数字电路与逻辑设计第五章.ppt

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1、第五章同步时序逻辑电路第五章同步时序逻辑电路本章知识要点:时序逻辑电路的基本概念;同步时序逻辑电路的分析和设计方法;典型同步时序逻辑电路的分析和设计。第五章同步时序逻辑电路5.1概述5.1.1时序逻辑电路的定义、结构和特点若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出信号不仅与电路该时刻的输入信号有关，还与电路过去的输入信号有关，则称为时序逻辑电路。一．定义第五章同步时序逻辑电路二．结构第五章同步时序逻辑电路时序逻辑电路由组合电路和存储电路两部分组成，通过反馈回路将两部分连成一个整体。图中，x1,…，xn为输入信号；Z1,…，Zm

2、为输出信号；y1,…，ys为时序逻辑电路的“状态”；Y1,…，Yr为时序逻辑电路中的激励信号；CP为时钟脉冲信号，是否存在CP，取决于时序逻辑电路的类型。时序逻辑电路的状态y1,…，ys是存储电路对过去输入信号记忆的结果，它随着外部信号的作用而变化。次态与现态的概念:在对电路功能进行研究时，通常将某一时刻的状态称为“现态”，记作yn，简记为y；将在某一现态下，外部信号发生变化后到达的新的状态称为“次态”，记作yn+1。第五章同步时序逻辑电路注意：次态与现态的概念是相对的！三．特点第五章同步时序逻辑电路●由组合电路和存储电路组

3、成，具有对过去输入进行记忆的功能；●包含反馈回路，通过反馈使电路功能与“时序”相关；●输出由电路当时的输入和状态(过去的输入)共同决定。5.1.2时序逻辑电路的分类通常按照电路的工作方式、电路输出对输入的依从关系或者输入信号的形式进行分类。一．按电路的工作方式分类按照电路的工作方式，时序逻辑电路可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两种类型。1.同步时序电路（1）特点：电路中有统一的定时信号，存储器件采用时钟控制触发器，电路状态在时钟脉冲控制下同时发生转换，即电路状态的改变依赖于输入信号和时钟脉冲信号。具体：状态如何变？

4、取决与输入信号；状态何时变?取决于时钟信号；每个状态维持多久？取决于时钟脉冲的周期。通常不把同步时钟信号作为输入信号处理，而是将它当成一种默认的时间基准。第五章同步时序逻辑电路（2）现态与次态同步时序电路中的现态与次态是针对某个时钟脉冲而言的。现态----指时钟脉冲作用之前电路所处的状态。次态----指时钟脉冲作用之后电路到达的状态。注意：前一个脉冲的次态即后一个脉冲的现态！2.异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路的存储电路可由触发器或延时元件组成，电路中没有统一的时钟信号同步，电路输入信号的变化将直接导致电路状态的变化。第五

5、章同步时序逻辑电路（3）对时钟的要求脉冲的宽度：必须保证触发器可靠翻转；脉冲的频率：必须保证前一个脉冲引起的电路响应完全结束后，后一个脉冲才能到来。二．按电路输出对输入的依从关系分类1．Mealy型电路：若时序逻辑电路的输出是电路输入和电路状态的函数，则称为Mealy型时序逻辑电路。2．Moore型电路：若时序逻辑电路的输出仅仅是电路状态的函数，则称为Moore型时序逻辑电路。Mealy型电路的输入和输出之间存在直接联系，而Moore型电路则是将全部输入转换成电路状态后再和输出建立联系。第五章同步时序逻辑电路若一个时序逻辑

6、电路没有专门的外部输出信号，而是以电路状态作为输出，则可视为Moore型电路的特殊情况。无论是同步时序逻辑电路或是异步时序逻辑电路，均有Mealy型和Moore型两种模型。同步时序逻辑电路中两种模型的结构框图如下图所示。第五章同步时序逻辑电路三．按输入信号形式分类时序逻辑电路的输入信号可以是脉冲信号也可以是电平信号。根据输入信号形式的不同，时序逻辑电路通常又被分为脉冲型和电平型两种类型。下图所示为不同输入信号的波形图。第五章同步时序逻辑电路5.1.3同步时序逻辑电路的描述方法同步时序电路可采用逻辑表达式、状态表、状态图进行描

7、述。状态表和状态图是同步时序逻辑电路分析和设计的重要工具。此外，必要时还可以通过时间图加以描述。一．逻辑函数表达式同步时序电路的结构和功能，可用3组逻辑函数表达式描述。1．输出函数表达式：Zi=fi(x1，…，xn,y1,…，ys)i=1,2,…,m（Mealy型电路)Zi=fi(y1，…，ys)i=1,2,…,m（Moore型电路）第五章同步时序逻辑电路2．激励函数表达式：激励函数又称为控制函数，它反映了存储电路的输入Y与外部输入x和电路状态y之间的关系。其函数表达式为Yj=gj(x1，…，xn,y1,…，ys)j=

8、1,2,…,r3．次态函数表达式：次态函数用来反映同步时序电路的次态yn+1与激励函数Y和电路现态y之间的关系，它与触发器类型相关。其函数表达式为yln+1=kl(Yj，yl)j=1,2,…,r；l=1,2,…，s第五章同步时序逻辑电路二．状态表状态表：反映同步时序电路输出Z、次态