第6章 时序逻辑电路的分析和设计

《第6章 时序逻辑电路的分析和设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章时序逻辑电路的分析和设计6.1时序逻辑电路的基本概念一、时序逻辑电路的结构及特点时序逻辑电路——任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关。时序电路的特点：（1）含有具有记忆元件（最常用的是触发器）。（2）具有反馈通道。其中X为外部输入，Z为外部输出；Q为内部输入，D为内部输出。它们之间的逻辑关系一般表示为：Z=F1（X，Qn）(6-1)D=F2（X，Qn）(6-2)Qn＋1＝F3（D，Qn)(6-3)6-1式称为输出方程，6-2式称为驱动方程或激励方程。6-3式称为时序逻辑电路的状态方程。时序电路的组合逻辑部分用来产生电路的输出和激励，存储器件部分用来记忆电

2、路过去的输入情况。二、时序逻辑电路的分类时序电路按其工作方式又可分为同步时序电路和异步时序电路两大类，其结构如图(a)和(b)所示。(a)同步时序电路的结构框图(b)异步时序电路的结构框图由于时序电路与组合逻辑电路在结构和性能上不同，因此在研究方法上两者也有所区别，组合逻辑电路的分析和设计所用到的工具主要是真值表，而时序电路的分析和设计所用到的工具主要是状态表和状态图。三、时序逻辑电路功能的描述方法逻辑方程式状态表状态图时序图1.逻辑方程式有了时序电路的输出方程、驱动方程和状态方程，时序电路的功能就被唯一确定了，所以逻辑方程可以描述时序电路的逻辑功能。2.状态表输入次态/输出现态XQnQn+

3、1/Z状态图反映时序逻辑电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的图形叫状态图1Q0Q0/00/1X/Z00011/11/04.时序图6.2时序逻辑电路的一般分析方法与组合逻辑电路的分析与设计相类似，时序逻辑电路的分析就是对一个已知的时序逻辑电路，讨论在一系列输入信号作用下，电路的输出状态变化，再进一步说明该时序逻辑电路的功能。一、分析时序逻辑电路的一般步骤1．由逻辑图写出下列各逻辑方程式：（1）各触发器的时钟方程。（2）时序电路的输出方程。（3）各触发器的驱动方程。2．将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得时序逻辑电路的状态方程。3．根据状态方程和输出方程，列出该时序电路的状态表，画出状

4、态图或时序图。4．根据电路的状态表或状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。二、同步时序逻辑电路的分析举例同步时序逻辑电路分析的关键是要确定电路随时间推移，在输入信号（或时钟信号）作用下，电路的状态和输出的变化规律，以确定该电路的逻辑功能。而这种变化规律通常表现在状态表、状态图或时序图中，因此，分析一个给定的同步时序电路，其本质是要求该电路的状态表、状态图或时序图。例6.2.1试分析如图所示电路的逻辑功能，并画出状态图和时序图。解：该电路的时钟脉冲CP加在每一个触发器的时钟脉冲输入端上，因此它是一个同步时序电路。时钟方程可以不写。1．写出输出方程和驱动方程的表达式由逻辑电路可知2．写出JK触发

5、器的特性方程，然后将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：3．作状态表和状态图例6.2.1状态表000001000101000100110011100010010101010001现态次态输出由状态表可作出其状态图如图所示。4.画时序波形图设电路的初始状态，则可得下图所示的时序图。5．电路逻辑功能描述由状态图可以看出，该电路在输入第六个计数脉冲CP后，返回原来的状态，同时输出端Z输出一个进位脉冲，因此该电路为同步六进制计数器。6．检查电路能否自启动该电路应有23=8个工作状态，由状态图可知，它只有6个有效状态被利用，还有110与111这两个没有被利用的无效状态。将110代

6、入状态方程中，可得，再将111代入状态方程中，可得，而010为有效状态，即电路由于某原因进入无效工作状态时，只要继续输入计数脉冲CP，电路能自动返回到有效工作状态，因此该电路能自启动。例6.2.2：试分析如图所示的时序逻辑电路。解：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。（1）写出输出方程：（2）写出驱动方程：（3）写出JK触发器的特性方程，然后将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：输出方程简化为：由此作出状态表及状态图。（4）作状态转换表及状态图①当X=0时：触发器的次态方程简化为：①当X=1时：触发器的次态方程简化为：输出方程简化为：由此作出状态表及状态图。将X

7、=0与X=1的状态图合并，起来得完整的状态图。根据状态表或状态图，可画出在CP脉冲作用下电路的时序图。（5）画时序波形图。（6）逻辑功能分析：当X=1时，按照减1规律从10→01→00→10循环变化，并每当转换为00状态（最小数）时，输出Z=1。该电路一共有3个状态00、01、10。当X=0时，按照加1规律从00→01→10→00循环变化，并每当转换为10状态（最大数）时，输出Z=1。所以该电路是一个可控的