数字电路教程06.docx

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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，但最常用的是触发器。由触发器作存

2、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。输入X1Z1输出信号Xi⋯组合电路⋯Zj信号Q1D1触发器触发器触发器输入信号输出信号⋯电路⋯QmCPDm图6.1.1时序逻辑电路框图二．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

3、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Q1Q0FF1=1FF0=1=1┌1J┌1JC

4、1XZ&┌C1┌11K11KCP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：Z=(X⊕Qn)⋅Qn（6.1.5）10（2）写出驱动方程：J=X⊕QnK0=1（6.1.6a）01J=X⊕QnK=1（6.1.6b）101（3）写出JK触发器的特性方程Qn+1=JQn+KQn，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：Qn+1=JQn+Qn=(X⊕Qn)Qn（6.1.7a）0K000010Qn+1=JQn+Qn=(X⊕Qn)

5、⋅Qn（6.1.7b）K1111101（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：Qn+1Z=QnQn=QnQn，Qn+1=QnQn。10010101设电路的现态为Q1nQ0n=00，依次代入上述触发器的次态方程和输出方程中进行计算，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。Q1Q0表6.2.1X=0时的状态表/0现态次态输

6、出00/00110QnQnQn+1Qn+1Z/11010000106.2.3X=0时的状态图01100②当X=1时。10001输出方程简化为：Z=Q1nQ0n；触发器的次态方程简化为：Qn+1=QnQn，Qn+1=QnQn010101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。Q1Q0表6.2.2X=1时的状态表/1/0现态次态输出001001QnQnQn+1Qn+1Y/01010001016.2.4X=1时的状态图1001001000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

7、.2.6所示。0/0CP001/001X1/11/0Q00/10/0Q110Z图6.2.5例6.2.1完整的状态图图6.2.6例6.2.1电路的时序波形图（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