第六 清华PPT课件

1、6.1 时序逻辑电路的特点和逻辑功能的描述一、时序逻辑电路的特点1.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。例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加2. 电路结构上包含存储电路和组合电路存储器状态和输入变量共同决定输出第1页/共44页二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法第2页/共44页可以用三个方程组来描述：输出方程输出方程 ),(),(2121212111lijjliqqqxxxfyqqqxxxfy驱动方程驱动方程 ),(),(2121212111likkliqqqxxxgzqqqxxxgz状态方程状态方程 ),(*),(*2121212111lill

2、liqqqzzzhqqqqzzzhq第3页/共44页三、时序电路的分类1. 同步时序电路与异步时序电路同步：所有触发器都是在同一时钟操作下,状态转换是同步发生的异步：不是所有的触发器都使用同一个时钟信号,因而在电路转换过程中触发器的翻转不是同步发生的2. Mealy型和Moore型Mealy型： Moore型： 仅取决于电路状态有关、与)(),(QFYQXQXFY第4页/共44页6.2 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，电路的次态和输出。一般步骤：根据给定的逻辑图写出存储电路中每个触发器输入端的逻辑函数式，得到电路的驱动方程。将每个触发器的驱动方程代

3、入它的特性方程，得到电路的状态方程。从逻辑图写出输出方程。为了能更加直观地显示电路的逻辑功能，还可以从方程式求出电路的状态转换表，画出电路的状态转换图或时序图。第5页/共44页例： 122111. 1QAKJKJ写驱动方程：写驱动方程： 2122222111111*)*. 2QQAQKQJQQQKQJQQKQJQJK，得得状状态态方方程程：触触发发器器的的特特性性方方程程（代代入入 )()(. 321212121QQAQAQQQAQAQY 输出方程输出方程第6页/共44页状态转换表 )()(21212121QQAQAQQQAQAQY 输出方程输出方程 21211*QQAQQQ状状态态方方程程：

4、AYQQQQ*1*212第7页/共44页二、状态转换图第8页/共44页四、时序图第9页/共44页6.3 常用的时序逻辑电路寄存器用于存储二值信息代码，由N个触发器组成的寄存器能存储一组N位的二值代码。只要求其中每个触发器可置1，置0。例1：改改变变随随高高电电平平期期间间DQCLKLS 7574第10页/共44页 74LS175。输输入入端端有有异异步步置置到到达达。到到下下一一个个存存入入四四个个触触发发器器中中，直直时时，将将D30017574RCLKDDCLKLS 第11页/共44页移位寄存器（代码在寄存器中左/右移动）具有存储 + 移位功能翻转一级触发器原来的状态到达时，各触发器按前所

5、以触发器有延迟时间因为CLKtpd位数据依次右移1第12页/共44页数据运算并代码转换，串应用：第13页/共44页器件实例：74LS 194A，左/右移，并行输入，保持，异步置零等功能并行输入并行输入并行输出并行输出第14页/共44页1S0S1S 0S 101201001101110120100110111* DSSQSSQSSQSSQDSSQSSQSSQSSYYQRSQSRYRYS 得到状态方程得到状态方程触发器的特性方程，触发器的特性方程，带入带入由图得到驱动方程：由图得到驱动方程：的工作状态的工作状态就可以选择就可以选择通过控制通过控制19401SS0Q1D1Q第15页/共44页计数器用

6、于计数、分频、定时、产生节拍脉冲等分类： 按时钟分，同步、异步 按计数过程中数字增减分，加、减 第16页/共44页1. 异步计数器异步二进制加法计数器在末位+1时，从低位到高位逐位进位方式工作。原则：每1位从“1”变“0”时，向高位发出进位，使高位翻转。电路的状态按照状态转换图循环工作。第17页/共44页异步二进制减法计数器在末位-1时，从低位到高位逐位借位方式工作。原则：每1位从“0”变“1”时，向高位发出进位，使高位翻转。第18页/共44页0121.QQQQTiii 2. 同步计数器（1）同步二进制计数器同步二进制加法计数器原理：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

7、以下皆为1时，则第i位应翻转。由此得出规律，若用T触发器构成计数器，则第i位触发器输入端Ti的逻辑式应为：第19页/共44页第20页/共44页器件实例：SN74163 同步置0ETEPDLRCLK 表示只有CLK上升沿达到时 的信号才起作用0 R第21页/共44页同步二进制减法计数器原理：根据二进制减法运算规则可知：在多位二进制数减1时，若第i位以下皆为0时，则第i位应当翻转，否则应保持不变。由此得出规律，若用T触发器构成计数器，则每一位触发器的驱动方程为 T0始终等于10121.QQQQTiii 第22页/共44页第23页/共44页(2) 同步十进制计数器加法计数器基本原理：在同步十六进制计

8、数器基础上修改，当计到1001时，则下一个CLK电路状态回到0000。10 T301QQT 102QQT 302103QQQQQT 第24页/共44页能自启动第25页/共44页器件实例：74SN160 异步置0ETEPDLRCLKD第26页/共44页（3）任意进制计数器的构成方法用已有的N进制芯片，组成M进制计数器，是常用的方法。N进制M进制MNMN第27页/共44页N M原理：计数循环过程中设法跳过NM个状态。具体方法：置零法 置数法 同步置零法同步置零法异步置零法异步置零法 同步预置数法同步预置数法异步预置数法异步预置数法第28页/共44页同步置零和异步置零法 例：将同步十六进制计数器74

9、163十二进制计数器 同步置0法，如双线所示，实现如下图所示 异步置0 如虚线所示第29页/共44页 置数法例：将同步十进制计数器74160接成七进制计数器同步预置数（如实线箭头所示），进位输出信号C由S9状态译出，所以反向后作为 所需的低电平。DL 第30页/共44页 N M 的计数器然后再采用置零或置数的方法第34页/共44页例：用74160接成二十九进制ETEPDLRCLKD第35页/共44页例：用74160接成二十九进制整体置零（异步）整体置数（同步）第36页/共44页6.4 同步时序逻辑电路的设计方法简单同步时序逻辑电路的设计设计的一般步骤一、分析设计要求，找出电路应有的状态转换图或

10、状态转换表1. 确定输入/输出变量、电路状态数。2. 定义输入/输出逻辑状态以及每个电路状态的含义，并将电路状态顺序进行编号。3. 按设计要求实现的逻辑功能画出电路的状态转换图或列出状态转换表。二、状态化简若两个电路状态在相同的输入下有相同的输出，并转向同一个次态，则称为等价状态；等价状态可以合并。第37页/共44页三、状态编码1. 确定触发器数目。2. 给每个状态规定一个n位二制代码。（通常编码的取法、排列顺序都依照一定的规律）四、从状态转换图或状态转换表求出电路的状态方程，驱动方程和输出方程。五、根据得到的驱动方程和输出方程画出逻辑图。六、检查所设计的电路能否自启动。第38页/共44页例：设计一个串行数据检测电路。正常情况下串行的数据不应连续出现3个或3个以上的1。当检测到连续3个或3个以上的1时，要求给出“错误”信号。一、建立电路的状态转换图 二、状态化简用A（1位）表示输入数据用Y（1位）表示输出（检测结果）第39页/共44页三、规定电路状态的编码取n=2，取 的00、01、10为 则，01QQ210SSS、011*AQAQQ 010*QQAQ 1AQY 第40页/共44页11011011)()(*AQQAQQQAQAQQ 00101)(*QQQAQ 011*AQAQQ 010*QQAQ 1AQY 第41页/共44页六、检查电路能