数字电路与逻辑设计第6章1 时序逻辑电路设计

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1、第六章时序逻辑电路本章内容:介绍时序逻辑电路的特点。介绍时序电路的分析和设计方法。介绍常用时序逻辑部件：计数器，移位寄存器。一、时序逻辑电路概述组合逻辑电路：任何一个时刻的输出信号仅取决于当时的输入信号。时序逻辑电路：任何一个时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的工作状态。1、分析一个简单的时序逻辑电路。①组成：由两部分组成一部分是组合逻辑电路：3个与非门构成一部分是存储电路：由T触发器构成②分析：根据电路结构，可以写出T触发器的状态方程：Qn+1=[XQn+XQn]CP输出Z：Z=QnXCP③由上两式画出电路的工作波形。如下页图工作波形：CPXQ初=0Q

2、ZQ初=1QZ由波形得出结论：任何一个时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的工作状态。2、时序逻辑电路在结构上的特点：①时序逻辑电路包含组合电路和存储电路两部分。组合电路至少有一个输出反馈到存储电路的输入端，存储电路的状态（Q，Q）至少有一个作为电路的输入，与其他输入信号（X）共同决定电路输出。时序逻辑电路的结构框图组合电路存储电路Z1ZjY1YrQ1QrX1Xi输入信号输出信号存储电路的输入输出状态逻辑电路中存在反馈，时序电路的输出由电路的输入和电路原来的状态共同决定。逻辑关系方程：X(X1，…Xi)Q(Q1，…Qr)Y(Y1，…Yr)Z(Z1，…Zj)Z

3、＝F1(X，Qn)输出方程Y＝F2(X，Qn)驱动方程或激励方程Qn+1＝F3(Y，Qn)状态转换方程各信号之间的逻辑关系方程组：描述时序电路逻辑功能的逻辑式（一般需要以下三组信号）3、时序逻辑电路的分类从控制时序状态的脉冲源来分：同步时序电路：异步时序电路：存储电路里所有触发器有一个统一的时钟源没有统一的时钟脉冲从输出信号的特点分：莫尔型：米里型：Z=F1[X,Qn]Z=F1[Qn]时序逻辑电路的分类二时序逻辑电路的分析方法。分析：根据给定电路结构，找出在输入及时钟信号作用下，存储电路状态变化规律及电路的输出，从而了解电路所完成的逻辑功能。描述时序逻辑电路功能的方法：⑴驱动方程⑵状

4、态转移方程、电路的输出函数表达式。⑶状态转移表，状态转移图。(4)工作波形（时序图）。1、分析步骤：⑴写出存储电路的驱动方程，也就是存储电路输入信号的逻辑函数表达式。⑵写出存储电路的状态转移方程，并写出电路输出函数表达式。⑶由状态转移方程和输出函数表达式，列出状态转移表，画出状态转移图。⑷画出工作波形。⑸描述逻辑功能。同步时序逻辑电路的分析举例例1试分析如图所示时序电路的逻辑功能。Y与输入X无关，电路是莫尔型同步时序电路。解：1.了解电路组成。输入信号输出信号＞1JC11K＞1JC11KJ2=K2=XQ1J1=K1=13.求出电路状态方程。Y=Q2Q12.写出各触发器的驱动方程和输

5、出方程。4.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图。X=0X=10001/011/00110/000/01011/001/01100/110/1Y=Q2Q1状态转换表同步时序逻辑电路的分析举例状态图X=0X=10001/011/00110/000/01011/001/01100/110/14.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图。同步时序逻辑电路的分析举例X=0X=10001/011/00110/000/01011/001/01100/110/1波形图可以根据状态转换表、状态转换图或方程画出。4.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图。同步时序逻辑电路的分析举例5.确定逻辑功

6、能X=0时电路功能：可逆计数器X=1时Y可理解为进位或借位端。电路进行加1计数电路进行减1计数。同步时序逻辑电路的分析举例举例2分析如图所示的同步时序逻辑电路（书上181图）解：由3个J~K触发器和一些与非门构成，各级触发器受同一时钟CP控制，所以为同步时序逻辑电路。步骤：⑴写出各级触发器的驱动方程。J1=Q2nQ3n，K1=Q2nQ3nJ2=Q3nQ1n，K2=Q3nJ3=Q1nQ2n，K3=Q2n⑵由激励函数代入状态方程得状态转移方程：Q1n+1=[Q3nQ2nQ1n+Q3nQ2nQ1n]CPQ2n+1=[Q3nQ1nQ2n+Q3nQ2n]CPQ3n+1=[Q2nQ1nQ3n+Q

7、2nQ3n]CP输出函数：Z=Q1Q3⑶由状态转移方程、输出函数列出状态转移表及画出状态转移图。状态转移表：是将任何一组变量及存储电路的初始状态取值，然后代入状态转移方程和输出函数表达式进行计算，求出下一状态和输出值，依次进行。如下表序号初态次态输出Q3n,Q2n,Q1nQ3n+1,Q2n+1,Q1n+1Z000000101001011020110100301011004110101051010001偏离状态11110011000010状态转移表00000