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1、第四章同步时序逻辑电路1学习要求:了解时序电路的基本结构、分类和常用的描述方法 ;熟悉各种触发器的功能和使用 ;熟练掌握同步时序电路分析和设计的基本方法 ;熟悉状态图的建立,状态简化和状态分配的各个重要环节。2在开始同步时序逻辑电路的分析与设计之前,首先应该弄清楚下列基本概念:★什么是时序逻辑电路? ★哪些类型?分类的依据是什么? ★如何对同步时序逻辑电路进行描述?将采用哪些描述工具?3定义: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
2、关,则称为时序逻辑电路。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(简称同步时序电路)和异步时序逻辑电路(简称异步时序电路)两种类型。41.同步时序电路 电路中有统一的定时信号,存储电路由带有时钟控制端的触发器组成,各触发器的时钟端均与统一的时钟脉冲信号相连接,电路状态在时钟脉冲控制下发生转换,即电路状态的改变依赖于输入信号和时钟脉冲信号。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
3、电路状态的变化。54.1.1时序逻辑电路结构由于时序逻辑电路的输出不仅取决于当时的输入,而且还与电路过去的输入有关,故必须具有记忆功能,以便保存过去的输入信息。因此,它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。4.1时序逻辑电路模型6图中,x1,…,xn为时序逻辑电路的输入信号,又称为组合电路的外部输入信号;Z1,…,Zm为时序逻辑电路的输出信号,又称为组合电路的外部输出信号;y1,…,yr为时序逻辑电路的“状态”,又称为组合电路的内部输入信号;Y1,…,Yr为时序逻辑电路中
4、的激励信号,又称为组合电路的内部输出信号,它决定电路下一时刻的状态;CP为时钟脉冲信号,它是否存在取决于时序逻辑电路的类型。7时序逻辑电路的状态y1,…,yr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。通常将某一时刻的状态称为“现态”,记作yn,简记为y;而把在某一现态下,外部信号发生变化时即将到达的新的状态称为“次态”,记作y(n+1)。8特点:从电路结构可知,时序逻辑电路具有如下特征:※ 电路由组合电路和存储电路组成,具有对过去输入进行记忆的功能; ※ 电路中包含反
5、馈回路,通过反馈使电路功能与“时序”相关; ※ 电路的输出由电路当时的输入和状态(过去的输入)共同决定。9根据电路的输出是否与输入直接相关,时序逻辑电路可以分为Mealy型和Moore型两种不同的模型。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。换而言之,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
6、入转换成电路状态后再和输出建立联系。104.1.2同步时序逻辑电路的描述方法研究同步时序电路时,除逻辑函数表达式之外,一般采用状态表、状态图去描述一个电路的逻辑功能。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、逻辑函数表达式要完整地描述一个同步时序电路的结构和功能,必须用三组逻辑函数表达式。111.输出函数表达式:是一组反映电路输出Z与输入x和状态y之间关系的表达式。Zi=fi(x1,…,xn,y1,…,ys)i=1,2,…,m(Mealy
7、型电路)Zi=fi(y1,…,ys)i=1,2,…,m(Moore型电路)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与输入x和状态y之间的关系。其函数表达式为Yj=gj(x1,…,xn,y1,…,ys)j=1,2,…,r123.次态函数表达式:次态函数用来反映同步时序电路的次态y(n+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y(n+1)l=kl(Yj,yl)j=1,2,…,r;l=1,2,…,s 对于任何一个同步时序电
8、路,一旦上述3组函数被确定,则其逻辑功能便被唯一确定。13二、状态表状态表:反映同步时序电路输出Z、次态y(n+1)和电路输入x、现态y之间关系的表格,又称为状态转移表。Mealy型同步时序电路状态表的格式如表所示。表格的上方从左到右列出一位输入x的全部组合,表格左边从上到下列出电路的全部状态y,表格的中间列出对应不同输入组合和现态下的次态y(n+1)和输出Z。14Moore型电路状态表的格式如表所示。考虑到Moore型电路的输出Z仅与电路的现态y有关,