下，时序电路的状态才能发生改变，时钟脉冲起着同步的作用。即冲起着同步的作用。即存储电路里所有触发器有一个存储电路里所有触发器

7、有一个统一的时钟源，它们的状态在同一时刻更新统一的时钟源，它们的状态在同一时刻更新。异步时序电路：异步时序电路：无统一的时钟脉冲无统一的时钟脉冲或没有时钟脉或没有时钟脉冲冲，任何输入信号的变化都可能引起电路状态的改变。，任何输入信号的变化都可能引起电路状态的改变。即电路的状态更新不是同时发生的。即电路的状态更新不是同时发生的。2.2.若按时序电路中输出变量和输入变量之间的关系若按时序电路中输出变量和输入变量之间的关系来分来分，可分为：可分为：MealyMealy（米利）型：（米利）型：输出是输入与现态的函数。输出是输入与现态的函数。MooreMoore（穆穆尔）型：尔）型：输出仅与电路的现态有

8、关。输出仅与电路的现态有关。MooreMoore型电路的特殊情况是无外部输出，而此时，型电路的特殊情况是无外部输出，而此时，电路的状态可看作是电路的输出。电路的状态可看作是电路的输出。第7页/共201页8米利型和穆尔型时序电路米利型和穆尔型时序电路 电路的输出是输入变量电路的输出是输入变量A及触发器输出及触发器输出Q1、Q0 的函数，的函数，这类时序电路亦称为米利型电路这类时序电路亦称为米利型电路 米利型电路米利型电路第8页/共201页9 电路输出仅仅取决于各触发器的状态，而不受电路当时的输入电路输出仅仅取决于各触发器的状态，而不受电路当时的输入信号影响或没有输入变量，这类电路称为穆尔型电路信

9、号影响或没有输入变量，这类电路称为穆尔型电路。穆尔型电路穆尔型电路 第9页/共201页10 组合电路的逻辑功能可以用输出方程（表达式）、真值表组合电路的逻辑功能可以用输出方程（表达式）、真值表和波形图来表达。和波形图来表达。时序电路时序电路的逻辑功能可以用的逻辑功能可以用逻辑方程组、状态表、状态图逻辑方程组、状态表、状态图和时序图和时序图来表达。逻辑方程组包括：来表达。逻辑方程组包括：输出方程组、激励方程组、输出方程组、激励方程组、状态方程组。状态方程组。三组方程、状态表和状态图之间可直接实现相互转换。三组方程、状态表和状态图之间可直接实现相互转换。且且根据其中的任意一种表达方式，都可以画出时

10、序图。根据其中的任意一种表达方式，都可以画出时序图。从理论上讲，有了输出方程组、激励方程组和状态方程组，从理论上讲，有了输出方程组、激励方程组和状态方程组，时序电路时序电路的逻辑功能就可以被唯一地确定了。但实际上仅从这的逻辑功能就可以被唯一地确定了。但实际上仅从这三组方程还不易判断其逻辑功能。尤其是在设计时序电路时，三组方程还不易判断其逻辑功能。尤其是在设计时序电路时，往往很难根据给出的逻辑需求直接写出这三组方程。因此，还往往很难根据给出的逻辑需求直接写出这三组方程。因此，还需要用能直观反映电路状态变化序列全过程的状态表和状态图需要用能直观反映电路状态变化序列全过程的状态表和状态图来帮助。来帮

11、助。6.1.2 6.1.2 时序电路时序电路功能的表达方法功能的表达方法第10页/共201页11 时序电路的输入、输出、现态以及次态之间时序电路的输入、输出、现态以及次态之间的关系的关系可用状态表和状态图来描述。可用状态表和状态图来描述。1.1.状态表（状态转移表）状态表（状态转移表）是以表格的方式来描述同步时序电路的逻辑是以表格的方式来描述同步时序电路的逻辑功能。类似于组合电路中的真值表。又可分为：功能。类似于组合电路中的真值表。又可分为：MealyMealy型电路状态表型电路状态表 MooreMoore型电路状态表型电路状态表第11页/共201页12MealyMealy型电路状态表型电路状

12、态表 其格式如下：其格式如下：次态/输出输入xy次态/输出X=0X=1AD/0C/1BB/1A/0CB/1D/0DA/0B/1现态现态现态现态y某电路的状态表某电路的状态表第12页/共201页13 表格左边列出现态；右边的顶部列出电路输入表格左边列出现态；右边的顶部列出电路输入X X的全的全部组合；表格的内部则列出对应不同输入组合和现态下的部组合；表格的内部则列出对应不同输入组合和现态下的次态次态 及输出及输出Z Z。该表该表读作读作：处于状态处于状态y y的同步时序电路，当输入为的同步时序电路，当输入为X X时，时，在时钟脉冲作用下，电路进入次态在时钟脉冲作用下，电路进入次态 且输出为且输出

13、为Z Z。如：某时序电路有一个输入如：某时序电路有一个输入X X，一个输出，一个输出Z Z，两个状态，两个状态变量变量y2 y2 和和y1y1。电路输入的全部组合共有两个（。电路输入的全部组合共有两个（“0 0”和和“1 1”）。电路的全部状态共有四个，即）。电路的全部状态共有四个，即 y2 y1=00 y2 y1=00 （记为（记为A A）y2 y1=01 y2 y1=01 （记为（记为B B）y2 y1=10 y2 y1=10 （记为（记为C C）y2 y1=11 y2 y1=11 （记为（记为D D）并且该电路的状态表如前页所示。并且该电路的状态表如前页所示。从状态表中可知：若电路的初始

14、状态为从状态表中可知：若电路的初始状态为A A，当输入，当输入X X=1=1 时，在时钟脉冲的作用下，电路将进入次态时，在时钟脉冲的作用下，电路将进入次态C C，且输，且输出出Z=1Z=1。若输入。若输入X X 又由又由1 1变为变为0 0，则在时钟脉冲到来时，则在时钟脉冲到来时，电路的次态变为电路的次态变为B B，且输出，且输出Z Z为为1 1。进一步讨论。进一步讨论。第13页/共201页14 若电路的输入序列为：若电路的输入序列为：X X：1 0 1 0 0 1 1 01 0 1 0 0 1 1 0初态为初态为A A则则与每与每个输入信号对应的状态转换及输出响应序列如下：个输入信号对应的状

15、态转换及输出响应序列如下：时钟脉冲：1 2 3 4 5 6 7 8输入序列X：1 0 1 0 0 1 1 0状态转 y：A C B A D A C D换序列 ：C B A D A C D A 输出响应序列Z：1 1 0 0 0 1 0 0注：注：电路的现态和次态是针对某一时刻而言的，且该时刻的电路的现态和次态是针对某一时刻而言的，且该时刻的次态次态即为下一时刻的现态。即为下一时刻的现态。若电路的初态不同，则尽管输入序列相同，状态转换序若电路的初态不同，则尽管输入序列相同，状态转换序列和列和输出响应序列也将不同。输出响应序列也将不同。第14页/共201页15现态次态输出输出xyz 且读作：处于状

16、态且读作：处于状态y y的同步时序电路，输出为的同步时序电路，输出为Z Z；当输入；当输入为为X X时，在时钟脉冲作用下，电路进入时，在时钟脉冲作用下，电路进入 （次态）。（次态）。注：注：MooreMoore型电路的当前输出由现态确定。型电路的当前输出由现态确定。MooreMoore型电路状态表型电路状态表 由于由于MooreMoore型电路的输出仅与现态有关。即不论输入如型电路的输出仅与现态有关。即不论输入如何变化，对一个给定的现态，总有相同的输出。故将输出何变化，对一个给定的现态，总有相同的输出。故将输出单独作为一列。其状态表格式如下单独作为一列。其状态表格式如下：第15页/共201页1

17、6如：如：某某MooreMoore型电路的状态表如右型电路的状态表如右所示：所示：当电路处于态时，电路输出当电路处于态时，电路输出为；若为；若 =1=1（输入），则在脉（输入），则在脉冲到来时，电路进入状态，此时，冲到来时，电路进入状态，此时，电路的输出为；若则电路电路的输出为；若则电路将进入状态。此时电路的输出将进入状态。此时电路的输出（在状态）为。（在状态）为。现态y次态输出X=0X=1ACB0BBC1CBA0设电路的初态为，输入序列为：设电路的初态为，输入序列为：则与每个输入信号对应的状态转换和输出响应序列如下：则与每个输入信号对应的状态转换和输出响应序列如下：时钟脉冲：时钟脉冲：输入序

18、列：输入序列：y y：状态转换状态转换 ：序列序列输出序列：输出序列：结论：结论：只要给定状态表及电路的初始状态，便可求出在输入序列作用下电路只要给定状态表及电路的初始状态，便可求出在输入序列作用下电路的输出响应序列和状态转换序列。的输出响应序列和状态转换序列。初始状态初始状态第16页/共201页17状态图（状态转换图）状态图（状态转换图）它是它是用图形对时序电路进行描述用图形对时序电路进行描述。是是一种一种反反映映同同步时序电路步时序电路状态转换规律及相应输入、输出取值关状态转换规律及相应输入、输出取值关系系的有向图的有向图。在图中可见状态的转换方向和条件。也在图中可见状态的转换方向和条件。

19、也可可分为：分为：MealyMealy型型MooreMoore型型 两种。两种。第17页/共201页18 每一个状态用一个圆圈来代表，圈内用字母或数字表每一个状态用一个圆圈来代表，圈内用字母或数字表示该状态的名称，用还箭头的直线或弧线表示状态转换关系，示该状态的名称，用还箭头的直线或弧线表示状态转换关系，并将引起这一转换的输入条件并将引起这一转换的输入条件X X以及在该输入和现态下的相应以及在该输入和现态下的相应输出标注在有向线段的旁边，输出标注在有向线段的旁边，箭头的起点表示现态，终点表箭头的起点表示现态，终点表示次态示次态。如：。如：MealyMealy型状态图型状态图，其形式如下所示：，

20、其形式如下所示：x/z输入条件输入条件 输出输出现态现态 次态次态ABDC0/00/01/01/00/11/11/10/1某某MEALYMEALY型电路的型电路的状态图状态图由左图可知：由左图可知：若电路处于状若电路处于状态态B B，则当输入，则当输入X=1 X=1 时，电时，电路输出路输出Z=0Z=0。第18页/共201页19MooreMoore型状态图型状态图 与与MealyMealy型类似，图中用圆圈表示电路型类似，图中用圆圈表示电路的状态，连接圆圈的有向线段表示状态的转的状态，连接圆圈的有向线段表示状态的转换关系，引起状态转换的输入条件换关系，引起状态转换的输入条件X X标注在有标注在

21、有向线段旁边，但向线段旁边，但电路的输出标注在状态圈内。电路的输出标注在状态圈内。如下所示：如下所示：x 现态现态 次态次态 Moore Moore 型状态图形式型状态图形式输出输出第19页/共201页20如：如：某某Moore Moore 型状态图为型状态图为 从状态图可看出，当电路处于从状态图可看出，当电路处于A A时，电路输出为时，电路输出为0 0，此时此时若输入为若输入为0 0，则电路将由，则电路将由A A状态转换到状态状态转换到状态C C，且新的输出，且新的输出值值为为0 0；若输入为；若输入为1 1，则电路状态将由，则电路状态将由A A转换至转换至B B，且新的输，且新的输出出值为

22、值为1 1。结论：结论：用用状态图描述同步时序电路的逻辑功能直观、形象状态图描述同步时序电路的逻辑功能直观、形象。它与状态表一样，它与状态表一样，是分析和设计同步时序电路的重要工是分析和设计同步时序电路的重要工具具。A/0C/0B/1101010第20页/共201页21同一时序电路的状态图与状态表可相互转换同一时序电路的状态图与状态表可相互转换。如：。如：状态图与状态表的转换关系状态图与状态表的转换关系现态次态/输出x=0X=1AB/1C/0BB/0A/1CA/0C/0ACB0/11/10/01/00/01/0第21页/共201页22输出方程输出方程激励方程组激励方程组 状态状态方程组方程组1

23、.1.逻辑方程组逻辑方程组例：例：下面通过实例来讨论时序电路逻辑功能的四种表达方法。下面通过实例来讨论时序电路逻辑功能的四种表达方法。第22页/共201页23状态转换真值表状态转换真值表100010001100000000YA010100011100010111011101001110输出方程输出方程状态状态方程组方程组(1)根据方程组列出根据方程组列出状态转换真值表状态转换真值表第23页/共201页24（2）将）将状态转换真值表状态转换真值表转换为状态表转换为状态表0 1/00 0/11 11 1/00 0/11 01 0/00 0/00 00 1/00 0/10 1状态表状态表A=1A=0

24、状态转换真值表状态转换真值表010100011100010111011101001110100010001100000000YA第24页/共201页25状态表状态表0 1/00 0/11 11 1/00 0/11 01 0/00 0/00 00 1/00 0/10 1A=1A=00/01/00/11/00/11/00/11/0(3)根据状态表画出状态图根据状态表画出状态图状态图状态图第25页/共201页26（4）根据状态表画出根据状态表画出时序图（时序图（波形图波形图）时序逻辑电路的四种描述方式是可以相互转换的。时序逻辑电路的四种描述方式是可以相互转换的。状态表状态表0 1/00 0/11 1

25、1 1/00 0/11 01 0/00 0/00 00 1/00 0/10 1A=1A=0波形图波形图从波形图可以看出从波形图可以看出:输出输出Y Y不受时钟脉冲的影响。不受时钟脉冲的影响。第26页/共201页276.2 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析6.2.1 分析同步时序逻辑电路的一般步骤分析同步时序逻辑电路的一般步骤6.2.2 同步时序逻辑电路分析举例同步时序逻辑电路分析举例第27页/共201页28时序逻辑电路分析的任务：时序逻辑电路分析的任务：分析时序逻辑电路在输入信号的作用下，其状态和输分析时序逻辑电路在输入信号的作用下，其状态和输出信号变化的规律，进而确定电路的逻辑功能。出信

26、号变化的规律，进而确定电路的逻辑功能。6.2 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析 时序电路的逻辑功能是由其状态和输出信号的变化的规时序电路的逻辑功能是由其状态和输出信号的变化的规律呈现出来的。所以律呈现出来的。所以,分析过程主要是列出电路状态表或画分析过程主要是列出电路状态表或画出状态图、工作波形图。出状态图、工作波形图。分析过程的主要表现形式分析过程的主要表现形式:第28页/共201页296.2.1 分析同步时序逻辑电路的一般步骤分析同步时序逻辑电路的一般步骤:1.了解电路的组成；了解电路的组成；电路的输入、输出信号、触发器的类型等。电路的输入、输出信号、触发器的类型等。.确定电路的逻辑功

27、能。确定电路的逻辑功能。3.列出状态转换表或画出状态图和波形图；列出状态转换表或画出状态图和波形图；2.根据给定的时序电路图根据给定的时序电路图,写出下列各逻辑方程式：写出下列各逻辑方程式：()输出方程；输出方程；()各触发器的激励方程各触发器的激励方程;（3）状状态态方方程程:将将每每个个触触发发器器的的驱驱动动方方程程代代入入其其特特性性方程得状态方程。方程得状态方程。第29页/共201页30例例1 1 试分析如图所示时序电路的逻辑功能。试分析如图所示时序电路的逻辑功能。6.2.2 同步时序逻辑电路分析举例同步时序逻辑电路分析举例电路是由两个电路是由两个T 触发器组成的同步时序电路。触发器

28、组成的同步时序电路。解：解：(1)(1)了解电路组成。了解电路组成。第30页/共201页31(2)根据电路列出三个方程组根据电路列出三个方程组激励方程组激励方程组:T0=A T1=AQ0 输出方程组输出方程组:Y=AQ1Q0 将激励方程组代入将激励方程组代入T触发器的特性方程得触发器的特性方程得状态方程组状态方程组:第31页/共201页32(3)(3)根据状态方程组和输出方程列出状态表根据状态方程组和输出方程列出状态表Y=A Q1Q00 0/11 1/01 11 1/01 0/01 01 0/00 1/00 10 1/00 0/00 0A=1A=0状态表状态表第32页/共201页33(4)画出

29、状态图画出状态图0 0/11 1/01 11 1/01 0/01 01 0/00 1/00 10 1/00 0/00 0A=1A=0第33页/共201页340 0/11 1/01 11 1/01 0/01 01 0/00 1/00 10 1/00 0/00 0A=1A=0(5)画出时序图画出时序图 若输入若输入A A存在较大噪声，这可能错误地触发进位操作。存在较大噪声，这可能错误地触发进位操作。如果删除电路图中如果删除电路图中A A和与门和与门G2G2输入之间的连线，将电路转换输入之间的连线，将电路转换为穆尔型，使输出信号仅取决于电路的状态，其变化始终为穆尔型，使输出信号仅取决于电路的状态，其

30、变化始终与时钟同步，而输入信号与时钟同步，而输入信号A A影响电路状态的时间仅限于影响电路状态的时间仅限于CPCP脉脉冲上升沿前后的瞬间，从而提高电路的抗干扰性能。冲上升沿前后的瞬间，从而提高电路的抗干扰性能。第34页/共201页35(6)逻辑功能分析逻辑功能分析 观察状态图和时序图可知，电路是一个由信号观察状态图和时序图可知，电路是一个由信号A控制的可控控制的可控二进制计数器二进制计数器。当。当A=0时停止计数，电路状态保持不变；时停止计数，电路状态保持不变；当当A=1时，在时，在CP上升沿到来后电路状态值加上升沿到来后电路状态值加1，一旦计数到，一旦计数到11状态，状态，Y 输出输出1，且

31、电路状态将在下一个，且电路状态将在下一个CP上升沿回到上升沿回到00。输出信号输出信号Y的下降沿可用于触发进位操作。的下降沿可用于触发进位操作。该电路也是该电路也是序列信号检测器序列信号检测器。用来检测同步脉冲信号序。用来检测同步脉冲信号序列列A A中中1 1的个数，一旦检测到四个的个数，一旦检测到四个1 1状态（这四个状态（这四个1 1状态可以不状态可以不连续），电路则输出高电平。连续），电路则输出高电平。第35页/共201页36例例2 2 试分析如图所示时序电路的逻辑功能。试分析如图所示时序电路的逻辑功能。电路是由两个电路是由两个JK触发器组成的莫尔型同步时序电路。触发器组成的莫尔型同步时

32、序电路。解：解：(1)(1)了解电路组成。了解电路组成。J2=K2=X Q1 J1=K1=1Y=Q2Q1(2)(2)写出下列各逻辑方程式：写出下列各逻辑方程式：输出方程输出方程:激励方程激励方程:第36页/共201页37J2=K2=X Q1 J1=K1=1将激励方程代入将激励方程代入JK触发器的特性方程得触发器的特性方程得状态方程状态方程:整理得：整理得：FF2FF1第37页/共201页38(3)(3)列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图Y=Q2Q1 1 11 00 10 0X=1X=0状态转换表状态转换表1 0/10 0/10 1/01 1/00

33、0/01 0/01 1/00 1/0第38页/共201页39状态图状态图 1 0/10 0/11 10 1/01 1/01 00 0/01 0/00 11 1/00 1/00 0X=1X=0画出状态图画出状态图第39页/共201页40根据状态转换表，画出根据状态转换表，画出波形图波形图。11 0 0 0 1 100 1 1 1 1 000 0 1 0 0 101 10 10 0A=1A=0Z1 10 00 01 11 11 10 00 01 11 10 01 11 10 0Q2Q1第40页/共201页41X=0时时电路功能：电路功能：可逆计数器可逆计数器 X=1时时Y可理解为进位或借位端。可理

34、解为进位或借位端。电路进行加电路进行加1 1计数计数电路进行减电路进行减1 1计数计数 。()确定电路的逻辑功能确定电路的逻辑功能.第41页/共201页42例例3 分析下图所示的同步时序电路。分析下图所示的同步时序电路。激励方程组激励方程组输出方程组输出方程组 Z0=Q0 Z1=Q1 Z2=Q2解：解：（1）根据电路列出逻辑方程组）根据电路列出逻辑方程组:第42页/共201页43得状态方程得状态方程（2 2）列出其状态表）列出其状态表将激励方程代入将激励方程代入D 触发器的特性方程得触发器的特性方程得状态方程：状态方程：1 1 01 1 11 0 01 1 00 1 01 0 10 0 11

35、0 01 1 00 1 11 0 00 1 00 1 00 0 10 0 10 0 0状态表状态表第43页/共201页44（3）画出状态图）画出状态图 1 1 01 1 11 0 01 1 00 1 01 0 10 0 11 0 01 1 00 1 11 0 00 1 00 1 00 0 10 0 10 0 0状态表状态表状态图状态图第44页/共201页45（4）画出时序图画出时序图第45页/共201页46由状态图可见，电路的有效状态是三位循环码。由状态图可见，电路的有效状态是三位循环码。从时序图可看出，电路正常工作时，各触发器的从时序图可看出，电路正常工作时，各触发器的Q端轮流出现端轮流出现

36、一个宽度为一个一个宽度为一个CP周期脉冲信号周期脉冲信号,循环周期为循环周期为3TCP。电路的功能。电路的功能为为脉冲分配器脉冲分配器或或节拍脉冲产生器节拍脉冲产生器。（5）逻辑功能分析）逻辑功能分析第46页/共201页476.3 6.3 同步时序逻辑电路的设计同步时序逻辑电路的设计6.3.1 设计同步时序逻辑电路的一般步骤6.3.2 同步时序逻辑电路设计举例第47页/共201页486.3 6.3 同步时序逻辑电路的设计同步时序逻辑电路的设计 同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据其任务是根据实际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的电路。实

37、际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的电路。6.3.1 6.3.1 设计同步时序逻辑电路的一般步骤设计同步时序逻辑电路的一般步骤同步时序电路的设计过程：同步时序电路的设计过程：若给定的电路比较典型，则可跳过其中的一些步骤，即若给定的电路比较典型，则可跳过其中的一些步骤，即2 2、3 3步骤是可省的。（已为最简状态或状态编码方案已给定时）步骤是可省的。（已为最简状态或状态编码方案已给定时）第48页/共201页49 直接从设计要求的文字描述得到的状态图称为直接从设计要求的文字描述得到的状态图称为原始状态图。原始状态图。建立原始状态图的过程，就是对设计要求进行分析的过程。建立原始状态图的过程，

38、就是对设计要求进行分析的过程。状状态图用图形的形式反映了同步时序电路的逻辑特性，这一步态图用图形的形式反映了同步时序电路的逻辑特性，这一步是是极其重要的，它是时序电路设计的基础。若建立的原始状态极其重要的，它是时序电路设计的基础。若建立的原始状态图图不能正确反映设计要求，则整个设计工作都将建立在错误的不能正确反映设计要求，则整个设计工作都将建立在错误的基基础上，导致的最后结果也将是错误的。础上，导致的最后结果也将是错误的。原始状态图不一定是最简单的，主要着眼于原始状态图不一定是最简单的，主要着眼于正确性正确性，不能，不能漏漏掉一个状态，至于所设定的状态是否多余，则不必过多考虑。掉一个状态，至于

39、所设定的状态是否多余，则不必过多考虑。下面对以上的具体步骤分别加以具体的讨论。下面对以上的具体步骤分别加以具体的讨论。一、根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表一、根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表第49页/共201页501.1.分析命题，确定电路的输入个数与输出个数，并用字母分析命题，确定电路的输入个数与输出个数，并用字母表示之。表示之。2.2.确定电路中有多少个输入信息需要记忆，并对每个需要确定电路中有多少个输入信息需要记忆，并对每个需要记忆的输入信息用一个状态来表示记忆的输入信息用一个状态来表示（该状态可用字母或（该状态可用字母或数字表示）。数字表示）。3.3.从假定的一

40、个初态开始，每加入一个输入信号，就用其从假定的一个初态开始，每加入一个输入信号，就用其次态次态“记忆记忆”下来，并标出相应的输出值。下来，并标出相应的输出值。该次态可能该次态可能是现态，也可能是已设定的另一个状态，或者为新增加是现态，也可能是已设定的另一个状态，或者为新增加的状态。该过程一直继续下去，直到每一个现态向次态的状态。该过程一直继续下去，直到每一个现态向次态的转换均被考虑，且不再出现新的状态为止。的转换均被考虑，且不再出现新的状态为止。建立原始状态图的过程大致如下建立原始状态图的过程大致如下：下面举例来说明如何建立原始状态图。下面举例来说明如何建立原始状态图。第50页/共201页51

41、例例1.1.某序列检测器有一个输入端某序列检测器有一个输入端x x与一个输出端与一个输出端z z，从，从x x输入的一组按时间顺序排列的串行二进制码，当输入序输入的一组按时间顺序排列的串行二进制码，当输入序列出现列出现101101时，输出时，输出z z1 1，否则为，否则为0 0，试作出该序列检测，试作出该序列检测器的器的MealyMealy型和型和MooreMoore型的状态图和状态表。型的状态图和状态表。解：解：根据题意，可得该电路的框图如下所示，根据题意，可得该电路的框图如下所示，且该电路的典型输入输出波形如下：且该电路的典型输入输出波形如下：序列检测器序列检测器x时钟时钟123456时

42、钟：X：110101Z：000101 z第51页/共201页52 若该序列检测器为若该序列检测器为MealyMealy型电路，则其设计步骤如下：型电路，则其设计步骤如下：1.1.根据所要检测的序列决定各个状态根据所要检测的序列决定各个状态 因该电路的功能为检测因该电路的功能为检测101101序列，故一旦输入序列中序列，故一旦输入序列中出出现了现了1 1便要记下来；接着再看输入是否为便要记下来；接着再看输入是否为0 0；若是，则也；若是，则也记下记下来；记住来；记住1010后，再最后看输入是否为后，再最后看输入是否为1 1，若是，则输出，若是，则输出1 1。即即电路必须记住电路必须记住1 1，1

43、010和和101101这这3 3种输入情况，且将这三种输种输入情况，且将这三种输入入情况与电路的一个状态相对应。情况与电路的一个状态相对应。若设电路的初态为若设电路的初态为S0S0，用，用S1S1表示收到了输入为表示收到了输入为1 1时的时的电路电路状态；状态；S2S2表示收到表示收到1010时的电路状态；时的电路状态；S3S3表示收到表示收到101101时电时电路路的状态，则有四个状态，如下图：的状态，则有四个状态，如下图：S0S1S2S3图图a a第52页/共201页53S3S0S1S21/10/01/0图图b b2.2.确定主干状态的转移及输出确定主干状态的转移及输出 上面已确定电路的主

44、干状态为上面已确定电路的主干状态为S1S1，S2S2和和S3S3，电路的初始状，电路的初始状态为态为S0S0。若第一个输入为若第一个输入为1 1，则可能是检测序列，则可能是检测序列101101的第一个数码，的第一个数码，输出为输出为0 0，状态从，状态从S0S0转移到转移到S1S1，表示电路已收到检测序列的第一，表示电路已收到检测序列的第一个数码；若第二个输入为个数码；若第二个输入为0 0，则输出为，则输出为0 0，状态从，状态从S1S1转到转到S2S2，表，表示已收到示已收到1010序列；如果第三个输入为序列；如果第三个输入为1 1，则输出应为，则输出应为1 1（因为此（因为此时电路已经收到

45、时电路已经收到101101序列，状态从序列，状态从S2S2转至转至S3S3，如上图，如上图b b：第53页/共201页54S3S2S1S00/00/01/10/00/01/01/01/03.3.进一步完善原始状态图进一步完善原始状态图 由于该电路只有一个输入变由于该电路只有一个输入变量，故从每个现态出发，可能有量，故从每个现态出发，可能有两个转移方向，故须对图两个转移方向，故须对图b b完善。完善。当电路处于当电路处于S0S0时，若输入为时，若输入为0 0，则输出为，则输出为0 0，且电路保持原态。，且电路保持原态。（因从（因从0 0开始输入序列不是要检开始输入序列不是要检测的序列）。测的序列

46、）。当电路处于当电路处于S1S1时，若输入为时，若输入为1 1，则输出为，则输出为0 0，且状态保持不，且状态保持不变。（因为它可能是又一个变。（因为它可能是又一个101101序列的开始）序列的开始）当电路处于当电路处于S2S2时，若输入为时，若输入为0 0，则输出为，则输出为0 0，且状态转移至，且状态转移至S0S0，以便重新开始检测。，以便重新开始检测。当电路处于当电路处于S3S3时，若输入为时，若输入为1 1，则可能是又一个，则可能是又一个101 101 序列的序列的开始，因此电路应从状态开始，因此电路应从状态S3S3转移到转移到S1S1，若输入为，若输入为0 0，则应从，则应从S3S3

47、转转移至移至S2S2（注（注:不是转移至不是转移至S0S0），），因为此时的因为此时的0 0可能为可能为101101的序列中的序列中的的0 0，故完整的原始状态图见图，故完整的原始状态图见图c c所示。所示。图图c c第54页/共201页55次态次态/输出输出X=0X=1S0S0/0S1/0S1S2/0S1/0S2S0/0S3/1S3S2/0S1/0S3S2S1S00/00/01/10/00/01/01/01/0现态现态由状态图可以方便地作出状态表如下：由状态图可以方便地作出状态表如下：第55页/共201页56 若按若按MooreMoore型电路设计，其过程与型电路设计，其过程与MealyMe

48、aly型的相似。设初态型的相似。设初态为为S0S0，由于，由于MooreMoore型电路的输出仅与现态有关，故输出标在圈型电路的输出仅与现态有关，故输出标在圈内，详见下图所示：内，详见下图所示：S3/1S2/0S1/0S0/000100111次态X=0X=1S0S0S10S1S2S10S2S0S30S3S2S11状态图状态图状态表状态表现态输出第56页/共201页57例例2.2.某一引爆电路的框图如图某一引爆电路的框图如图a a所示，图中的所示，图中的x x为一启为一启动开关。当动开关。当x=1x=1时，在四个时钟脉冲的作用下，使电路时，在四个时钟脉冲的作用下，使电路的输出为的输出为z=1z=

49、1。以此触发炸药包的爆炸。其输入。以此触发炸药包的爆炸。其输入/输出之输出之间的关系如图间的关系如图b b所示。试作出该引爆电路的状态图及状所示。试作出该引爆电路的状态图及状态表。态表。xCPzCPx01111z图图a a图图b b引爆引爆电路电路第57页/共201页58解：解：根据题意，设电路的初态为根据题意，设电路的初态为S0S0，因电路需记忆住，因电路需记忆住4 4个连续个连续的的1 1信号，故需增设状态信号，故需增设状态S1,S2S1,S2和和S3S3，用其分别表示电路收到的，用其分别表示电路收到的1 1个个1 1，2 2个个1 1和和 3 3个个1 1的状态。当收到第四个的状态。当收

50、到第四个1 1时，便输出一个脉时，便输出一个脉冲（冲（Z Z1 1），使炸药爆炸，故电路的最后一个状态可用任意状），使炸药爆炸，故电路的最后一个状态可用任意状态态d d表示。表示。由题意可知，一旦引爆序列开始（即由题意可知，一旦引爆序列开始（即x=1x=1），则要继续下），则要继续下去，不能中断（即去，不能中断（即x x0 0），直到），直到z=1z=1（引爆）（引爆）为止，故引爆电为止，故引爆电路的状态图如下：路的状态图如下：状态图状态图dS3S2S1S01/01/00/01/01/1第58页/共201页59 由状态图可得状态表如下所示：由于电路处于状态由状态图可得状态表如下所示：由于电路处