电子技术基础(数字部分)：6-1时序逻辑电路的基本概念

1、6 . 时序逻辑电路的分析与设计时序逻辑电路的分析与设计 Analysis and design of Sequential logic circuit 6.1 时序逻辑电路的基本概念时序逻辑电路的基本概念 6.2 同步同步 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析 6.3 同步同步 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计 6.4 异步异步 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析 6.5 若干典型的时序逻辑集成电路若干典型的时序逻辑集成电路 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

2、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。 6.1 6.1 时序逻辑电路的基本概念时序逻辑电路的基本概念 Basic concept of Sequential logic circuit 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 6.1.2 时序电路逻辑的表达时序电路逻辑的表达 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逻

3、辑电路的模型与分类 1. . 时序电路的一般化模型时序电路的一般化模型 组组合合 电电路路 I O 存存储储电电路路 E S i j k m * *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: : 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 表达了激励信号与输入信号、状态变量的关系式表达了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

4、达存储电路从现态到次态的转换关系式 组组合合 电电路路 I O 存存储储电电路路 E S i j k m 2 2、异步时序电路与同步时序电路、异步时序电路与同步时序电路 时序电路时序电路 同步：同步：存储电路里所有触发器有一个统一的时钟源，存储电路里所有触发器有一个统一的时钟源， 它们的状态在同一时刻更新它们的状态在同一时刻更新。 异步：异步： 没有统一的时钟脉冲或没有时钟脉冲，电路没有统一的时钟脉冲或没有时钟脉冲，电路 的状态更新不是同时发生的。的状态更新不是同时发生的。 1D Q0 FF0 FF1 Q1 Q1 Q0 & Z CP 1D CP X 1J C1 1K 1J C1 1K =1 Q

5、1 “1” Q2 Y & Q2 Q1 FF1 FF2 时序逻辑电路的另一种分类 1D C1 & 1 & D0 Q0 FF0 Q0 & 1 1D C1 D1 Q1 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 状态状态方程组方程组 DQn 1 1 1. 1. 逻辑方程组逻辑方程组 6.1.2 时序电路功能的表达方法时序电路功能的表达方法 状态转换真值表状态转换真值表 100010 001100 000000 n Q 1 n Q0 1 1 n Q 1 0 n

6、 QYA 010 100 011 100 010 111 011 101 001 110 输出方程输出方程 A)QQ(Y 10 A)QQ(Q nnn 10 1 0 AQQ nn 0 1 1 状态状态方程组方程组 2. 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 2.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 0 1 / 0 0 0/ 1 1 1 1 1 / 0 0 0 / 1 1 0 1 0 / 0 0 0 / 0 0 0 0 1 / 0 0 0/ 1 0 1 状态表状态表 nnQ Q 01 YQQ nn / 1 0 1 1 A=1A=0 状态转换真值表状态转换真值

7、表 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 10 11 00 01 0/0 1/0 0/1 10 11 00 01 1/0 0/1 1/0 0/1 1/0 3.根据状态表画出状态图根据状态表画出状态图 CP A Q0 Q1 Y 4. 时

8、序图时序图 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 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 根据状态表画出波形图根据状态表画出波形图 时序逻辑电路功能的描述方法4种 1、逻辑方程式 2、状态表（状态转换表） 3、状态图（状态转换图） 4、时序图 例例: :试分析下图时序逻辑电路的逻辑功能，写出它的试分析下图时序逻辑电路的逻辑功能，写出它的激励（激励（驱动）方程、状驱动

9、）方程、状 态方程和输出方程。态方程和输出方程。FFFF1 1、FFFF2 2、FFFF3 3是三个主从结构的触发器，下降沿动作，是三个主从结构的触发器，下降沿动作， 输入端悬空时和逻辑输入端悬空时和逻辑1 1状态等效。状态等效。 一组方程还不能获得电路逻辑功能的完整印象。一组方程还不能获得电路逻辑功能的完整印象。 J J1 1=Q=Q2 2 Q Q3 3 K K1 1=1=1 J J2 2=Q=Q1 1 K K2 2=Q=Q1 1 Q Q3 3 J J3 3= Q= Q1 1 Q Q2 2 K K3 3= Q= Q2 2 输出方程输出方程 Y= Q2 Q3 Q Qn+1 n+1=J Q+ K

10、 Q =J Q+ K Q 激励激励方程方程 (驱动驱动)方程方程 J KJ K特性方程特性方程 状态状态(次态次态)方程方程 Q Q1 1n+1 n+1=Q =Q2 2 Q Q3 3 Q Q1 1 Q Q2 2n+1 n+1=Q =Q1 1 Q Q2 2 +Q +Q1 1 Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q3 3n+1 n+1=Q =Q1 1 Q Q2 2 Q Q3 3+Q+Q2 2 Q Q3 3 状态表（状态转换表）状态表（状态转换表） 状态图（状态转换图）状态图（状态转换图） 时序图时序图 Qn 时序逻辑电路的状态表时序逻辑电路的状态表 Qn+1/Z 输入输入 次态次态/ /输出输出 现态

11、现态 X 时序电路的状态转换图时序电路的状态转换图 0001 0/1 1/1 0/1 1/0 Q1Q0 X/Z Q3n Q2n Q1n 电路的状态表电路的状态表 YQ3n+1 Q2n+1 Q1n+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 Q3 Q2 Q1 电路的状态转换表的另一种形式电路的状态转换表的另一种形式 Y 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0

12、0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 CPCP的顺序的顺序 试列出上图电路的状态转换表试列出上图电路的状态转换表 这个电路没有输入逻辑变量这个电路没有输入逻辑变量, ,因此因此, , 电路的次态和输出只取决于电路电路的次态和输出只取决于电路 的初态，它属于穆尔型时序电路。的初态，它属于穆尔型时序电路。 设电路的初态为设电路的初态为Q Qn n3 3Q Qn n2 2Q Qn n1 1=000=000， 代入状态代入状态( (次态次态) )方程式和输出方方程式和输出方 程式后得到程式后得到001001 将这一结果作为新的初态，即将

13、这一结果作为新的初态，即 Q Qn n3 3Q Qn n2 2Q Qn n1 1=001=001， 重新代入式，又得到一组新的次态重新代入式，又得到一组新的次态 和输出值。和输出值。 还要检查一下得到的状态转换表是还要检查一下得到的状态转换表是 否包含了电路所有可能出现的状否包含了电路所有可能出现的状 态。态。 状态图（状态转换图）、时序图状态图（状态转换图）、时序图 电路的状态转换图电路的状态转换图 /1 /1 00 0 /0 Q3Q2Q1 /Y 00 1 /0 01 0 /0 01 1 11 0 /0 10 1 /0 10 0 /0 11 1 例例2 2 分析时序逻辑电路的逻辑功能，写出电路的驱动分析时序逻辑电路的逻辑功能，写出电路的驱动 方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。 写出驱动方程写出驱动方程 状态方程状态方程 输出方程输出方程 0 0 0 1 1 0 1 1 电路的状态表电路的状态表 Q2n+1Q1n+1/Y 0 0 A Q2nQ1n 01/0 10/0 11/0 00/1 11/1