数字电路与逻辑设计 教学课件 作者 邹虹 第5章-时序逻辑电路.ppt

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1、第5章时序逻辑电路概述5.1时序逻辑电路的分析5.2中规模时序电路5.3时序逻辑电路的设计5.45.1概述5.1.1时序逻辑电路的结构模型及特点图5-2时序电路结构框图由上述可知，时序逻辑电路有如下的特点。①结构特点：由组合逻辑电路和存储电路组成；存储电路必不可少，存储电路由触发器或由具有反馈回路的电路构成。②逻辑特点：任何时刻电路的输出不仅仅取决于该时刻的输入信号，而且还与电路的历史状态有关。有记忆功能。5.1.2时序逻辑电路的类型（1）按逻辑功能来分类：有计数器、寄存器、移位寄存器、顺序脉冲发生器等。（2）按输入信号的形式可分为：有电位控制型时序逻辑电路

2、和脉冲控制型时序逻辑电路。（3）按电路输出信号的特性可分为：米里型（Mealy）和莫尔型（Moore）。（4）按电路中触发器状态变化是否同步可分为：同步时序电路和异步时序电路。（5）按变量的取值确定与否可分为：完全确定时序电路和非完全确定时序电路。5.2时序逻辑电路的分析5.2.1时序逻辑电路的分析步骤图5-3时序电路分析过程示意图【例5-1】分析如图5-4所示时序逻辑电路。图5-4例5-11的时序电路图解由图5-4可见，该时序逻辑电路是由2个JK触发器和门电路构成。各级触发器受同一时钟CP控制，是同步时序逻辑电路。具体分析过程如下。①写出各级触发器的时

3、钟方程、驱动方程和输出方程。②将驱动方程代入相应触发器的特性方程求出各触发器的状态方程。③列状态转移表、画状态图和时序图。表5-1例5-1状态转移表图5-5例5-1状态转移图Q1Q2A/F④逻辑功能分析。此电路是一个同步模4可逆计数器。当A=0时，实现模4加法计数器的功能进行加法计数，当A=1时，电路进行减1计数，实现模4减法计数器的功能，图5-6例5-1时序图5.2.2常用时序逻辑电路分析1.寄存器和移位寄存器寄存器用于寄存（存储）一组二进制代码。图5-74位数据寄存电路就数据的传送来说，这种工作方式是并入/并出的，数据一般以并行方式存储，移位寄存器是一种具

4、有移位功能的寄存器，因此具有数码的寄存和移位两个功能，如图5-8所示电路是由4级D触发器构成的4位右移的移位寄存器。移位寄存器的移存规律为：图5-84位右移移位寄存器图5-94位左移移位寄存器就数据的传送来说，这种工作方式是串入/串出的。2.同步计数器（1）按计数器的计数进制（模值）分①二进制计数器：模值为2n的计数器均称为二进制计数器。其中n为触发器级数。②十进制计数器：按十进制规律进行计数的计数器称为十进制计数器。③N进制计数器：除二进制计数器和十进制计数器以外的计数器称为N进制计数器。（2）按计数器的时钟控制类型分①同步计数器：当输入计数脉冲到来时

5、，所有触发器都同时触发，从电路结构上来看，计数器中各个触发器的时钟信号是相同的，都是输入计数脉冲。②异步计数器：触发器不受统一的时钟控制，不是同时动作，从电路结构上来看，计数器中有的触发器的时钟信号是不相同的。（3）按计数器的计数增减规律分①递增计数器：又称加法计数器，每来一个计数脉冲，触发器组成的状态，就按二进制代码规律增加。②递减计数器：又称减法计数器，每来一个计数脉冲，触发器组成的状态，按二进制代码规律减少。③双向计数器：又称可逆计数器，计数规律可按递增规律，也可按递减规律，由控制端决定。【例5-2】分析如图5-10所示电路的时序逻辑电路。图5

6、-10例5-2的时序电路图解①写出各级触发器的驱动方程和输出方程。驱动方程：②将驱动方程代入相应触发器的特性方程求出各触发器的状态方程。状态方程：③列状态转移表、画状态图和时序图。现态次态输出FQ2Q1Q0Q2Q1Q0有效状态000001000101100111110111110011010001000001偏离0101010态1010100表5-3例5-2状态转移表图5-11例5-2状态转移图④概述逻辑功能：这是一个不具备自启动特性的同步六进制计数器。图5-12例5-2时序图3.异步计数器分析异步计数器时，要注意各级触发器的时钟脉冲。【例5-3】分析如图

7、5-13所示异步时序电路。图5-13例5-3异步时序电路时钟方程：驱动方程：输出方程：②将驱动方程代入相应触发器的特性方程求出各触发器的状态方程。状态方程：③列状态转移表、画状态图和时序图。由状态方程，可以列出状态转移表，如表5-4所示。现态时钟次态输出Q4Q3Q2Q1CP4CP3CP2CP1Q4Q3Q2Q1Z有效状态0000－－－↓000100001↓－↓↓001000010－－－↓001100011↓↓↓↓010000100－－－↓01010续表现态时钟次态输出Q4Q3Q2Q1CP4CP3CP2CP1Q4Q3Q2Q1Z有效状态0101↓－↓↓0110

8、00110