数字电子电路课件ch6a

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和设计方法、熟练掌握时序逻辑电路的分析方法和设计方法 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。 、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。 4、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。 6 时序逻辑电路的分析与设计6 时序逻辑电路的分析与设计 6.1 时序逻辑电路的基本概念6.1 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6.1.1 时序逻辑电路的模型与分类 1. 时序电路的一般化模型1. 时序电路的一般化模型 组合电路组合电路 存储电路存储电路 Y Y1 1 Y Yr r X X1 1 X Xi i 输入信号输入信号输出信号输出信号 存存 储储 电电 路路 的的 输输 入入 输输 出出 状状 态态 Q Qr r Q Q1 1 Z Z1 1 Z Zj j * *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。 * *电路的输出不仅与当时的输入有关，而且还与电路原来的电路的输出不仅与当时的输入有关，而且还与电路原来的 状态有关。状态有关。 Y(Y1，Yr) 各信号之间的逻辑关系方程：各信号之间的逻辑关系方程： X(X1，Xi) Q(Q1，Qr) Z(Z1，Zj) ZF1(X，Qn) -输出方程组输出方程组 YF2(X，Qn) -激励方程组激励方程组 Qn+1F3(Y，Qn) - 状态方程组状态方程组 组合逻辑电路组合逻辑电路 X1 Xi Z1 Zj 存储电路存储电路 Q1 Qr Y1 Yr 模 型模 型 组 合 电 路 组 合 电 路 I 存储电路存储电路 E S i k m O j 从控制时序状态的脉冲源来分：从控制时序状态的脉冲源来分： 同步：同步： 异步：异步： 存储电路里所有触发器有统一的时钟源，它 们的状态在同一时刻更新 存储电路里所有触发器有统一的时钟源，它 们的状态在同一时刻更新。 没有统一的时钟脉冲，触发器的状态更新不 是同时发生的。 没有统一的时钟脉冲，触发器的状态更新不 是同时发生的。 1D Q0 FF0FF1 Q1 Q1Q0 &Z CP 1D CP X 1J C1 1K 1J C1 1K =1 Q1 “1” Q2 Y & Q2 Q1 FF1 FF2 2 时序电路的分类2 时序电路的分类 从输出信号的特点分类：从输出信号的特点分类： Moore型：型： Mealy型：型： Z = F1 X , Qn Z = F1Qn & X CP C1 1DQ1 Z 1 Q1 & 1D Q2 Q2 & C1 FF1FF2 1D Q0 FF0FF1 Q1 Q1 Q0 & Z CP 1D 组 合 电 路 组 合 电 路 I O 存储电路存储电路 E S i j m n 时钟输入时钟输入 组 合 电 路 组 合 电 路 组 合 电 路 组 合 电 路 I O 存储电路存储电路 E S i j m n 时钟输入时钟输入 组 合 电 路 组 合 电 路 6.1.2 时序电路功能的表达方法6.1.2 时序电路功能的表达方法 ZF1(X，Qn)- 输出方程输出方程 YF2(X，Qn)-激励方程激励方程 Qn+1F3(Y，Qn)-状态方程状态方程 1.逻辑方程式1.逻辑方程式 描述方法一般有四种：描述方法一般有四种： 2、状态表2、状态表 现态 次态 现态 次态/输出 输入 输出 输入 n Q X Q / Z n+1 状态表是反映时序逻辑电路的输出Z、输入X、次态 Q 状态表是反映时序逻辑电路的输出Z、输入X、次态 Qn+ n+1 1以及现态 Q 以及现态 Qn n之间的对应取值关系的表格。读作：之间的对应取值关系的表格。读作： 处在现态 Q处在现态 Qn n的时序逻辑电路，当输入为X时，该 电路将进入输出为Z的次态Q 的时序逻辑电路，当输入为X时，该 电路将进入输出为Z的次态Qn+ n+1 1。 。 3、状态图3、状态图 状态图是反映时序逻辑电路状态转换规律及相 应输入、输出取值关系的图形 状态图是反映时序逻辑电路状态转换规律及相 应输入、输出取值关系的图形 Q1Q0 X/Z 00 01 1/0 0/1 1/1 0/0 该图表示Q该图表示Q1 1Q Q0 0的状态转换情况，斜线上方是输 入信号X，斜线下方是输出信号Z，连线及箭头表示 转换的方向。 的状态转换情况，斜线上方是输 入信号X，斜线下方是输出信号Z，连线及箭头表示 转换的方向。 Q1 Y Q2 CP X 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 4、时序图4、时序图 能直观地描述电路输入信号、输出信号以及CP,在时 间上的对应关系，也称波特图。 能直观地描述电路输入信号、输出信号以及CP,在时 间上的对应关系，也称波特图。 1D C1 & 1 & D0Q0 FF0 Q0 & 1 1D C1 D1Q1 FF1 Q1 Y A CP 输出方程输出方程 AQQY)( 10 += AQQD)( 100 += AQD 01 = 激励方程组激励方程组 AQQQ nnn )( 10 1 0 += + AQQ nn 0 1 1 = + 状态方程组状态方程组 举例说明举例说明 DQ n = +1 1 1.逻辑方程式：1.逻辑方程式： 输出方程输出方程 AQQY)( 10 += AQQQ nnn )( 10 1 0 += + AQQ nn 0 1 1 = + 状态方程组状态方程组 状态转换真值表状态转换真值表 010 100 011 100 010 111 011 101 001 110 100010 001100 000000 010 100 011 100 010 111 011 101 001 110 100010 001100 000000 n Q 1 n Q0 1 1 +n Q 1 0 +n QYA 根据方程组列出状态转换真值表根据方程组列出状态转换真值表 2. 2. 状态转换表状态转换表 状态转换表状态转换表 状态表状态表 0 1 / 00 0/ 11 1 1 1 / 00 0 / 11 0 1 0 / 00 0 / 00 0 0 1 / 0 0 0/ 1 0 1 nnQ Q 01 YQQ nn / 1 0 1 1 + A=1A=0 将状态转换真值表转换为状态表将状态转换真值表转换为状态表 状态转换真值表状态转换真值表 010 100 011 100 010 111 011 101 001 110 100010 001100 000000 010 100 011 100 010 111 011 101 001 110 100010 001100 000000 n Q 1 n Q0 1 1 +n Q 1 0 +n QYA 状态表状态表 0 1 / 00 0/ 11 1 1 1 / 00 0 / 11 0 1 0 / 00 0 / 00 0 0 1 / 0 0 0/ 1 0 1 nnQ Q 01 YQQ nn / 1 0 1 1 + A=1A=0 1011 00 01 0/0 1/0 0/1 1011 00 01 1/0 0/1 1/0 0/1 1/0 3. 状态图状态图 状态表状态表 0 1 / 00 0/ 11 1 1 1 / 00 0 / 11 0 1 0 / 00 0 / 00 0 0 1 / 0 0 0/ 1 0 1 nnQ Q 01 YQQ nn / 1 0 1 1 + A=1A=0 CP A 4 . 波形图波形图 0 0 0 1 0 0 Q0 Q1 Y 0 1 1 1 1 0 1 0 Q1 Q0 时序逻辑电路分析：时序逻辑电路分析： 按照给定的时序逻辑电路，分析它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。 按照给定的时序逻辑电路，分析它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。 6.2 同步时序逻辑电路的分析6.2 同步时序逻辑电路的分析 时序电路的逻辑能是由其状态和输出信号的变化的规律 呈现出来的。所以,分析过程主要是列出电路 时序电路的逻辑能是由其状态和输出信号的变化的规律 呈现出来的。所以,分析过程主要是列出电路状态表状态表或画出或画出 状态图、工作波形图。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: 4. 确定和说明电路的逻辑功能4. 确定和说明电路的逻辑功能 1. 根据给定的时序逻辑电路，写出各触发器的激励方程和 时序逻辑电路的输出方程 1. 根据给定的时序逻辑电路，写出各触发器的激励方程和 时序逻辑电路的输出方程 2. 将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求出触发器的 次态方程（状态方程） 2. 将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求出触发器的 次态方程（状态方程） 3. 根据状态方程和输出方程，列出状态转换表、画出状态 图或时序图 3. 根据状态方程和输出方程，列出状态转换表、画出状态 图或时序图 6.2.1 分析同步时序逻辑电路的一般步骤6.2.1 分析同步时序逻辑电路的一般步骤 6.2.2 同步时序逻辑电路的分析举例6.2.2 同步时序逻辑电路的分析举例 先介绍相对简单的Moore型时序逻辑电路，再介绍相对 复杂的Mealy型时序逻辑电路 所以，属Moore型 例1 试分析下图所示时序电路的逻辑功能。 解：由电路图可知，此为同步时序逻辑电路，无输入信号 先介绍相对简单的Moore型时序逻辑电路，再介绍相对 复杂的Mealy型时序逻辑电路 所以，属Moore型 例1 试分析下图所示时序电路的逻辑功能。 解：由电路图可知，此为同步时序逻辑电路，无输入信号 1.写出各触发器的驱动方程和输出方程。1.写出各触发器的驱动方程和输出方程。 Y Y2 2 1J C1 1K 1J C1 1K 1J C1 1K 1J C1 1K CPCP Y Y1 1 Q1 Q2 Q1 Q2 输出方程：输出方程： 驱动方程：驱动方程： 1, 121 =KQJ 1, 212 =KQJ 2211 ,QYQY= 得：得： 2.将驱动方程代入2.将驱动方程代入JKFFJKFF的特性方程，求的特性方程，求JKFFJKFF的的次态方程的的次态方程。 JKFF的特性方程： 3.列状态表，画状态图和时序图。3.列状态表，画状态图和时序图。 现 态现 态触发器输入触发器输入次 态次 态 J2 K2 J1 K1 代入法。将 代入特性方程，得到 再将 代入法。将 代入特性方程，得到 再将01代入得到代入得到10 n QKQ n += + n QJ 1 nn QKQQ n 11111 J 1 += + nn QKQQ n 22222 J 1 += + 00 12 = nnQ Q 01 1 1 1 2 = +nn QQ 1 1 1 2 +nn QQ nnQ Q 12 列表有两种方法：列表有两种方法： 列出所有FF的输入状态， 根据FF功能可得次态。 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 列出所有FF的输入状态， 根据FF功能可得次态。 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 J J1 1=Q=Q2 2 K K1 1=1 =1 J J2 2=Q=Q1 1K K2 2=1=1 nn QQ 12 = nn QQ 21 = 00 01 10 11 00 01 10 11 画状态图和时序图画状态图和时序图 0001 10 Q2Q1 4. 由状态图和时序图可确定：由状态图和时序图可确定： Q1 Q2 CP 该时序电路为该时序电路为同步三进制计数器。同步三进制计数器。 例2 试分析如图所示时序电路的逻辑功能。例2 试分析如图所示时序电路的逻辑功能。 CP X 1J C 1K 1J C 1K =1 Q1 “1” Q2 Y & Q2 Q1 FF1 FF2 电路是由两个电路是由两个JK触发器组成的触发器组成的Mealy型同步时序电路。型同步时序电路。 解：解： J2=K2=X Q1 J1=K1=1 Y=Q2Q1 1.写出各逻辑方程式：1.写出各逻辑方程式： 输出方程输出方程 激励方程激励方程 1n 1111 11 Q nnn QQQ + = += 1 212 X nnn QQQ + = 1 QJQ nnn KQ + =+ J2=K2=X Q1 J1=K1=1 1 QJQ nnn KQ + =+ 状态方程状态方程 2.将激励方程代入JK触发器的特性方程得到状态方程2.将激励方程代入JK触发器的特性方程得到状态方程 3. 列状态表，画状态图和时序图。3. 列状态表，画状态图和时序图。 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 nnQ Q 12 1 1 1 2 +nn QQ y X 1 1 1 2 +nn QQ 1 1 1 2 +nn QQ n QX 1 n QX 1 X = 0X = 1 Yy Y=Q2Q1 nn QQ 1 1 1 = + nnn QQXQ 21 1 2 = + 状态图状态图 nn 12Q Q Y nn /QQ 1 1 1 2 + X=0X=1 0 00 1 / 01 1 / 0 0 11 0 / 00 0 / 0 1 01 1 / 00 1 / 0 1 10 0 / 11 0 / 1 X/Y 0/0 0/10/0 0/0 00 11 01 10 Q2Q1 1/0 1/0 1/1 00 11 01 10 1/0 Q1 Y Q2 CP X 波形图波形图 nn 12Q Q Y nn /QQ 1 1 1 2 + X=0X=1 0 00 1 / 01 1 / 0 0 11 0 / 00 0 /0 1 01 1 / 00 1 / 0 1 10 0 / 11 0 / 1 波形可以根据状态转换表、状态转换图或方程画出。波形可以根据状态转换表、状态转换图或方程画出。 Q1 Y Q2 CP X Y 4. 确定逻辑功能4. 确定逻辑功能 X/Z 0/0 0/1 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 00 11 01 10 1/0 Q2Q1 X=0时，时， 00 01 10 11 00 11 10 01 所以，此电路为：所以，此电路为： 可控的同步四进制计数器可控的同步四进制计数器 X=1时，时， 电路进行加1计数 。 电路进行减1计数 。 电路进行加1计数 。 电路进行减1计数 。 作业作业 P319 6.1.3 P321 6.2.6 & CP 1D Q0 Z1 FF0 Z0Z2 FF2FF1 Q2 Q 1 Q0 Q2 Q 1 1D1D C1C1C 1 *例3 分析图所示的同步时序电路*例3 分析图所示的同步时序电路 属于穆尔型时序电路。属于穆尔型时序电路。 1.了解电路组成。 2.写出下列各逻辑方程式： 1.了解电路组成。 2.写出下列各逻辑方程式： 激励方程激励方程 状态方程状态方程 n QD12= n QD 01 = nn QQD 010= nn QDQ 12 1 2 = + nn QDQ01 1 1= + nn n QQDQ010 1 0= + 状态表状态表 1 1 01 1 1 1 0 01 1 0 0 1 01 0 1 0 0 11 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 00 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 nnn QQQ 0 1 12 1 0 1+ 1 1 2 +nnn QQQ nn QQ 1 1 2 = + nn QQ 0 1 1 = + nn n QQQ 01 1 0 = + .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； 状态表状态表 1 1 01 1 1 1 0 01 1 0 0 1 01 0 1 0 0 11 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 00 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 nnn QQQ 0 1 12 1 0 1+ 1 1 2 +nnn QQQ 根据状态表画出状态图根据状态表画出状态图 000001 Q2Q1Q 111 011 110 101 电路具有自启动能力电路具有自启动能力 100010 画出时序图画出时序图 CP 000001 100011010110 101 111 Q2Q1Q 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 Q0 Q2 Q1 CP 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 Q0 Q2 Q1 4.确定逻辑功能4.确定逻辑功能 脉冲分配电路或对CP的三分频电路脉冲分配电路或对CP的三分频电路 分析下图所示同步时序逻辑电路，试画出在分析下图所示同步时序逻辑电路，试画出在CP时钟脉冲 信号作用下，电路 时钟脉冲 信号作用下，电路L1L4的波形图，并确定电路逻辑功能。 （设各触发器初态均为 的波形图，并确定电路逻辑功能。 （设各触发器初态均为0） CP 1K C 1J & 1 L1 L2 L3 L4 74139 Y0 Y1 Y2 Y3 Q2 Q2 Q1 Q0 A1 A0 1K C 1J 1K C 1J FF0 FF1 FF2 解：解：1.了解电路组成了解电路组成 2. 写出各逻辑方程写出各逻辑方程。 0 n 11 JKQ= nnn 22102 JKQ QQ=+ 2 n 00 JKQ= 例例3 莫尔型同步时序电路莫尔型同步时序电路 激励方程激励方程 状态方程状态方程 1 QJQ nnn KQ + =+ 0 n 11 JKQ= nnn 22102 JKQ QQ=+ 2 n 00 JKQ= 1 02020 nnnnn QQQQ Q + =+ 1 10101 nnnnn QQ QQ Q + =+ 1021022 Q nnnnnnn Q QQ QQQ=+ 1 210221022 ()Q nnnnnnnnn QQ QQQ QQQ + =+ 102 nnn Q QQ= 输出方程输出方程 CP 1K C 1J & 1 L1 L2 L3 L4 74139 Y0 Y1 Y2 Y3 Q2 Q2 Q1 Q0 A1 A0 1K C 1J 1K C 1J FF0 FF1 FF2 110 210 310 410 LAA LA A LA A LA A = = = = 110 210 311 410 LQQ LQ Q LQ Q LQ Q = = = = 3. 列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图3. 列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图 1 02