数字电子技术清华课件_第5章时序逻辑电路

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1、第5章时序逻辑电路5.1时序逻辑电路概述5.2同步时序逻辑电路的分析5.3同步时序逻辑电路的设计5.4异步时序逻辑电路5.5计数器5.6寄存器5.1时序逻辑电路概述5.1.1时序逻辑电路的一般模型5.1.2时序逻辑电路的一般分类5.1.3时序逻辑电路功能表示方法5.1时序逻辑电路概述时序逻辑电路与组合逻辑电路相比，其最大的特点在于具有记忆功能。时序电路的输出不仅与该时刻的输入信号取值组合有关，而且与该时刻之前电路自身的状态有关。触发器是最简单的时序电路，是时序电路的基本单元。5.1.1时序逻辑电路的一般模型输出方程：状态方程：驱动方程：

2、（激励方程）上式中tn，tn+1表示两个相邻的时间，电路在tn时刻的状态称为现态，在tn+1时刻的状态称为次态。5.1.2时序逻辑电路的一般分类1．根据时序电路中触发器状态变化的特点，分为同步时序电路与异步时序电路。2．根据输入信号的特点，又可以将异步时序电路分为脉冲型与电位型；3．按照输出信号的特点分为米利（Mealy）型与摩尔（Moore）型。4．根据逻辑功能的不同，时序电路可以分为计数器、寄存器、顺序脉冲发生器和随机存储器等；5．根据结构及制造工艺的不同，可以分为双极型电路与MOS型电路。5.1.3时序逻辑电路功能表示方法1．逻辑

3、函数表达式包含输出方程、状态方程和驱动方程。2．状态表又称为状态转换表，其形式与真值表相似。3．状态图又称为状态转换图，以图形的形式表示时序电路的状态变化。4．卡诺图、时序图与逻辑图时序电路的卡诺图与组合电路的卡诺图的形式完全。时序图又称为波形图，它是以信号波形变化的形式来表示输入输出信号之间的关系。逻辑图是以各种逻辑符号按照逻辑函数表达式规定的逻辑关系连接起来所构成的图形，可以方便地转化为电路图。本节小结时序电路的逻辑特点是：在任何时刻的输出不仅和输入有关，而且还决定于电路原来的状态。时序电路的结构特点是：时序电路包含有存储电路。存储

4、电路通常以触发器为基本单元电路构成。时序电路可分为同步时序电路和异步时序电路两类。它们的主要区别是，前者的所有触发器受同一时钟脉冲控制，而后者的各触发器则受不同的脉冲源控制。时序电路的逻辑功能可用逻辑图、状态方程、状态表、卡诺图、状态图和时序图等6种方法来描述，它们在本质上是相通的，可以互相转换。5.2.1同步时序逻辑电路分析步骤5.2.2同步时序逻辑电路分析举例5.2同步时序逻辑电路的分析5.2同步时序逻辑电路的分析5.2.1同步时序逻辑电路分析步骤1．写方程式2．求状态方程3．列状态表并计算4．画状态图与时序图5．逻辑功能说明5.2

5、.2同步时序逻辑电路分析举例例5.2.1分析图示时序电路的逻辑功能。1．写方程式2．求状态方程输出方程：驱动方程：将驱动方程代入JK触发器的特性方程求出电路的状态方程：JK触发器的特性方程：3．列状态表并计算101111110011000101011001100110111010001100010000ZX输出次态现态输入4．画状态图与时序图5．逻辑功能说明该电路是一个二位二进制可逆计数器，当X=0时递增计数，当X=1时递减计数，Z作为进位或借位输出。例5.2.2分析图示时序逻辑电路。1．写方程式2．求状态方程驱动方程：D触发器的特性方

6、程：状态方程：将驱动方程代入特性方程，即可求出：3．列状态表并计算0001111001011110010111010011010110101101011101001111000100011100100110001101001100101001100110010010110001110000M次态现态输入4．画状态图5．逻辑功能说明本电路是一个步进电机脉冲分配器，M为正反转控制信号，M=1时电机正转，M=0时电机反转。时序电路的分析，就是由逻辑图到状态图的转换；同步时序逻辑电路分析步骤一般包括写方程式、求状态方程、列状态表并计算、画状态图

7、与时序图、逻辑功能说明等步骤。本节小结5.3.1同步时序逻辑电路设计步骤5.3.2同步时序逻辑电路设计举例5.3同步时序逻辑电路的设计5.3同步时序逻辑电路的设计5.3.1同步时序逻辑电路设计步骤1．分析命题要求，画出原始状态图与状态表2．进行状态化简3．进行状态分配4．求状态方程与输出方程，并检查能否自启动5．求驱动方程6．画逻辑电路图5.3.2同步时序逻辑电路设计举例例5.3.1设计一个同步五进制计数器，要求有进位端，能够自启动。1．分析命题要求，画出原始状态图本例不存在多余状态，所以状态化简的步骤可以省略。2．进行状态分配1000

8、0010001110011001000101000100000C3．求状态方程与输出方程，并检查能否自启动状态方程：输出方程：5．画逻辑电路图4．求驱动方程JK触发器的特性方程：与状态方程比较，求出各触发器