时序逻辑电路.doc

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1、第六章时序逻辑电路时序逻辑电路简称时序电路，与组合逻辑电路并驾齐驱，是数字电路两大重要分支之一。本章首先介绍时序逻辑电路的基本概念、特点及时序逻辑电路的一般分析方法。然后重点讨论典型时序逻辑部件计数器和寄存器的工作原理、逻辑功能、集成芯片及其使用方法及典型应用。最后简要介绍同步时序逻辑电路的设计方法。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——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。时序电路中必须含有具有记忆能力的存储器件。存储器件的种类很多，如触发器、延迟线、磁性器件等，但最常用

2、的是触发器。由触发器作存储器件的时序电路的基本结构框图如图6.1.1所示，一般来说，它由组和电路和触发器两部分组成。二．时序逻辑电路的分类按照电路状态转换情况不同，时序电路分为同步时序电路和异步时序电路两大类。按照电路中输出变量是否和输入变量直接相关，时序电路又分为米里（Mealy）型电路和莫尔（Moore）型电路。米里型电路的外部输出Z既与触发器的状态Qn有关，又与外部输入X有关。而莫尔型电路的外部输出Z仅与触发器的状态Qn有关，而与外部输入X无关。6.2时序逻辑电路的一般分析方法一．分析时序逻辑电路的一般步骤1．根据给定的时序电路图写出下

3、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，求得各触发器的次态方程，也就是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。下面举例说明时序逻辑电路的具体分析方法。二．同步时序逻辑电路的分析举例例6.2.1：试分析图6.2.2所示的时序逻辑电路图6.2.2例6.2.1的逻辑电路图解：由于图6.2.2为同步时序逻辑电路，图中的两个触发器都接至同一个时钟

4、脉冲源CP，所以各触发器的时钟方程可以不写。（1）写出输出方程：（6.1.5）（2）写出驱动方程：（6.1.6a）（6.1.6b）（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：（6.1.7a）（6.1.7b）（4）作状态转换表及状态图由于输入控制信号X可取1，也可取0，所以分两种情况列状态转换表和画状态图。①当X=0时。将X=0代入输出方程（6.1.5）和触发器的次态方程（6.1.7），则输出方程简化为：；触发器的次态方程简化为：，。设电路的现态为，依次代入上述触发器的次态方程和输出方程中进行

5、计算，得到电路的状态转换表如表6.2.1所示。根据表6.2.1所示的状态转换表可得状态转换图如图6.2.3所示。表6.2.1X=0时的状态表现态次态输出Z000110011000001②当X=1时。输出方程简化为：；触发器的次态方程简化为：，计算可得电路的状态转换表如表6.2.2所示，状态图如图6.2.4所示。表6.2.2X=1时的状态表现态次态输出Y001001100100100将图6.2.3和图6.2.4合并起来，就是电路完整的状态图，如图6.2.5所示。（5）画时序波形图。如图6.2.6所示。图6.2.6例6.2.1电路的时序波形图（6

6、）逻辑功能分析该电路一共有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。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。所以该电路是一个可控的3进制计数器，当X=0时，作加法计数，Z是进位信号；当X=1时，作减法计数，Z是借位信号。三．异步时序逻辑电路的分析举例由于在异步时序逻辑电路中，没有统一的时钟脉冲，因此，分析时必须写出时钟方程。例6.2.2：试分析图6.2.7所示的时序逻辑电路图6.2.7例6.2

7、.2的逻辑电路图解：（1）写出各逻辑方程式。①时钟方程：CP0=CP（时钟脉冲源的上升沿触发。）CP1=Q0（当FF0的Q0由0→1时，Q1才可能改变状态，否则Q1将保持原状态不变。）②输出方程：（6.1.8）③各触发器的驱动方程：（6.1.9）（2）将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：（CP由0→1时此式有效）（6.1.10a）（Q0由0→1时此式有效）（6.1.10b）（3）作状态转换表、状态图、时序图表6.2.3例6.2.2电路的状态转换表现态次态输出时钟脉冲ZCP1CP000111001111001001000↑

8、↑0↑↑↑0↑根据状态转换表可得状态转换图如图6.2.8所示，时序图如图6.2.9所示。图6.2.8例6.2.2电路的状态图图6.2.9例6.2.2电路的时序图（5