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1、数字电子技术基础第13讲主讲孙霞安徽理工大学电气工程系第六章时序逻辑电路的分析与设计6.1时序逻辑电路的基本概念6.3时序逻辑电路分析方法6.3同步时序逻辑电路的设计方法6.1时序电路概述6.1.1时序电路特点时序电路的特点是，在任何时刻电路产生的稳定输出信号不仅与该时刻电路的输入信号有关，而且还与电路过去的状态有关。由于它与过去的状态有关，所以电路中必须具有“记忆”功能的器件，记住电路过去的状态，并与输入信号共同决定电路的输出。其电路框图如图6.1.1所示。图6.1.1时序电路框图由图6.1.1可看出，对组合电路而言，它有两组输入和两组输出，其中x1(t)
2、,x2(t),…,xn(t)称为时序电路的外部信号，或称输入变量；Qn1(t),Qn2(t),…,Qnn(t)称为时序电路的内部输入，或称记忆元件的状态输出函数；F1(t),F2(t),…,Fr(t)称为时序电路的外部输出即输出函数；W1(t),W2(t),…,Wm(t)称为时序电路的内部输出，或称为记忆元件的控制函数或激励函数。时序电路就是通过记忆元件的不同状态，来记忆以前的状态。设时间t时刻记忆元件的状态输出为Qn1(t),Qn2(t)，…,Qnn(t)，称为时序电路的现态。那么，在该时刻的输入xn(t)及现态Qnn(t)的共同作用下，组合电路将产生输出
3、函数Fr(t)及控制函数Wm(t)。而控制函数用来建立记忆元件的新的状态输出函数，用Qn+11(t),Qn+12(t),…,Qn+1n(t)表示，称为次态。这样时序电路可由下面两组表达式描述：6.1.2时序电路分类时序电路可分为两大类：同步时序电路和异步时序电路。在同步时序电路中，电路的状态仅仅在统一的信号脉冲(称为时钟脉冲，通常用CP表示)控制下才同时变化一次。如果CP脉冲没来，即使输入信号发生变化，它可能会影响输出，但绝不会改变电路的状态(即记忆电路的状态)。在异步时序电路中，记忆元件的状态变化不是同时发生的。这种电路中没有统一的时钟脉冲。任何输入信号的
4、变化都可能立刻引起异步时序电路状态的变化。时序电路按输出变量的依从关系来分，又可分为米里(Mealy)型和莫尔(Moore)型两类。米里型电路的输出是输入变量及现态的函数，即F(t)=f［x(t),Qn(t)］其框图如图6.1.2(a)所示。莫尔型电路的输出仅与电路状态的现态有关，其框图如图6.1.2(b)所示，且具有如下关系：F(t)=f［Qn(t)］图6.1.2米里型与莫尔型时序电路框图6.1.3状态表和状态图时序电路中我们用“状态”来描述时序问题。使用“状态”概念后，我们就可将输入和输出中的时间变量去掉，直接用逻辑表示式来说明时序逻辑电路的功能。所以，
5、“状态”是时序电路中极为重要的概念。时序电路的一个重要研究方法是考察相邻两个节拍的状态。我们把正在讨论的状态称为“现态”，用符号Qn表示；把在CP脉冲作用下将要发生的状态称为“次态”，用符号Qn+1表示。描述次态的方程称为状态函数。一个时序电路的主要特征是由状态函数给出的，因此，状态函数在时序逻辑的设计与分析中是十分重要的。在组合电路里，真值表是最能详尽地描述其逻辑功能的工具，而最能详尽描述时序逻辑功能的是状态迁移表和状态迁移图，简称状态表和状态图。它们不但能说明输出与输入之间的关系，同时还表明了状态的转换规律。在时序电路中状态转换关系用表格方式表示，称为状
6、态表，如用图形表示则称为状态图。两种方式相辅相成，经常配合使用。从状态表容易得到状态函数关系，有了函数关系才能设计出正确的时序逻辑电路。而状态图的优点是直观、形象，使人们对研究的对象一目了然。状态表的形式一般采用矩阵式，由于莫尔型和米里型的输出方式不同，故它们的状态表略有不同，如表6.1.1、6.1.2所示。有时候不给出状态表，而是给出了状态真值表形式，此时只要将现态Qn也作为输入信号即可。由真值表得到状态表就十分容易了，将次态作为输出，从状态表或状态真值表，按组合电路设计的方法，可以十分方便地得到时序电路的输出函数表达式F(t)和状态函数表达式Qn+1。表
7、6.1.1状态表(米里型)表6.1.2状态表(莫尔型)例6.1.1表6.1.3为米里型状态表。从表上可看出：现态Qn为Q1，当输入信号x=0时，次态Qn+1为Q1，输出F=0；当输入信号x=1时，次态Qn+1为Q2，输出F=1。同理，当现态Qn为Q2，输入信号x=0时，次态为Q2，输出F=1；当输入信号x=1时，次态Qn+1为Q1，输出F=0。例6.1.2表6.1.4为莫尔型状态表，各行各列的含义与表6.1.2相似，不同之处是输出F与输入x无关。不管输入信号x是0还是1，只要现态Qn=Q1，则输出F=0。同理，只要Qn=Q2，则输出F=1。表6.1.3状态表
8、(米里型)表6.1.4状态表(莫尔型)时序逻辑的状态
