数电第六章时序逻辑电路.ppt

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1、 组合电路与时序电路的区别1.组合电路：电路的输出只与电路的输入有关，与电路的前一时刻的状态无关。2.时序电路：电路在某一给定时刻的输出取决于该时刻电路的输入还取决于前一时刻电路的状态由触发器保存时序电路：组合电路+触发器电路的状态与时间顺序有关1 时序电路必然具有记忆功能，因而组成时序电路的基本单元是触发器。定义：在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关者，都叫做时序逻辑电路，简称时序电路。组合逻辑电路存储功能.XYYZQ2 时序电路的分类1.输出Y（tn）与现态Q（tn）及输入X（tn）的关系分：Y（tn）=FQ（tn）穆尔型（Moore）电路

2、FX（tn），Q（tn）米里型（Mealy）2.从控制时序状态的脉冲源来分：时序电路同步：异步：存储电路里所有触发器由一个统一的时钟脉冲源控制没有统一的时钟脉冲3时序电路的逻辑功能可以用状态方程、状态图、状态表、时序图四种方法来表示，这几种表示方法是等价的，并且可以相互转换。1.状态方程表明时序电路中触发器状态转换条件的代数表示方式 例如有两个触发器F1、F2，其中F2的状态方程为:Q2n+1=XQ1+XQ2Q1，则表明当X=1、Q1=0或X=0、Q2Q1=11时，F2的次态Q2n+1=1 时序电路的逻辑功能描述方法42.状态图-反映时序电路转移规律以及相应输入、输出情况的图形称为状态图或状态

3、转换图。状态图中每个圆圈表示一个状态，带箭头的弧线表示状态转移方向、转移线旁标注出转移的外输入条件和当前的外输出情况。5 Moore型和Mealy型电路的状态图表示方法不同 Mealy型电路的外输出Z=fx、Q，故Z标在箭头旁 Moore型电路的外输出Z=fQ，故Z标在状态图内600 0111 101/0 0/0 0/01/10/01/00/0(图a)箭头旁标注的是外输入X和外输出YMealy型状态图X/Y7Moore型状态图00/0 01/010/1 11/1X01101 100000 001010011 100图(b)图(c)注意：图（c）没有外输入，时钟来后状态无条件转移83.状态表反映

4、时序电路中外输出及各个触发器次态Qn+1与外部输入信号、现态Qi之间逻辑关系的表格，也称状态转换表。Q2n+1Q1n+1/zXQ2Q10 00 11 11 00 101/010/000/011/111/100/010/001/0（a）Mealy型Q2n+1Q1n+1XQ2Q10 00 11 11 00 10110001111001001Z0010（b）Moore型在图（b）Moore状态表中的Z仅取决于当前状态，所以可以单独列出94.时序图-是反映时序电路的输出Z和内部状态Q随时钟和输入信号变化的工作波形。Q2n+1Q1n+1/zXQ2Q10 00 11 11 00 101/010/000/0

5、11/111/100/010/001/0（a）状态表 我们已经知道图（a）是Mealy型电路的状态表，在这里又给出其状态图、时序图，分别如下一页的（A）、（B）所示。1000 0110 110/00/01/01/01/00/00/11/1状态图（A）CPXQ2Q1Z时序图（B）X/Z 1)波形图中每个节拍的次态可根据状态表的现态和X确定，例如现态Q2Q1=00，X=0时其次态Q2n+1Q1n+1=01;2)外输出Z=XQ2Q1+XQ2Q1,它是组合电路的输出,当XQ2Q1=100或010时，Z立即为1。11写各触发器的驱动方程写电路的输出方程写触发器的状态方程作状态转换表及状态转换图作时序波形

6、图得到电路的逻辑功能同步时序电路的分析方法输入端的表达式，如T、J、K、D。组合电路的输出特性方程描述输入与状态转换关系的表格画出时钟脉冲和输入作用下的输出、状态波形图12例：已知某同步时序电路的逻辑图，分析电路的逻辑功能。解：1.写出各触发器的驱动方程和电路的输出方程。驱动方程：T1=XQ1nXT2=XQ1n输出方程:XQ1nQ2nZ=XQ2nQ1n2.写状态方程T触发器的特性方程为：将T1n、T2n代入则得到两个触发器的状态方程133.作出电路的状态转换表及状态转换图描述输入与状态转换关系的表格现 入X现 态Q2n Q1n现控制入T2 T1次 态Q2n+1 Q1n+1现输出Z输入：输入信号

7、、触发器的输入及现态量输出：触发器的次 态及组合输出Z填表方法：0 00 100001 01 111110 00 11 01 10 0 0 0 0T1=XT2n=XnQ1nZ=XQ2nQ1nX Q2n Q1n 所有组合求T1，T2，Z由状态方程求Q2 n+1 Q1 n+1T1=XT2=XQ1n0 1Z=XQ2nQ1n0 0 10 1 0 0 01 0 0 0 01 1 0 0 01 0 1 0 01 1 1 1 00 0 0 0 114现 入X=现 态Q2n Q1n现控制入T2 T1次 态Q2n+1 Q1n+1现输出Z0 00 100001 01 111110 00 11 01 10 0 0

8、0 00 10 0 10 1 0 0 01 0 0 0 01 1 0 0 01 0 1 0 01 1 1 1 00 0 0 0 1由状态表绘出状态图电路状态转换条件转换方向00 0110 111/01/11/0X/Z1/00/0 0/00/00/015由状态图得电路的逻辑功能：电路是一个可控4进制计数器。X端是控制端，时钟脉冲作为计数脉冲输入。X=1 初态为00时，实现4进制加计数;X=0时保持原态。电路属于米莱型、可控4进制计数器。输出不仅取决于电路本身的状态，而且也与输入变量X有关。00 0110 111/01/11/0X/Z1/00/0 0/00/00/0164.作时序波形图初始状态Q2

9、nQ1n为00，输入X 的序列为1111100111。X=1，4进制加计数X=0保持原态010010111000010010 001010X=1，4进制加计数17写各触发器的驱动方程写电路的输出方程写触发器的状态方程作状态转换表及状态转换图作时序波形图得到电路的逻辑功能同步时序电路的分析方法简单的电路可直接绘出状态转换图无要求可不画同步时序电路分析18练习1：试分析下图时序电路的逻辑功能。解：1）输出方程 Y=Q3Q22）驱动方程J3=Q2Q1；J1=Q3Q2；K2=Q3 Q1 3)状态方程=Q3Q2 Q1=Q2Q1+Q3Q2Q1=Q3Q2Q1+Q3Q2Q1n+1=J1Q1+K1Q1Q2n+1

10、=J2Q2+K2Q2Q3n+1=J3Q3+K3Q3 K1=1J2=Q1；K3=Q2=（Q3+Q2）Q1Q3 Q2Q1YCP1J1K1J1K1J1K&1&Q3 Q2Q1C1C1C1194）状态转换表CP的顺序Q3 Q2 Q1 Y 设：0 0 0 0 设：0 1 1 1 则：1 0 0 0Q1n+1Q2n+1Q3n+1=Q2Q1+Q3Q2Q1=Q3Q2Q1+Q3Q2=（Q3+Q2）Q1Y=Q3Q2 则：1 0 012 0 1 03 0 1 14 10 05 1 0 16 1 10000000170 0 0 0已知：205）状态转换图000001 010 011100 101 110 111/0/1

11、Q3Q2Q1/Y/0/0/0/0/0/16）时序图CPtQ3tYtQ2t7、分析电路的功能 8、检查自启动由状态转换表知，此电路能自启动。1 2 3 4 5 6 7Q1t 随CP的输入，电路循 环输出七个稳定状态，所以是七进制计数器。Y端的输出是此七进制 计数器的进位脉冲。11000021输出方程：输出与输入有关，为米利型时序电路。驱动方程：1写方程式练习2：222求状态方程T触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：233计算、列状态表2445电路功能由状态图可以看出，当输入 X 0时，在时钟脉冲 CP的作用下，电路的4个状态按递增规律循环变化，即：0001101100

12、当 X1时，在时钟脉冲 CP的作用下，电路的4个状态按递减规律循环变化，即：0011100100可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功能，是一个2位二进制同步可逆计数器。画状态图时序图256-3 若干常用的时序逻辑电路6-3-1 寄存器和移位寄存器6-3-2 计数器6-3-3 顺序脉冲发生器261.数码寄存器寄存器是用来暂时存放数据或指令的电路单元。四位数码寄存器一、寄存器6.3.1 寄存器和移位寄存器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3R取数脉冲接收脉冲(CP)27工作过程：接收脉冲到达后，将待存数据送至各D触发器，取数脉冲加入后将所存数据送出。若输入：1 0

13、 0 10 0 0 0 存入：1 0 0 1 存数指令CPQ0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2D31D R 1D R 1D R 1D RRD282 移位寄存器 所谓“移位”，就是将寄存器所存各位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器 和 双向移位寄存器三种：寄存器左移(a)寄存器右移(b)寄存器双向移位(c)29 根据移位数据的输入输出方式，又可将它分为串行输入串行输出、串行输入并行输出、并行输入串行输出和并行输入并行输出四种电路结构：FF FF FF FFFF FF FF FFFF FF FF FFFF FFFFFF串入串出串入并

14、出并入串出并入并出30(1)、左移位电路组成（从Q3 向Q0移)Q0端是串行输出端；DIL是左移数据输入端；1DC1FFDQ31DC1FFCQ21DC1FFBQ11DC1FFAQ0CPDILQ0Q1Q2Q3 端是并行输出端。工作过程例如：要移入D0D1D2D3左移状态表Q0 Q1 Q2 Q3 DIL CP顺序X X X D0 X X D0 D1X D0 D1 D2D0 D1 D2 D3 4个CP过后，D 0 D 1 D 2 D 3移入D0 1D1 2D2 3D3 431欲存入数码1011：10 1 1采用串行输入 只有一个数据输入端？解决的办法：在 4个CP脉冲的作用下，依次送入数码。由于该电

15、路为一右移寄存器，数码输入顺序为：1 0 1132CPQ4 Q3 Q2 Q1欲存入数码1011，即D1D2D3D4=10111 1(D1)0 0 02 0(D2)1(D1)0 03 1(D3)0(D2)1(D1)04 1(D4)1(D3)0(D2)1(D1)1011333、集成双向移位寄存器74LS194Q0 Q1 Q2 Q3CPS1S074LS194RDD0 D1 D2 D3DIRDIL功能表：RD S1 S0 工作状态 0 x x 清零 1 0 0 保持 1 0 1 右移1 1 1 并行输入1 1 0 左移D3 D0:并行输入端CP:时钟输入，上升沿有效:置零端，低电平有效Q 3 Q0:并

16、行输出端S1 S0:工作状态控制端DIR:右移串行输入端DIL:左移串行输入端344 寄存器应用举例P276 图10 111 1 1 1 1 1 1 1 1 112 3 4问题：4个CP后，为什么向右移入了4个1?向右移举例：1要想只将一个1右移，操作过程见上：1 0 1 0 0 1 0 0 0 10Q0 Q1 Q2 Q3CPS1S074LS194RDD0 D1 D2 D3DIRDIL1 2 3 4356.3.2 Counter计数器对时钟脉冲计数分频产生脉冲序列数字运算36计数器同步异步二进制十进制任意进制二进制十进制任意进制加法，减法，可逆加法，减法，可逆加法计数器：随cp的输入，电路递增

17、计数减法计数器：随cp的输入，电路递减计数可逆计数器：随cp的输入，电路可增可减计数37一、Synchronous Counter(一)同步二进制计数器1、同步二进制加法计数器CPT0=1Q0T1Q1T2Q2CQ3T3&C11NC11NC11NC11N&T0=1；T1=Q0；T2=Q1Q0；T3=Q2Q1Q0C=Q3Q2Q1Q0 驱动方程(1)输出方程（四块T触发器组成）38 状态方程已知：T0=1T1=Q0T2=Q1Q0T3=Q2Q1Q039C=Q3Q2Q1Q0(2)时序波形图Q0tQ1tQ2tQ3 t1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPtC t(

18、3)状态转换情况（在波形图上读）00000001001000110100111011111000040(4)分析功能这是十六进制计数器(也是四位二进制加法计数器)计数容量为24-1=15Q 1、Q 2、Q 3 端分别为四分频、八分频和十六分频端。Q0端为二分频端。则，Q0端输出脉冲的频率为1/2f 若CP的频率为f 计数器的另一个作用是分频：同理：Q0tQ1tQ2tQ3 t1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPt00000001001000110100111011110000412、集成四位二进制加法计数器74LS161Q3 Q2 Q1 Q0C CPE

19、PET74LS161RDLD D3 D2 D1 D0逻辑符号CP：时钟输入端EP、ET：工作状态控制端C：进位输出端RD：复位端LD：预置数的控制端D3D2D1D0：预置数的输入端42功能表：3、同步二进制减法计数器10 0 0 0RD 端 LD 端功能的区别：0工作特点：随CP的不断输入，电路递减计数。（略）CPRD LDEP ET工作状态0 X XX X 置零0 1X X预置数X 1 1 0 1保持X 1 1 X 0保持（但C=0）1 1 1 1计数Q3 Q2 Q1 Q0C CPEPET74LS161RDLD D3 D2 D1 D0X X X X01Q3 Q2 Q1 Q0C CPEPET7

20、4LS161RDLD D3 D2 D1 D0X X X XX X X X0例如：0 0 1 10 0 1 14374LS163异步清零同步预置保持计数74LS161同步清零同步预置保持计数4474LS160的状态转换图（Q3Q2Q1Q0）0000 0001 0010 001101000101 0110 0111 100010011010 10111110 11111100 1101（二）同步十进制计数器集成同步十进制加法计数器有74LS160。电路框图、功能表和74LS161相同，但输出只有00001001十个稳定状态。进位输出函数C=Q3Q0C=Q3Q0=145加法计数器逻辑功能的扩展连接成

21、任意模M 的计数器用 N 进制计数器，构成 M 进制计数器 同步预置法 反馈清零法 多次预置法46(一）同步预置法1.组成MN的计数器利用第M个状态计数，使 LD=0，等下一个CP脉冲过后，使电路回到第一个循环状态。第M个状态为稳态。47 态序表 计数 输 出N QD QC QB QA0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 0例1:利用74LS161设计M=10 计数器00001001000003 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 148态序表 计数 输 出N QD QC QB QA0 0 1 1

22、 01 0 1 1 12 1 0 0 03 1 0 0 14 1 0 1 05 1 0 1 16 1 1 0 07 1 1 0 18 1 1 1 09 1 1 1 1方法二:采用后十种状态0110C=10110例1:设计M=10 计数器049(一）同步预置法1.首先确定设计计数器的态序表；2.然后根据计态序表的初态确定预置数输入端的连接，根据态序表的终态确定与非门输入端的连接。50用74LS160构成六进制计数器，置入0000。v 状态转换表LD=0例2：CP Q3 Q2 Q1 Q0 Y0 0 0 0 0 010 0 0 1 02 0 0 1 003 0 0 1 104 0 1 0 0 050

23、 1 0 1 160 0 0 0Q3 Q2 Q1 Q0C CPEPET74LS160RDLD D3 D2 D1 D0&Y11连线图&512.组成MN的计数器例1 电路如图，试分析电路为几进制计数器，两片之间是几进制。Q3 Q2 Q1 Q0CCPETEP74LS161RDLDD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q0CCPETEP74LS161RDLD D3 D2 D1 D0CP1（1）（2）11Y&0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0解：（1）片的进位信号控制（2）片的使能端，Y 端是此计数器的进位输出端，进位信号为Y=0。两片之间是16进制。当两片计数到0100、

24、0010状态时，同步CP方式。（2）片仅在 ET=EP=C1=1 的时间内计数。1、连接方式与特点电路总体置入0。52（2）片（1）片CP顺序 Q3Q2Q1Q0 Q3Q2Q1Q0 状态数1160 0 0 00 0 0 112170 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 10 0 0 0 15 0 0 0 0161 1 1 1310 0 0 1321 1 1 1 320 0 1 0330 0 0 0 470 0 1 0481 1 1 1 480 0 1 1490 0 0 0 630 0 1 1641 1 1 1 64 0 1 0 0650 0 0 0 67650

25、 1 0 0 0 0 0 1 66 0 1 0 0 0 0 1 0 3、进制 M:M=164+3=672、计数状态表6667LD=053（24）10=（11000）2需 两 片初态为：0000 0001终态为：00011000例2:用74LS161设计 M=24 计数器选择计数的态序表：5400011000010000000（24）10=（11000）2需 两 片初态为：0000 0001 终态：0001100055（二）反馈清零法例1：试用74LS160构成六进制计数器，用清零法。v 状态转换表v 连线图RD=0进位输出CP Q3 Q2 Q1 Q0 Y0 0 0 0 0 010 0 0 1

26、020 0 1 0 030 0 1 1 04 0 1 0 0 05 0 1 0 1 16 0 1 1 00 0 0 0&Y1Q3 Q2 Q1 Q0C CPEPET74LS160RDLD D3 D2 D1 D0&56态序表 N QD QC QB QA0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 110 1 0 1 011 1 0 1 112 1 1 0 0例2:用74LS161组成模12计数器00000（二）反馈清零法思考：同样的连接线路，如果是由74162构成的计数器，那么构成了一个模几的计数器？57