数字系统与逻辑设计讲义第章时序逻辑电路的分析和设计

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1、第5章时序逻辑电路的分析和设计l本章教学目的与要求熟练掌握时序逻辑电路的概念、电路构成与组合电路的区别、分类；熟练掌握同步时序逻辑电路的分析方法；熟练掌握同步时序逻辑电路的设计方法；了解异步时序逻辑电路的分析方法。l本章重点1、基本概念正确掌握：时序电路、同步、异步、现态、次态、驱动方程、状态方程、状态转换真值表、状态图、时序图、自启动；2、同步时序逻辑电路的分析方法；3、同步时序逻辑电路的设计方法；l本章难点1、同步时序逻辑电路的分析方法；2、同步时序逻辑电路的设计方法；3、原始状态图的导出方法和状态化简方法（直接观察法和隐含表法）。l教学方法本章主要讲述了时序逻辑电路的概念、

2、电路构成与组合电路的区别、分类；同步时序逻辑电路的分析方法；同步时序逻辑电路的设计方法，包括原始状态图的导出方法和状态化简方法（直接观察法和隐含表法）；异步时序逻辑电路的分析方法。共需8课时。本章采用讲授为主，自学为辅的教学方法。对重点内容，课堂上要讲解透彻，课下布置一定的作业，使学生加深对内容的理解并牢固掌握；对难点内容，通过讲例题加以分析，深入浅出，举一反三，理论联系实际，使学生能学会学懂，为以后进一步学习打下基础。l授课内容5.1时序逻辑电路概述5.1.1时序逻辑电路的结构及特点为了便于大家理解时序电路的结构和特点，我们先回顾一下组合逻辑电路的结构和特点。组合逻辑电路是由门

3、电路构成的网络，可以用图5.1所示的结构模型来表示。图中，x1，x2，……，xn，为某一时刻的输入，Z1，Z2，……，Zm，为该时刻的输出。图5.1　组合和时序逻辑电路结构模型显然，组合逻辑电路的逻辑关系可用下列输出函数集来描述：11Zi=fi（x1，x2，……，xn），i=1，2，……，m由此可见，组合逻辑电路的特点是电路在任何时刻的输出只与该时刻的输入有关，而与该时刻以前的输入输出无关。时序电路从总体上看，它是由组合逻辑电路和存储单元两部分构成。其基本结构可以用图5.1所示的结构模型来表示。对如图所示组合电路而言，它包含两路输入和两路输出，即外部输入x1，x2，……，xn；内

4、部输入Q1，Q2，……，Qr；外部输出Z1，Z2，……Zm和内部输出y1，y2，……，yk。它们之间的逻辑关系可表示为：Z=f1（x，Qn）………………输出方程Y=f2（x，Qn）………………驱动方程Qn+1=f3（y，Qn）…………状态方程5.1.2时序逻辑电路的分类时序逻辑电路按照CP脉冲的连接方式可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路；按输出变量是否和输入变量直接相关可分为米里型（Mealy）和摩尔型（Moore）电路两类。5.1.3时序逻辑电路功能的描述方法1）逻辑方程式根据时序电路的结构图，写出了时序电路的输出方程、驱动方程和状态方程。2）状态表反映时序电路的输出Z、

5、次态Qn+1和输入X、现态Qn间对应取值关系的表格叫做状态表。对触发器而言就是特性表。3）状态图反映时序电路状态转换规律及相应输入、输出取值情况的几何图形叫做状态图。4）时序图时序图又叫时序电路的工作波形图。它用波形图的形式，直观地表达了输入、输出信号、电路状态等的取值在时间上的对应关系。5.2时序逻辑电路的一般分析方法分析含义：根据时序电路结构，找出该时序电路在输入信号以及时钟信号作用下，存储电路状态变化规律及电路的输出，从而了解该时序电路所完成的逻辑功能。5.2.1分析时序逻辑电路的一般步骤分析时序逻辑电路时一般包括以下四个步骤：1、根据给定的时序逻辑电路图的触发脉冲，判定此

6、电路为同步还是异步时序。如果为异步时序电路，则写出各触发器的触发脉冲逻辑表达式。如果为同步时序电路，因为各触发器接的是同一个触发脉冲，则其触发脉冲逻辑表达式可以不写。2、根据给定的时序逻辑电路图写出时序电路的下列三个逻辑表达式：（1）时序电路的输出方程；（2）时序电路的驱动方程；（3）将驱动方程代入相应的触发器的特性方程，求出各触发器的状态方程。3、根据时序逻辑电路的输出方程和状态方程，列写出该时序电路的状态表，画出状态转换图和时序图。4、用文字描述该时序电路的逻辑功能。5.2.2同步时序电路分析举例例：试分析图所示时序电路。要求列出电路的状态转换表和状态转换图，并示意性画出时序

7、图，说明电路的逻辑功能。在输入序列X（t）=010110011101010的作用下，画出相应输出序列Z（t）的波形。11解：分析过程如下：（1）根据给定电路图的触发脉冲连接形式，判定此电路为D触发器的同步时序电路。各触发器在CP脉冲的下降沿触发。（2）写出时序电路的下列三个逻辑表达式：①输出方程　　②驱动方程③将驱动方程代入相应的D触发器的特性方程，求出各触发器的次态方程为：（3）列写状态表，画状态转换图和时序图①根据输出方程和D触发器的次态方程便可列出题示电路的状态表，如表所示