时序逻辑电路数字电子技术基础课件.ppt

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1、6.1概述6.2时序逻辑电路的分析方法6.3若干常用的时序逻辑电路6.4时序逻辑电路的设计方法6.5时序逻辑电路的竞争冒险第六章时序逻辑电路6.1概述一、时序逻辑电路的定义逻辑电路分为两类：一类是组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路。在组合逻辑电路中，任一时刻的输出仅与该时刻输入变量的取值有关，而与输入变量的历史情况无关；在时序逻辑电路中，任一时刻的输出不仅与该时刻输入变量的取值有关，而且与电路的原状态，即与过去的输入情况有关。一、时序逻辑电路的特点功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来的状态有关。2.电路结构上①包含存储电路和组合电路；②存储器状态和输入变

2、量共同决定输出。例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加。二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法时序电路的一般结构形式如下：三、时序电路的分类1.同步时序电路与异步时序电路同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的clk,状态变化发生在同一时刻。异步：没有统一的clk,触发器状态的变化有先有后。2.Mealy型和Moore型Mealy型：Moore型：时序电路在工作时是在电路的有限个状态间按一定规律转换的，又将时序电路称为状态机（SM）或算法状态机（ASM）。6.2时序电路的分析方法6.2.1同步时序电路的分析方法分析：找出给定时序电路的逻辑功能,即找出在输入和CLK作用下，

3、电路的次态和输出。一般步骤：①从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程（输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程。②将驱动方程代入触发器的特性方程，得到状态方程。③从给定电路写出输出方程。一、状态转换表：6.2.2时序电路的状态转换表、状态转换图、状态机流程图和时序图若将任何一组输入变量及电路初态的取值代入状态方程和输出方程，即可算出电路的次态和现态下的取值；以得到的次态作为新的初态，和这时的输入变量取值一起再代入状态方程和输出方程进行计算，又得到一组新的次态和输出值。如此继续，将全部计算结果列成真值表的形式，就得到了状态转换表。例：列电路的状态装换表。二、状态转换图状态转换图是

4、用图形方式来描述触发器的状态转移规律。图中两个圆圈分别表示触发器的两个稳定状态，箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向，箭头旁的标注表示转移条件。三、状态机流程图（StateMachineChart）时序电路逻辑功能的另一种描述形式称为状态机流程图，简称SM图，也有叫ASM图的。SM图类似于计算机程序流程图，表示在一系列时钟脉冲作用下时序电路状态转换以及每个状态下的输入输出。因此，可以理解为它是状态转换图按时钟信号展开的一种形式，能够更直观地表示时序电路的运行过程。SM图中的图形符号：状态框、判断框和条件输出框。四、时序图时序图即前面介绍的波形图，如下图所示。例：时序电路如图，试分析

5、其逻辑功能。（4）列状态转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0（5）状态转换图6.3若干常用的时序逻辑电路6.3.1寄存器和移位寄存器①用于寄存一组二值代码，N位寄存器由N个触发器组成，可存放一组N位二值代码。②只要求其中每个触发器可置1，置0。例寄存器74LS75。例：用维-阻触发器结构的寄存器74HC175。二、移位寄存器（代码在寄存器中左/右移动）移位寄存器是既能寄存数码，又能在时钟脉冲的作用下使数码向高位或向低位移动的逻辑功能部件。按移动方式分单向移位寄存器双向移位寄存器左移位寄存器移位寄存器的逻辑功能分类移位寄存器的逻辑

6、功能右移位寄存器具有存储+移位功能6.3.2计数器计数器的主要功能是累计输入脉冲的个数。它不仅可以用来计数、分频，还可以对系统进行定时、顺序控制等，是数字系统中应用最广泛的时序逻辑部件之一。计数器是一个周期性的时序电路，其状态图有一个闭合环，闭合环循环一次所需要的时钟脉冲的个数称为计数器的模值M。由n个触发器构成的计数器，其模值M应满足2n-1＜M≤2n。计数器的功能和分类1.计数器的功能2.计数器的分类按时钟控制方式来分:同步计数器和异步计数器。按计数过程中数值的增减来分:加法计数器、减法计数器和可逆计数器。有时也用计数器的计数容量(或称模数)来区分各种不同的计数器，如十进制计数器

7、、十六进制计数器等。按编码方式来分:二进制、十进值等。N进制计数器：逢N进1。即经过N个脉冲后又回到原状态一、同步计数器在同步计数器中，各个触发器都受同一时钟脉冲→输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为“同步计数器”。目前生产的同步计数器芯片基本上分为二进制和十进制两种。1）同步加法器1.同步二进制计数器原理：根据二进制加法运算规则可知：在多位二进制数末位加1，若第i位以下皆为1时，则第i位应翻转。由此得出规律，若用T触发器构成计数