时序逻辑电路数字部分PPT课件

概述 一 时序电路的特点 1 定义 任何时刻电路的输出 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 2 电路特点 1 与时间因素 CP 有关 2 含有记忆性的元件 触发器 输入 输出 二 时序电路逻辑功能表示方法 1 逻辑表达式 1 输出方程 3 状态方程 2 驱动方程 2 状态表 卡诺图 状态图和时序图 三 时序逻辑电路分类 1 按逻辑功能划分 计数器 寄存器 读 写存储器 顺序脉冲发生器等 2 按时钟控制方式划分 同步时序电路 触发器共用一个时钟CP 要更新状态的触发器同时翻转 异步时序电路 电路中所有触发器没有共用一个CP 3 按输出信号的特性划分 Moore型 Mealy型 5 1时序电路的基本分析和设计方法 5 1 1时序电路的基本分析方法 1 分析步骤 时序电路 时钟方程 驱动方程 状态表 状态图 时序图 CP触发沿 特性方程 输出方程 状态方程 计算 2 分析举例 写方程式 时钟方程 输出方程 同步 驱动方程 状态方程 特性方程 Moore型 例5 1 1 解 计算 列状态转换表 000 1 001 1 011 1 111 1 110 1 0 100 010 1 101 1 010 1 画状态转换图 000 001 1 011 1 111 1 110 1 100 1 0 有效状态和有效循环 010 101 1 1 无效状态和无效循环 能否自启动 能自启动 存在无效状态 但没有形成循环 不能自启动 无效状态形成循环 方法2利用卡诺图求状态图 Q2n 1Q1n 1Q0n 1 001 011 111 101 000 010 110 100 000 001 011 111 110 100 010 101 画时序图 CP下降沿触发 Q2 Q1 Q0 000 001 011 111 110 100 000 Y Mealy型 例5 1 2 时钟方程 输出方程 驱动方程 状态方程 解 写方程式 S 0 Q2n 1Q1n 1Q0n 1 001 010 100 011 101 110 000 111 S 1 001 010 100 011 101 000 000 111 状态转换表 状态图 000 001 00 010 00 011 00 100 00 101 00 110 0 00 111 0 00 0 01 1 10 110 111 1 00 能自启动 S Y1Y2 1 11 画时序图 当S 0时 每8个CP一个循环 当S 1时 每6个CP一个循环 例5 1 3 异步时序电路 解 时钟方程 驱动方程 状态方程 CP 有效 CP 有效 写方程式 求状态转换表 CP CP 1 0 CP 1 CP 0 CP 0 CP CP 0 0 0 CP Q0 0 Q0 1 Q0 1 Q0 0 Q0 0 Q0 1 Q0 1 Q0 0 CP CP 0 0 CP 0 CP 1 CP 0 CP CP 0 0 1 CP 能自启动 画时序图 不画无效状态 Q0 Q1 Q2 5 1 2时序电路的基本设计方法 1 设计的一般步骤 时序逻辑问题 逻辑抽象 状态转换图 表 状态化简 最简状态转换图 表 电路方程式 状态方程 求出驱动方程 选定触发器的类型 逻辑电路图 检查能否自启动 1 1 例1 设计一个串行数据检测电路 要求输入3或3个以上数据1时输出为1 否则为0 解 逻辑抽象 建立原始状态图 S0 原始状态 0 S1 输入1个1 S2 连续输入2个1 S3 连续输入3或3个以上1 S0 S1 S2 S3 X 输入数据 Y 输出入数据 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 状态化简 0 0 0 0 2 设计举例 状态分配 状态编码 状态图 M 3 取n 2 S0 00 S1 01 S2 11 选触发器 写方程式 选JK 触发器 同步方式 输出方程 Y 0 0 0 0 0 1 Q1 1 Q0 1 状态方程 驱动方程 约束项 逻辑图 Y Mealy型 无效状态10 10 00 0 0 11 1 1 能自启动 例2 设计一个自动售饮料机的逻辑电路 它的投币口每次只能投入一枚五角或一元的硬币 投入一元五角钱硬币后机器自动给出一杯饮料 投入两元 两枚一元 硬币后 在给出饮料的同时找回一枚五角的硬币 解 1 逻辑抽象 得出电路的状态转换图或状态转换表 输入变量 取投币信号 用A和B表示 输出变量 给出饮料和找钱 用Y和Z表示 投入一枚一元硬币时A 1 未投入时A 0 投入一枚五角硬币时B 1 未投入时B 0 给出饮料时Y 1 不给时Y 0 找回一枚五角硬币时Z 1 不找时Z 0 状态转换表 AB YZ Sn 1 S0 S0 S1 S2 00 01 10 S0 00 S1 00 S2 00 S1 00 S2 00 S0 10 S2 00 S0 10 S0 11 11 未投币前电路的初始状态 投入五角硬币后电路的状态 投入一元硬币后电路的状态 状态转换表 AB YZ Sn 1 S0 S0 S1 S2 00 01 10 S0 00 S1 00 S2 00 S1 00 S2 00 S0 10 S2 00 S0 10 S0 11 11 电路的状态M 3 根据 取触发器的位数n 2 令触发器状态Q1Q0的00 01 10分别代表S0 S1 S2 可得到表示 电路次态 输出 的卡诺图 AB 00 00 01 00 10 00 00 01 11 10 00 01 11 10 10 00 00 10 00 11 01 00 10 00 00 10 2 状态分配 3 选定触发器的类型 求出电路的状态方程 驱动方程和输出方程 选择JK触发器组成这个逻辑电路 将之前所得的卡诺图分解为分别表示 Y Z的4个卡诺图 状态方程 输出方程 0 1 0 1 0 0 00011110 0 0 1 00011110 0 0 1 0 1 0 00011110 0 0 0 00011110 JK触发器的特性方程 状态方程 故得到驱动方程 4 根据得到的方程式画出逻辑图 CP B A Y Z 5 检查设计的电路能否自启动 无效状态11 状态方程 AB 00时 1 1 AB 01时 不能自启动 返回到S0状态 输出方程 但收费结果错误 AB 10时 返回到S2状态 但收费结果错误 按如下状态图设计时序电路 解 已给出最简状态图 若用同步方式 输出方程 Y 0 0 0 0 0 1 为方便 略去右上角标n 状态方程 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 例3 选用JK触发器 驱动方程 约束项 逻辑图 Y 1 检查能否自启动 110 111 000 能自启动 0 1 Moore型 例4 设计一个带进位输出的七进制加法计数器 解 1 逻辑抽象 得出电路的状态转换图或状态转换表 1 0 0 0 0 0 0 电路的状态M 7 取触发器的个数n 3 2 状态分配 C 3 选定触发器的类型 求出电路的状态方程 驱动方程和输出方程 根据 选择JK触发器组成这个逻辑电路 且所需触发器的个数为3 由状态转换图可得到表示电路次态 输出 的卡诺图如下所示 0 1 00 01 11 10 100 0 001 0 101 0 010 0 110 0 011 0 000 1 计数器的输出进位信号由电路的110状态译出 0 1 00 01 11 10 0 1 0 0 0 1 1 状态方程 输出方程 JK触发器的特性方程 状态方程 驱动方程 4 根据得到的方程式画出逻辑图 CP 1 C 5 检查设计的电路能否自启动 无效状态111 状态方程 输出方程 0 0 能自启动 CP C 6 实际应用 1 0 2 3 4 5 6 7 1 8 0 5 2计数器 Counter 一 计数器的功能及应用 1 功能 对时钟脉冲CP计数 2 应用 分频 定时 产生节拍脉冲和脉冲序列 进行数字运算等 二 计数器的特点 1 输入信号 计数脉冲CP Moore型 2 主要组成单元 时钟触发器 三 计数器的分类 按数制分 二进制计数器十进制计数器N进制 任意进制 计数器 按计数方式分 加法计数器减法计数器可逆计数 Up DownCounter 按时钟控制分 同步计数器 Synchronous 异步计数器 Asynchronous 按开关元件分 TTL计数器CMOS计数器 74161的状态表 CTP CTT 1 二进制同步加法计数 CTPCTT 0 保持 若CTT 0 CO 0 若CTT 1 74163 四 集成二进制同步计数器 1 集成4位二进制同步加法计数器 引脚排列图 逻辑功能示意图 0011 Q3 Q0 0000 同步并行置数 异步清零 Q3 Q0 D3 D0 1 74LS161和74LS163 2 CC4520 使能端也可作计数脉冲输入 计数脉冲输入也可作使能端 异步清零 2 集成4位二进制同步可逆计数器 1 74191 单时钟 加计数时CO BO Q3nQ2nQ1nQ0n 并行异步置数 CT 1 CO BO 1时 2 74193 双时钟 五 集成二进制异步计数器 74197 74LS197 计数 置数 异步清零 异步置数 加法计数 二 八 十六进制计数 二 八 十六进制计数器的实现 M 2 计数输出 M 8 计数输出 M 16 计数输出 其它 74177 74LS177 74293 74LS293等 六 集成十进制同步计数器 74160 74162 引脚排列与74161相同 异步清零功能 74162同步清零 同步置数功能 同步计数功能 保持功能 进位信号保持 进位输出低电平 1 集成十进制同步加法计数器 2 集成十进制同步可逆计数器 1 74190 单时钟 引脚与74191相同 异步并行置数功能 同步可逆计数功能 加法计数 减法计数 保持功能 2 74192 双时钟 引脚与74193相同 异步清零功能 异步置数功能 同步可逆计数功能 加法计数 减法计数 保持功能 七 集成十进制异步计数器 异步清零功能 异步置 9 功能 异步计数功能 M 2 M 5 M 10 CP CP 5 2 4N进制计数器 方法 用触发器和门电路设计 用集成计数器构成 清零端 置数端 同步 异步 一 利用同步清零或置数端获得N进制计数 思路 当M进制计数到SN 1后使计数回到S0状态 2 求归零逻辑表达式 1 写出状态SN 1的二进制代码 3 画连线图 步骤 例 用4位二进制计数器74163构成十二进制计数器 解 1 1011 2 归零表达式 3 连线图 同步清零 同步置零 二 利用异步清零或置数端获得N进制计数 当计数到SN时 立即产生清零或置数信号 使返回S0状态 瞬间即逝 思路 步骤 1 写出状态SN的二进制代码 2 求归零逻辑表达式 3 画连线图 例 用二 八 十六进制异步计数器74197构成十二进制计数器 状态S12的作用 产生归零信号 异步清零 异步置零 三计数容量的扩展 1 集成计数器的级联 CP 1 CO0 16 16 256 1248 10204080 10 10 100 2 利用级联获得大容量N进制计数器 1 级联N1和N2进制计数器 容量扩展为N1 N2 例 用74290构成六十进制计数器 N1 10 N2 6 个位 十位 异步清零 个位芯片应逢十进一 60 6 10 N1 N2 N 2 用归零法或置数法获得大容量的N进制计数器 例 试分别用74161和74162接成六十进制计数器 用SN产生异步清零信号 用SN 1产生同步置数信号 先用两片74161构成256进制计数器 74162 同步清零 同步置数 再用归零法将M 100改为N 60进制计数器 即用SN 1产生同步清零 置数信号 先用两片74162构成10 10进制计数器 1 同步清零 或置数 端计数终值为SN 1异步清零 或置数 端计数终值为SN 2 用集成二进制计数器扩展容量后 终值SN 或SN