第7章 时序逻辑电路课件.ppt

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1、§7.4实用时序逻辑电路的分析与设计上一节所讲到的同步状态机，实际上是对同步时序电路的一种抽象和概括，即：任何一种同步时序电路都可以归结为一个同步状态机。本节将重点讨论三种实用同步时序电路的分析和设计方法。这三种时序电路是：同步计数器/分频器，移存型计数器和同步序列信号发生器。此外，本节还要讨论另外一种类型的时序电路：阻塞反馈式异步计数器。2021年7月27日1北京理工大学信息科学学院7.4.1同步计数器和同步分频器计数和分频是两个完全不同的概念。计数器是用时序电路的状态来表示累计输入时钟（CP）脉冲的个数，它与计数时

2、所采用的数制、码制有关。计数器对时序电路的状态转换顺序有一定的要求，电路的输出形式为并行输出。分频器的功能仅仅是降低输入时钟信号的频率，它对时序电路的状态转换顺序没有特殊要求，电路的输出形式为串行输出。计数器和分频器的电路结构和工作过程是相类似的，它们都是在时钟信号的作用下完成若干个状态的循环运行。2021年7月27日2北京理工大学信息科学学院2021年7月27日北京理工大学信息科学学院3以后除非特别需要，将不再特意地区分计数器和分频器，当谈到计数器时，其含义也包括了分频器，反之亦然。计数/分频器的模数，用M表示。计数

3、器的模就是它的最大计数容量。有时也称模为M的计数器为M进制计数器。分频器的模，就是它对时钟信号频率的最大分频比，即：它所能降低CP信号频率的最大倍数。若计数/分频器是由k个触发器所构成，则它的最大模数M为2k。计数器按其模数的特点分为M=2k和M≠2k两大类。2021年7月27日北京理工大学信息科学学院4本小节主要探论M≠2k，即：非2k进制同步计数器的分析与设计方法。在7.4.4节还要讨论非2k进制异步计数器——阻塞反馈式异步计数器的分析与设计方法。1.同步计数器的结构特点同步计数器是一种无外输入信号Xn的、特殊形式

4、的摩尔型状态机，换句话说，它是摩尔型状态机的一个特例。2021年7月27日北京理工大学信息科学学院5如果一个由k个触发器所构成的计数器的模M<2k，则该计数器只利用了2k个状态中的M个状态，还有2k–M个状态没有使用。所用到的这M个状态叫做计数器的“有效状态”，而没有被用到的那2k–M个状态就叫做“无效状态”。如果计数器在进入任意一个无效状态后能够通过若干个时钟周期之后自动地进入到有效状态，则称其为能够自启动；如果计数器进入某个无效状态后，无休止地在无效状态中循环转换而不能进入到有效状态，则称其为不能自启动。2.同步计

5、数器的分析分析同步计数器的一般过程：由给定计数器逻辑图写出该逻辑电路的驱动方程组和输出方程组；将驱动方程组代入触发器的特性方程以得到电路的状态方程组。由3个方程组列出计数器电路的“状态转换表”或“状态转换真值表”；2021年7月27日北京理工大学信息科学学院6再由状态转换表或状态转换真值表画出完整的状态转换图（包括有效状态和无效状态）。通过状态转换表和状态转换图明确计数器的逻辑功能和工作特点——状态转换的顺序；可根据要求画出状态信号和输出信号与时钟信号的同步波形图——时序图。【例7.23】试分析图示之同步时序电路。请画

6、出现态信号和输出信号相对于时钟信号的同步波形图。输出方程：C=Q1n驱动方程：T0=Q1nJ1=Q0n，K1=1写出逻辑方程：2021年7月27日北京理工大学信息科学学院7列写状态转换真值表：输出方程：C=Q1nJ1=Q0n，K1=1画出状态转换图：明确计数器的逻辑功能：3进制(模3)加法计数器，输出C是进位信号。画出时序图：驱动方程：T0=Q1n2021年7月27日北京理工大学信息科学学院8两条注意事项：画状态转换图时一定要画完整。由k个触发器构成的计数器共有2k个状态，要把这2k个状态画全，不能有遗漏。这样便于从状

7、态图上判断出计数器的功能以及它的自启动性。画时序图时一般只画出主循环状态（有效状态）的波形。计数器的波形图一定是循环重复(周期性)的。另外在画波形时还要注意计数器中触发器的有效触发边沿（上升沿或下降沿）。2021年7月27日北京理工大学信息科学学院93.同步计数器的设计同步计数器既然是一种特殊形式的摩尔型状态机，那么它的设计方法应该基本上遵从于7.3节中所介绍的设计方法。但是同步计数器又有其“特殊性”。“建立计数器的原始状态图(表)”——逻辑抽象的过程是一项非常关键但却比较容易的工作，做这项工作几乎没有什么悬念。无需对

8、原始状态图(表)进行状态化简。不必为了简化驱动或是输出组合逻辑而煞费苦心地去选取一组“最优”的状态编码。2021年7月27日北京理工大学信息科学学院10②根据状态的个数n确定触发器的个数k=[log2n]+1。然后，按照计数编码转换顺序的要求对原始状态图中的各状态进行编码。③按要求选择触发器的类型。④根据所选触发器的类型，利用“驱