数字电路与系统设计课件3.ppt

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1、第3章时序逻辑基础与常用器件3.1时序逻辑基础3.2触发器及其应用3.3MSI计数器及其应用3.4MSI移位寄存器及其应用3.5半导体存储器3.1时序逻辑基础时序逻辑电路的一般模型如图3-1所示，它由组合逻辑电路和起记忆作用的存储电路组成。其中，X1、…、Xk是电路的k个外部输入，简称输入；Z1、…、Zm是电路的m个外部输出，简称输出；Q1、…、Qr是电路的r个内部输入，也是存储电路的输出，通常用来表示电路现在所处的状态，简称现态(PresentState)；Y11、Y1y、Y21、…、Yry是电路的r×y个内部输出，也是存储电路的激励输入(

2、y=1或2，分别对应1个Q有1个或2个激励输入)，它关系着电路将要到达的下一个状态即次态(NextState)的状态。现态和次态不是一成不变的。电路一旦从现态变为次态，对于下一个时间节拍来讲，这个次态就变成了现态3.1.1时序逻辑电路的一般模型图3-1时序逻辑电路模型时序逻辑电路中可用的存储器件种类很多，可以是延迟元件，也可以是触发器，其中以集成触发器的使用最为广泛。与组合逻辑电路相比，时序逻辑电路具有以下两个特点：①结构上存在输出到输入的反馈通道，且有存储器件；②因为有存储器件，所以电路具有记忆功能。如果仅就输入输出关系来看，也可以说时

3、序逻辑电路具有一个特点，即电路在任何时刻的输出不仅和该时刻的输入有关，而且和过去的输入也有关系。3.1.2时序逻辑电路的描述方法1.方程组描述法与组合逻辑电路只需要一个输出方程组就可完全描述电路功能不同，时序逻辑电路必须用以下三个方程组才能完全描述其功能：输出方程组i=1,…,m激励方程组j=1,…,r；y=1或2次态方程组j=1,…,r；y=1或2上标n和n+1用以标明时间上的先后顺序，n对应于现在时刻tn，n+1对应于下一个时刻tn+1。输出方程组Zi和激励方程组Yjy表明，时序逻辑电路在时刻tn的输出和激励是该时刻电路

4、的外部输入Xn和现态Qn的组合逻辑函数。而次态方程组则表明，时序逻辑电路在时刻tn+1的状态(次态)需要由时刻tn的状态(现态)Qn和激励函数Yn共同决定。即使输入相同，也可能因为现态的不同而使电路产生不同的输出和激励，并转向不同的次态。例如，某时序逻辑电路的上述三个方程组(k=1,m=2,r=2,y=2)分别为：输出方程组激励方程组次态方程组其中，Z1、Z2为该电路的两个输出信号；J1、K1和J2、K2分别为该电路中两个JK触发器的激励输入信号；为两个JK触发器在时刻tn的Q端输出状态信号，也是电路的现态；为两个JK触发器在时刻tn+1的

5、Q端输出状态信号，也是电路的次态。2.状态图描述法状态图(StateDiagram)是时序逻辑电路状态转换图的简称，它能够直观地描述时序逻辑电路的状态转换关系和输入输出关系，是分析和设计时序逻辑电路的一个重要工具。在状态图中，电路的状态用状态名符号外加圆圈(称为状态圈)来表示，状态转换的方向用箭头来表示，箭头旁以X/Z的形式标出转换的输入条件X和相应的电路输出Z，如图3-2所示。该图读法如下：当电路在时刻tn处于现态Si而输入为X时，电路输出为Z；在时刻tn+1，电路将转换到次态Sj。图3-2状态图【例3-1】某时序逻辑电路的状态图如图3-3所

6、示。假定电路现在处于状态S0，试确定电路输入序列为X=1000010110时的状态序列和输出序列，并说明最后一位输入后电路所处的状态。解根据电路的状态图、初始状态及输入序列，可以推导如下：时刻0123456789输入X1000010110现态S0S1S2S3S0S0S1S2S0S1次态S1S2S3S0S0S1S2S0S1S2输出Z0001000100图3-3例3-1的状态图可见，当电路处于初始状态S0且输入序列X=1000010110时，状态序列为S1S2S3S0S0S1S2S0S1S2，Z输出序列为0001000100，最后一位输入后电

7、路处于S2状态。3.状态表描述法时序逻辑电路的状态转换关系和输入输出关系也可以用状态表(StateTable)的形式进行描述。状态表的结构如图3-4所示。电路所有可能的输入组合列在表的顶部，所有的状态作为现态列在表的左边，对应的次态和输出填入表中。该表读法如下：当电路在时刻tn处于现态Si而输入为X时，电路输出为Z；在时刻tn+1，电路将转换到次态Sj。状态图和状态表可以相互转换。例如，图3-3所示状态图可转换为表3-1所示的状态表，反过来也一样。表中Sn表示现态，Sn+1表示次态。图3-4状态表的结构表3–1图3-3的状态表3.1.3时序

8、逻辑电路的一般分类1.同步时序电路和异步时序电路按照电路中状态改变的方式来分，时序逻辑电路可以分为同步时序电路(SynchronousSequent