第六章1 时序逻辑电路的分析和设计lxy.ppt

第6章时序逻辑电路的分析和设计 学习要点 时序电路的分析方法和设计方法 6 1时序逻辑电路概述 1 时序电路的特点 时序电路在任何时刻的稳定输出 不仅与该时刻的输入信号有关 而且还与电路原来的状态有关 2 时序电路逻辑功能的表示方法 时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式 状态表 卡诺图 状态图 时序图和逻辑图6种方式表示 这些表示方法在本质上是相同的 可以互相转换 3 时序电路的分类 根据时钟分类同步时序电路 各个触发器的时钟脉冲相同 即电路中有一个统一的时钟脉冲 每来一个时钟脉冲 电路的状态只改变一次 异步时序电路 各个触发器的时钟脉冲不同 即电路中没有统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化 电路状态改变时 电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后 是异步进行的 电路图 时钟方程 驱动方程和输出方程 状态方程 状态图 或时序图 判断电路逻辑功能 1 2 3 5 6 2时序逻辑电路的分析方法 时序电路的分析步骤 状态表 4 4 5 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 00 01 10 11 00 当X 1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 00 11 10 01 00 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 例 异步 电路没有单独的输出 异步时序电路 时钟方程 驱动方程 1 写方程式 2 求状态方程 D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 3 计算 列状态表 4 5 电路功能 由状态图可以看出 在时钟脉冲CP的作用下 电路的8个状态按递减规律循环变化 即 000 111 110 101 100 011 010 001 000 电路具有递减计数功能 是一个3位二进制异步减法计数器 画状态图 时序图 例 同步 时钟方程 输出方程 输出仅与电路现态有关 同步时序电路的时钟方程可省去不写 驱动方程 1 写方程式 2 求状态方程 JK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 3 计算 列状态表 000 001 010 011 100 101 110 111 001 011 101 111 000 010 100 110 0 0 0 0 1 1 0 0 4 画状态图 时序图 5 电路功能 时序图 有效循环的6个状态分别是0 5这6个十进制数字的格雷码 并且在时钟脉冲CP的作用下 这6个状态是按递增规律变化的 即 000 001 011 111 110 100 000 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法计数器 当对第6个脉冲计数时 计数器又重新从000开始计数 并产生输出Y 1 分析功能 寄存器各位数据在控制信号作用下 依次向高位或向低位移动一位这种功能称为移位功能 具有移位功能的寄存器就是移位寄存器 例 P261图7 2 2 设数据D有4位 从高到低依次为D3D2D1D0 串行输入即每一个时钟周期从FF0的D端输入一位 分析 分析功能 分析功能 分析功能 输出方程 输出与输入有关 同步时序电路 时钟方程省去 驱动方程 1 写方程式 例 同步 2 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 3 计算 列状态表 设计要求 状态图 状态表 画电路图 检查电路能否自启动 1 2 4 6 6 3时序逻辑电路的设计方法 时序电路的设计步骤 求时钟方程 驱动方程 状态方程 输出方程 5 选触发器 3 化简 例1 1 建立状态图 设计一个按自然态序变化的7进制同步加法计数器 计数规则为逢七进一 产生一个进位输出 建立状态表 2 选触发器 3 略 因需用3位二进制代码 选用3个CP下降沿触发的JK触发器 分别用FF0 FF1 FF2表示 4 求时钟方程 输出方程 驱动方程 状态方程 由于要求采用同步方案 故时钟方程为 输出方程 状态方程 不化简 以便使之与JK触发器的特性方程的形式一致 比较 得驱动方程 电路图 5 检查电路能否自启动 6 将无效状态111代入状态方程计算 可见111的次态为有效状态000 电路能够自启动 例2 试用上升沿T触发器设计六进制加计数器 分析 六进制加计数器只有六个状态 0 1 2 3 4和5 至少需要三个触发器实现 其状态图为 Q2Q1Q0 000 001 010 101 100 011 Z 0 0 0 0 0 1 解 1 列状态表并求驱动方程和输出方程Q2Q1Q0Q2n 1Q1n 1Q0n 1Z 000001000101000100110011100010010101010001110 0111 0 T触发器的功能 T 0时保持 T 1时翻转 T2T1T0 000101 010100 111111 2 检验无效状态 现态 T2T1T0 次态 110 代入驱动方程计算 001 然后 根据驱动值推导次态 111 111 101 010 无效状态并没有构成循环 所以电路具有自启