数字电路第五章

1、1 2 5.1 5.1 概述概述 逻辑电路可分为逻辑电路可分为 两大类：两大类： 1 1、组合电路：、组合电路： 2 2、时序电路：、时序电路： 由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。 电路的输出仅仅与当时的输入有关。电路的输出仅仅与当时的输入有关。 存储电路，因而具有记忆能力。存储电路，因而具有记忆能力。 电路的输出不仅与当时的输入有关，而且电路的输出不仅与当时的输入有关，而且 还与电路原来的状态有关。还与电路原来的状态有关。 时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。 延迟元件或触发器延迟元件或触发器 3 5.1.

2、1 5.1.1 时序逻辑电路的结构特点时序逻辑电路的结构特点 组合电路组合电路 存储电路存储电路 Z1 Zj Y1 YrQ1 Qr X1 Xi 输输 入入 信信 号号 输输 出出 信信 号号 存存 储储 电电 路路 的的 输输 入入 输输 出出 状状 态态 逻辑电路中存在反馈，时序电路的输出由逻辑电路中存在反馈，时序电路的输出由 电路的输入和电路原来的状态共同决定。电路的输入和电路原来的状态共同决定。 4 逻辑关系方程：逻辑关系方程： 组合逻辑电路组合逻辑电路 X1 Xi Z1 Zj 存储电路存储电路 Q1 Qr Y1 Yr X(X1，Xi) Q(Q1，Qr)Y(Y1，Yr) Z(Z1，Zj)

3、 Z ZF F1 1( (X X，Q Qn n) ) 输出方程输出方程 Y YF F2 2( (X X，Q Qn n) ) 驱动方程驱动方程 Q Qn+1 n+1 F F3 3( (Y Y，Q Qn n) ) 状态方程状态方程 各信号之间的逻辑关系方程组：各信号之间的逻辑关系方程组： 5 5.1.2 5.1.2 时序逻辑电路的分类时序逻辑电路的分类 从控制时序状态的脉冲源来分：从控制时序状态的脉冲源来分： 时序电路时序电路 CP X 1J C 1 1K 1J C 1 1K =1 Q1 “1” Q2 Y (6)画出逻辑图并检查自启动能力。画出逻辑图并检查自启动能力。 给每个状态赋以二进制代码的过

4、程。给每个状态赋以二进制代码的过程。 根据状态数确定触发器的个数，根据状态数确定触发器的个数， (5)求出电路的驱动方程和输出方程求出电路的驱动方程和输出方程 ； （M:状态数状态数;n:触发器的个数）触发器的个数）2n-1 X X Z Z CPCP 电路框图电路框图 例例2 2设计一个串行数据检测器。电路的输入信号是与时钟脉设计一个串行数据检测器。电路的输入信号是与时钟脉 冲同步的串行数据冲同步的串行数据X X，输出信号为，输出信号为Z Z；要求电路在；要求电路在X X信号输信号输 入出现入出现101101序列时，输出信号序列时，输出信号Z Z为为1 1，否则为，否则为0 0。输入信号。输入

5、信号X X 序列及相应输出信号序列及相应输出信号Z Z的波形示意图如图所示。的波形示意图如图所示。 CP X Z 1 0 1 1 0 1 解：解： (1) (1) 画出原始状态转换图。画出原始状态转换图。 12345678 ( ( 输入序列不允许重迭输入序列不允许重迭 ) ) 47 画原始状态图画原始状态图 数据数据 检测检测 器器 X X Z Z CPCP 电路框图电路框图 解：解： (1) (1) 画出原始状态转换图。画出原始状态转换图。 定义电路的状态：定义电路的状态： S0 S0 电路的初始状态电路的初始状态 1/0 S0 S1 S3 S2 1/0 0/0 1/1 0/0 0/0 1/

6、0 S0 S1 S3 S2 1/0 0/0 1/0 1/1 0/0 0/0 0/0 S1S1X X输入输入1 1后，电路的状态后，电路的状态 S2S2X X输入输入1010后后 S3S3X X输入输入101101后后 48 列出原始状态转换表：列出原始状态转换表： 现态现态 次态次态/ /输出输出 X=0X=0X=1X=1 S S0 0S S0 0 / 0 / 0S S1 1 / 0 / 0 S S1 1S S2 2 / 0 / 0S S1 1 / 0 / 0 S S2 2S S0 0 / 0 / 0S S3 3 / 1 / 1 S S3 3S S0 0 / 0 / 0S S1 1 / 0 /

7、 0 (2) (2) 状态化简状态化简 0/0 S0 S2 S1 1/1 0/0 1/0 0/0 1/0 现态现态 次态输出次态输出 X=0X=0X=1X=1 S S0 0S S0 0 / 0 / 0S S1 1 /0 /0 S S1 1S S2 2 / 0 / 0S S1 1 /0 /0 S S2 2S S0 0 /0 /0S S0 0 /1 /1 (3) (3) 状态编码状态编码 S0=00S0=00 S1=01S1=01 S2=10S2=10 1/0 S0 S1 S3 S2 1/0 0/0 1/0 1/1 0/0 0/0 0/0 0/0 00 10 01 1/1 0/0 1/0 0/0

8、1/0 49 (4) (4) 确定触发器的类型和个数确定触发器的类型和个数 现态现态 次态输出次态输出 X=0X=0X=1X=1 S S0 0S S0 0 / 0 / 0S S1 1 /0 /0 S S1 1S S2 2 / 0 / 0S S1 1 /0 /0 S S2 2S S0 0 /0 /0S S0 0 /1 /1 采用两个采用两个D D触发器。触发器。 (5) (5) 求电路的状态方程，触发器驱动方程和输出方程求电路的状态方程，触发器驱动方程和输出方程 Q Q2 2n n+1 +1、 、Q Q1 1n n+1 +1、 、Z Z作为输出函数作为输出函数 将将X X、Q Q2 2n n、Q

9、 Q1 1n n作为输入变量，作为输入变量， 输输 入入 现现 态态次态次态 输输 出出 X XQ Q2 2n nQ Q1 1n nQ Q2 2n n+1 +1 Q Q1 1n n+1 +1 Z Z 0 00 00 00 00 00 0 0 00 01 11 10 00 0 0 01 10 00 00 00 0 1 10 00 00 01 10 0 1 10 01 10 01 10 0 1 11 10 00 00 01 1 50 00 01 11 10 0 0 0 0 1 1 1 0 Q1n+1 Q2nQ1n X 画出触发器画出触发器Q Q2 2n n+1 +1、 、Q Q1 1n+1 n+1

10、的卡诺图 的卡诺图 XQ2nQ1nQ2n+1Q1n+1Z 000000 001100 010000 100010 101010 110001 00 01 11 10 0 0 1 0 1 0 0 0 Q2n+1 Q 2 nQ 1 n X nn 1 1 2 QXQ nn 2 1 1 QXQ ( ( Qn+1=D ) ) n 12 QXD n 21 QXD 求触发器的驱动方程求触发器的驱动方程 51 XQ2nQ1nQ2n+1Q1n+1Z 000000 001100 010000 100010 101010 110001 00 01 11 10 0 0 0 0 1 0 0 1 Q2nQ1n X Z 求

11、输出方程求输出方程 n X 2 QZ 52 (6) (6) 画出逻辑图画出逻辑图 n 12 QXD n 21 QXD (2)同步计数器工作速度快同步计数器工作速度快 82 1. 异步十进制计数器异步十进制计数器 (1) 电路组成和逻辑功能分析电路组成和逻辑功能分析 由由下降边沿下降边沿触发的触发的T触发器触发器构成的异步十进制构成的异步十进制加法加法计数器计数器: 1J 1K C1 R Q Q 1 F0 Q0 1 1J 1K C1 R Q Q F1 Q1 1J 1K C1 R Q Q 1 F2 Q2 1J 1K C1 R Q Q 1 F3 Q3 CLK 74290构成模构成模10计数器计数器

12、Q0 Q1 Q2 Q3 DIV2 DIV5 ; 左移两位左移两位 10001000， 相当于相当于4 4 ; ; 同理，右移一位相当于同理，右移一位相当于2 2 用左移、右移实现用左移、右移实现2 2，2 2运算。运算。 如如 (0010) (0010) 2 2 = 2= 21010 145 应用举例应用举例4 4 时序脉冲产生器。电路如图所示。时序脉冲产生器。电路如图所示。 画出画出 Q Q0 0-Q-Q3 3波形，分析逻辑功能。波形，分析逻辑功能。 启动启动 解：解：开始启动，信号为开始启动，信号为0 0，S S1 1=1=1 此时此时S S0 0=1=1，则，则194194工作在工作在“

13、并并 入并出入并出”状态，状态，Q Q0 0-Q-Q3 3=0111=0111 启动信号撤除后为启动信号撤除后为1 1， 所以所以S S1 1S S0 0=01=01，则，则194194工作工作 在在“右移右移”状态。状态。D DSRSR=Q=Q3 3， 故循环移位。因为故循环移位。因为Q Q0 0-Q-Q3 3总总 有一个为有一个为0 0， S S1 1一直为一直为 0 0，不断右移。，不断右移。 Q0 Q1 Q2 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3 f 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1

14、0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 n+1n+1n+1 n+1 nn nn 151 b. 作反馈函数作反馈函数f 的卡诺图的卡诺图,求求f 的最简表达式的最简表达式; 00 01 11 10 00 01

15、11 10 Q0Q1 Q2Q3 1 1 f=Q0Q1Q2 c. 画逻辑图画逻辑图 1D C1 Q F0 CP 1D C1 Q F1 1D C1 Q F3 1D C1 Q F2 否则经否则经 过移位过移位, 总会将总会将1移移 到到Q3处处,电路进入电路进入 置数状态置数状态,置入置入1000, 进入有效循环状态进入有效循环状态 3,4D Q1 Q2 Q3 Q0 R 1,4D 3,4D 3,4D 3,4D 2,4D DSR C4 1/2 1 0M0 3 SA SB CLK SRG4 74194 1 0 0 0 1 1 1 153 (5) 环形计数器的特点环形计数器的特点 环形计数器附带有译码器功

16、能环形计数器附带有译码器功能; 环形计数器的输出波形为环形计数器的输出波形为顺序脉冲顺序脉冲; CP Q0 Q1 Q2 Q3 常称环形计数器为常称环形计数器为 顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器. 环形计数器的缺点是状态利用效率低环形计数器的缺点是状态利用效率低, n 个触发器构成个触发器构成 的环形计数器仅有的环形计数器仅有n 个有效状态个有效状态, 有有2n-n个无效状态个无效状态. 154 2. 扭环形计数器扭环形计数器 (1) 电路组成和逻辑功能分析电路组成和逻辑功能分析 1D C1 Q F0 CP 1D C1 Q F1 1D C1 Q F3 1D C1 Q F2 D0=Q3 0010 10

17、01 0100 1010 0101 1011 0110 1101 无效循环无效循环 0000 1000 1100 1110 0001 0011 0111 1111 有效循环有效循环 155 可在无效循环圈内选合适的状态可在无效循环圈内选合适的状态,通过修改反馈函数通过修改反馈函数,达到达到 自启动的目的自启动的目的. 00 01 11 10 00 01 11 10 Q0Q1 Q2Q3 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 原状态图原状态图 D0=Q3 00 01 11 10 00 01 11 10 Q0Q1 Q2Q3 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 修改后的状态图修改后的状态图 D0=Q3+Q0Q2 (可有多种方案可有多种方案) (2) 实现自启动的方法实现自启动的方法 156 0010 1001 0100 1010 0101 1011 0110 1101 0000 1000 1100 1110 0001 0011 0111 1111 157 (3) 用中