数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)_2ppt课件

1、第六章 时序逻辑电路6.1 概述概述 6.2 时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法 6.3 假设干常用的时序逻辑电路假设干常用的时序逻辑电路 6.4 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路的设计方法6.5 时序逻辑电路中的竞争时序逻辑电路中的竞争-冒险景象冒险景象1. 时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的特点2. 时序逻辑电路的分类时序逻辑电路的分类3. 时序逻辑电路的功能描画方法时序逻辑电路的功能描画方法6.1 概述一、时序逻辑电路的特点一、时序逻辑电路的特点1、功能：、功能：任一时辰的输出不仅取决于该时辰的输入；还任一时辰的输出不仅取决于该时辰的输入；还与电路与电路原来的形状有关。原来的形

2、状有关。例例:串行加法器串行加法器: 两个多位数从低位到高位逐位两个多位数从低位到高位逐位相加相加一、时序逻辑电路的特点一、时序逻辑电路的特点2. 电路构造电路构造包含存储电路和组合电路，且存储电路必不包含存储电路和组合电路，且存储电路必不可少；可少；存储电路的输出形状必需反响到组合电路输存储电路的输出形状必需反响到组合电路输入端，入端， 与输入变量共同决议组合逻辑的输出。与输入变量共同决议组合逻辑的输出。yi : 输出信号输出信号xi : 输入信号输入信号qi :存储电路存储电路的形状的形状zi :存储电路存储电路的输入的输入可以用三个方程组来描画：可以用三个方程组来描画：),(),(),(

3、QXFYqqqxxxfyqqqxxxfylijli输出方程21211212111),(*),(),(*QZHQqqqzzzhqqqqzzzhqlillli状态方程2121212111),(),(),(QXFYqqqxxxgzqqqxxxgzlikli驱动方程21211212111Z=G( X,Q )二、时序电路的分类二、时序电路的分类1.1.根据存储电路中触发器的动作特点不同根据存储电路中触发器的动作特点不同时时序序电电路路存储电路里一切触发器有一个一存储电路里一切触发器有一个一致的时钟源致的时钟源; ;触发器形状变化与时钟脉冲同步触发器形状变化与时钟脉冲同步. .同步：同步：异步：异步： 没

4、有一致的时钟脉冲，电路中要没有一致的时钟脉冲，电路中要更新形状的触发器的翻转有先有更新形状的触发器的翻转有先有后，是异步进展的。后，是异步进展的。 二、时序电路的分类二、时序电路的分类2.2.根据输出信号的特点不同根据输出信号的特点不同 时时序序电电路路输出信号不仅取决于存储输出信号不仅取决于存储电路的形状，而且还取决电路的形状，而且还取决于输入变量。于输入变量。Y = F ( X, Q ) Y = F ( X, Q ) 米利米利(Mealy)(Mealy)型：型：穆尔穆尔(Moore)(Moore)型：型：输出形状仅取决于存储电输出形状仅取决于存储电路的形状。好像步计数器路的形状。好像步计数

5、器Y = F ( Q ) Y = F ( Q ) 三、三、 时序逻辑电路的功能描画方法时序逻辑电路的功能描画方法描描述述方方法法逻辑方程式逻辑方程式形状转换表形状转换表形状转换图形状转换图时序图时序图三、三、 时序逻辑电路的功能描画方法时序逻辑电路的功能描画方法(1)(1)逻辑方程式：逻辑方程式：写出时序电路的输出方程、驱动方程和形状方程。写出时序电路的输出方程、驱动方程和形状方程。 输出方程输出方程 反映电路输出反映电路输出Y与输入与输入X 和形状和形状Q 之间关系之间关系表达式；表达式； 驱动方程驱动方程 反映存储电路的输入反映存储电路的输入Z与电路输入与电路输入X和形和形状状Q之间的关系

6、之间的关系形状方程形状方程 反映时序电路次态反映时序电路次态Qn+1与驱动函数与驱动函数Z和现和现态态Qn之间的关系之间的关系三、三、 时序逻辑电路的功能描画方法时序逻辑电路的功能描画方法(2)(2)形状转换表：形状转换表：反映输出反映输出Z Z、次态、次态Qn+1Qn+1和输入和输入X X、现态、现态Qn Qn 间对应间对应取值关系的表格。取值关系的表格。(3)(3)形状转换图：形状转换图：(4)(4)时序图：时序图：反映时序逻辑电路形状转换规律及相应输入、输反映时序逻辑电路形状转换规律及相应输入、输出取值关系的有向图形。出取值关系的有向图形。时序电路的任务波形图。描画电路的输入信号、时序电

7、路的任务波形图。描画电路的输入信号、时钟、输出及电路的形状转换等在时间上的关系。时钟、输出及电路的形状转换等在时间上的关系。n同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的分析方法n*异步时序逻辑电路的分析方法异步时序逻辑电路的分析方法6.2 时序逻辑电路的分析方法同步时序电路的分析方法同步时序电路的分析方法 义务：义务： 找出给定时序电路的逻辑功能找出给定时序电路的逻辑功能, 即即 找出在输找出在输入和入和 CLK 作用下，电路的次态和输出的变作用下，电路的次态和输出的变化规律。化规律。同步时序电路的分析方法同步时序电路的分析方法普通步骤：普通步骤：从给定电路，写出存储电路中每个触发器的时钟方

8、程、驱从给定电路，写出存储电路中每个触发器的时钟方程、驱动方程输入的逻辑式，以及电路的输出方程。动方程输入的逻辑式，以及电路的输出方程。将驱动方程代入触发器特性方程，得到形状方程次态方将驱动方程代入触发器特性方程，得到形状方程次态方程，并标出时钟条件。程，并标出时钟条件。依次假设初态，代入电路的形状方程、输出方程，求出形依次假设初态，代入电路的形状方程、输出方程，求出形状转换表即真值表，包括检查电路能否自启动、形状状转换表即真值表，包括检查电路能否自启动、形状图或时序图。图或时序图。分析时序电路的外部性能。分析时序电路的外部性能。 对于同步电路，时对于同步电路，时钟方程可以省略钟方程可以省略触

9、发器的触发器的特性方程特性方程留意脉冲留意脉冲的有效沿的有效沿给定给定电路电路驱动驱动方程方程输出输出方程方程时钟时钟方程方程形状形状表表形状形状图图时序时序图图形状形状方程方程计计算算分析分析逻辑逻辑功能功能分析时序逻辑电路的步骤分析时序逻辑电路的步骤例例1 1：分析以下时序电路，写出驱动方程、形状方程、：分析以下时序电路，写出驱动方程、形状方程、输出方程。输出方程。FF1,FF2,FF3 FF1,FF2,FF3 是三个主从是三个主从JKJK触发器触发器, ,下降沿下降沿动作，输入端悬空时等效于动作，输入端悬空时等效于1 1形状。形状。解：分析电路：解：分析电路： (1) (1)该电路没有输

10、入变量该电路没有输入变量 (2) (2)因此，电路的次态和输出只取决于电路的初态；因此，电路的次态和输出只取决于电路的初态；属于穆尔型时序电路；属于穆尔型时序电路；1 1写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：J1 = (Q2Q3) , K1= 1J2 = Q1, K2= (Q1Q3) J3 = Q1Q2 , K3= Q2 2 2带入带入JKJK触发器特性方程触发器特性方程Q Q* *=JQ+KQ),=JQ+KQ),得到形状得到形状方程：方程：J1 = (Q2Q3) , K1= 1J2 = Q1, K2= (Q1Q3) J3 = Q1Q2 , K3= Q2 Q1

11、* = (Q2Q3) Q1Q2* = Q1Q2 + Q1Q3Q2 Q3* = Q1Q2Q3 + Q2Q3Y = Q3Q23 3输出方程：输出方程：4 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图Q3Q2Q1Q3* Q2* Q1*Y00000100010100010011001110001001010101110011000011110001Q1* = (Q2Q3) Q1Q2* =Q1Q2+Q1Q3Q2 Q3* =Q1Q2Q3+Q2Q3Y = Q3Q2假设初态假设初态 Q3Q2Q1 = 000 Q3Q2Q1 = 000，带入形状方程与输出方程；，带入形状方程与输出方程；留意：留意：检查形状

12、表能否包检查形状表能否包含了一切能够出现含了一切能够出现的形状；的形状；CLK顺序顺序Q3Q2Q1Y00000100102010030110410005101061101700000111110000Q3Q2Q1Q3*Q2*Q1*Y000001000101000100110011100010010101011100110000111100014 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图CLK顺序顺序Q3Q2Q1Y000001001020100301104100051010611017000001111100004 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图 输入值写出斜线之上

13、，输入值写出斜线之上，输出值写在斜线之下输出值写在斜线之下4 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图5 5分析时序电路外部功能分析时序电路外部功能n每经过每经过7 7个时钟信号电路形状循环变化一次；电路具有个时钟信号电路形状循环变化一次；电路具有计数的功能。计数的功能。n每经过每经过7 7个时钟脉冲，输出端个时钟脉冲，输出端Y Y出现一个脉冲；电路是一出现一个脉冲；电路是一个个7 7进制计数器，进制计数器，Y Y为进位脉冲。为进位脉冲。6 6电路具有自启功能电路具有自启功能 即电路在任何一个初始形状下，在脉冲的作用下，即电路在任何一个初始形状下，在脉冲的作用下，电路可以自动回到有效

14、序列电路可以自动回到有效序列例例2 2：分析以下时序电路逻辑功能，写出驱动方程、形：分析以下时序电路逻辑功能，写出驱动方程、形状方程、输出方程。画出电路形状转换图、时序图。状方程、输出方程。画出电路形状转换图、时序图。解：分析电路：解：分析电路： (1) (1)该电路输入变量该电路输入变量A;A; (2) (2)属于米利型时序电路；属于米利型时序电路；1 1写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：D1 = Q1 D2= A + Q1 + Q2 2 2带入带入D D触发器特性方程触发器特性方程Q Q* *=D),=D),得到形状方程：得到形状方程：Y = ( (A

15、Q1Q2) (AQ1Q2) = AQ1Q2+AQ1Q23 3输出方程：输出方程：Q1* =D1 = Q1 Q2* =D2= A + Q1 + Q2 4 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图AQ2Q1Q2* Q1*Y000010001100010110011001100111111100110010101000假设初态假设初态 Q2Q1 = 00 Q2Q1 = 00，带入形状方程与输出方程；，带入形状方程与输出方程；留意：留意：检查形状表能否包检查形状表能否包含了一切能够出现含了一切能够出现的形状；的形状；Q1* = Q1 Q2* = A + Q1 + Q2 Y=AQ1Q2+AQ1

16、Q24 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图A Q2Q1Q2* Q1*Y0000100011000101100110011001111111001100101010005 5分析时序电路外部功能分析时序电路外部功能n当当A=0A=0时，该电路是一个时，该电路是一个加法计数器，在时钟延加法计数器，在时钟延续作用下，续作用下，Q2Q1Q2Q1从从0000添添加到加到1111。n当当A=1A=1时，该电路是一个时，该电路是一个减法计数器，在时钟延减法计数器，在时钟延续作用下，续作用下，Q2Q1Q2Q1从从1111递递减到减到0000。 AQ2Q1Q2*Q1*Y0000100011000

17、10110011001100111111100110010101000例例3. 分析下面时序逻辑电路的功能分析下面时序逻辑电路的功能C11TC11TX“1CLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2Y解：分析电路：解：分析电路： (1) (1)同步时序电路同步时序电路; ;时钟下降沿触发。时钟下降沿触发。 (2) (2)输出输出Y Y与输入与输入X X有关，为有关，为MealyMealy型时序电路；型时序电路；1 1写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：T1 = 1 T2= X + Q1C11TC11TX“1CLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2Y2 2输出方程：输出方程：

18、 Y= ( X Q2 ) = X + Q2Q1* = Q1 Q2* = X + Q1 + Q2 C11TC11TX“1CLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2Y3 3带入带入T T 触发器特性方程触发器特性方程Q Q* *=T + Q),=T + Q),得到形状方程：得到形状方程：T1 = 1 T2= X + Q14 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图XQ2Q1Q2* Q1*Y000011001101010111011001100110111101110011101000假设初态假设初态 Q2Q1 = 00 Q2Q1 = 00，带入形状方程与输出方程；，带入形状方程与输出方程；留意：

19、留意：检查形状表能否包检查形状表能否包含了一切能够出现含了一切能够出现的形状；的形状；Q1* = Q1 Q2* = X + Q1 + Q2 Y = X + Q24 4形状表形状表/ /形状图形状图/ /时序图时序图X Q2Q1Q2* Q1*Y0000110011010101110110011001101111011100111010005 5分析时序电路外部功能分析时序电路外部功能当输入当输入X = 0时，在时钟脉冲时，在时钟脉冲CLK的作用下，电路的的作用下，电路的4个个形状按递增规律循环变化：形状按递增规律循环变化：0001101100当当X1时，在时钟脉冲时，在时钟脉冲CLK的作用下，电

20、路的的作用下，电路的4个形状按个形状按递减规律循环变化，即：递减规律循环变化，即：1110010011 可见，该电路既具有递增计可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功数功能，又具有递减计数功能，是一个能，是一个2位二进制同步可位二进制同步可逆计数器。逆计数器。例例4.4.分析图示时序逻辑电路的逻辑功能。分析图示时序逻辑电路的逻辑功能。C11DC11DCLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2C11DFF3Q3Q3解：分析电路：解：分析电路： (1) (1)同步时序电路，时钟上升沿触发；同步时序电路，时钟上升沿触发； (2) (2)没有输入信号，为穆尔型时序电路；没有输入信号，为穆尔型时序电路；1 1写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：写出每个触发器的驱动方程输入逻辑式：D2 = Q1D1 = (Q2+Q1)=Q2Q1D3 = Q2C11DC11DCLKFF1FF2Q1Q1Q2Q2C11DFF3Q3Q3Q2* = Q1Q1* = Q2Q1Q3* = Q22 2带入带入D D触发器特性方程触发器特性方程Q Q* *=D),=D),得到形状方程：得到形状方程：C11DC11DCLKFF1FF2Q1Q1