第5章 时序逻辑电路

1、第6章 时序逻辑电路数字电子技术第第6 6章章 时序逻辑电路时序逻辑电路 龙翔第6章 时序逻辑电路时序电路逻辑功能上的特点时序电路逻辑功能上的特点：任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态有关。时序逻辑电路的框图如图6-1所示： 图6-1 时序逻辑电路的框图 第6章 时序逻辑电路1）时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，其中存储电路必不可少。2）存储电路的输出和输入信号共同确定时序电路的输出。驱动方程：状态方程：输出方程：这三个方程能够全面描述一个时序电路的逻辑功能。)(),()(nnntttQXFY)(),()(nnntttQXGZ)(),()(nn1n

2、tttQZHQ第6章 时序逻辑电路直观描述时序电路中全部状态转换关系的方法直观描述时序电路中全部状态转换关系的方法：状态转换表、状态转换图和时序图。状态转换表的列写方法状态转换表的列写方法：任意设定电路的1组输入变量取值和1种初态，代入该电路的状态方程和输出方程，得到电路的次态和输出；以得到的次态作为新的初态，连同此时的输入变量取值，再代入状态方程和输出方程，得到新的次态和输出，直至将电路中全部状态转换关系全部列成表格即可。时序图是在一系列时钟脉冲的作用下，电路的状态和输出随时间变化的波形图。按照触发器状态翻转先后可分为：同步时序电路和异步时序电路。按照输出信号的特点不同可分为：摩尔型和米里型

3、。第6章 时序逻辑电路6.1 时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法 6.1.1 同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的分析是已知同步时序逻辑电路的逻辑图，找出其逻辑功能。分析步骤：1.写驱动方程；2.写状态方程；3.写输出方程。第6章 时序逻辑电路例6-1试分析图6-2所示时序逻辑电路的逻辑功能，要求写出驱动方程、状态方程和输出方程；列出状态转换表；画出状态转换图；画出时序图；判断电路能否自启动？第6章 时序逻辑电路解：该电路为1个摩尔型同步时序逻辑电路。写驱动方程：写状态方程：写输出方程： QKQQJQKQQJKJ1321312312111QQQQQQ

4、QQQQQQQQn31n321n31n21n231n2111n1QQY31第6章 时序逻辑电路列出状态转换表：第6章 时序逻辑电路状态转换表的另一种形式：第6章 时序逻辑电路画出状态转换图： 第6章 时序逻辑电路画时序图：该电路能够自启动。 第6章 时序逻辑电路第6章 时序逻辑电路n驱动方程驱动方程: n D0 = Q1 X + Q0 X + Q2 D1 = Q2 Q0 X + Q1 X + Q2 Q1 D2 = Q2 Q0 + Q0 X Yn状态方程状态方程:n Q0* = Q1 X + Q0 X + Q2 Q1* = Q2 Q0 X + Q1 X + Q2 Q1 Q2* = Q2 Q0 +

5、 Q0 X Y n输出方程输出方程:n Z1 = Q2 + Q1 + Q0 Z2 = Q2 Q1 + Q2 Q0 第6章 时序逻辑电路电路的状态转换表：电路的状态转换表：第6章 时序逻辑电路6.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法异步时序逻辑电路的分析方法异步时序电路的分析步骤： 写时钟方程； 写驱动方程； 写状态方程； 写输出方程。第6章 时序逻辑电路例6-2试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换表，并画出状态转换图。第6章 时序逻辑电路解：图6-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。写时钟方程：写驱动方程：写状态方程： CPCP00QCPCP031QCP12111132132213

6、100KQQJKJKQJKJ下降沿动作）（下降沿动作）（下降沿动作）（下降沿动作）（QQQQQQQQQQQQCPQQ0n3211n31n21n20n131n10n01n0第6章 时序逻辑电路列状态转换表： 第6章 时序逻辑电路画状态转换图：第6章 时序逻辑电路6.2 若干常用的时序逻辑电路若干常用的时序逻辑电路6.2.1寄存器寄存器1.基本寄存器图6-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图第6章 时序逻辑电路图6-2所示为双2位寄存器74LS75的逻辑图。当 = 1时，送到数据输入端的数据被存入寄存器，当 =0时，存入寄存器的数据将保持不变。如图6-3所示为4位寄存器74LS175的逻辑图。该寄

7、存器具有异步清零功能，当 =0时，触发器全部清零；当 =1，出现上升沿时，送到数据输入端的数据被存入寄存器，实现送数功能。由于此寄存器是由边沿触发器构成，所以其抗干扰能力很强。CPACPARDRD第6章 时序逻辑电路图6-3 4位寄存器74LS175的逻辑图第6章 时序逻辑电路2. 移位寄存器移位寄存器不仅具有存储的功能，而且还有移位功能，可以用于实现串、并行数据转换。如图5-4所示为4位移位寄存器的逻辑图。 第6章 时序逻辑电路假设串行信号输入端，依次输入1011，并设初态为0，画出电压波形图： 移位寄存器中代码的移动状况：第6章 时序逻辑电路电压波形图：第6章 时序逻辑电路双向移位寄存器7

8、4LS194A：第6章 时序逻辑电路第6章 时序逻辑电路74LS194A功能表：功能表：第6章 时序逻辑电路例：用两片例：用两片74LS194A构造一个构造一个8位双向移位寄存器：位双向移位寄存器：第6章 时序逻辑电路例6.3.1 是分析图6.3.8所示电路的逻辑功能，并指出在图6.3.9所示的时钟信号及S1、S0状态作用下，t4时刻以后，输出Y与两组并行输入的二进制数M、N在数值上的关系。假定M、N的状态始终不变。第6章 时序逻辑电路电路波形图：电路波形图：第6章 时序逻辑电路6.2.2计数器计数器计数器计数器是能够用来记录输入脉冲的个数的逻辑电路。 按照计数器中的各个触发器状态翻转先后，可

9、分为同步计数器和异步计数器； 按照计数过程中，数字的增减可分为：加法计数器、减法计数器和可逆计数器； 按照计数过程中数字的编码方式可分为：二进制计数器和二-十进制计数器等。 按照计数容量可分为：十进制计数器、十六进制计数器、六十进制计数器等。第6章 时序逻辑电路1.同步计数器1)同步二进制计数器第6章 时序逻辑电路写驱动方程：写状态方程：写输出方程： QQQTQQTQTT01230120101QQQQQQQQQQQQQQ30121n32011n2101n101n0)()(QQQQC0123第6章 时序逻辑电路状态转换表：第6章 时序逻辑电路图6-4 同步二进制加法计数器的状态转换图第6章 时序

10、逻辑电路图6-5 同步二进制加法计数器的时序图第6章 时序逻辑电路图6-8 同步4位二进制加法计数器74LS161的逻辑图第6章 时序逻辑电路第6章 时序逻辑电路2) 时钟同步减法计数器时钟同步减法计数器第6章 时序逻辑电路3）同步二进制加）同步二进制加/减计数器减计数器74LS19111)-n,1,2,(i )/()/(01010TQDUQDUTijjijji同步同步16进制加进制加/减计数器减计数器74LS191功能表：功能表：第6章 时序逻辑电路4）同步十进制计数器第6章 时序逻辑电路写驱动方程：写状态方程：写输出方程： QQQQQTQQTQQTT03012301230101QQQQQQ

11、QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ3030123030121n32012011n23011301n101n0)()(QQC03第6章 时序逻辑电路表6-2 同步十进制加法计数器的状态转换表 第6章 时序逻辑电路图6-9 同步十进制加法计数器的状态转换图第6章 时序逻辑电路同步十进制加法计数器74LS160的逻辑图： 第6章 时序逻辑电路第6章 时序逻辑电路异步计数器1）异步二进制计数器图6-10 异步3位二进制加法计数器的逻辑图第6章 时序逻辑电路该计数器在计数过程中是递增计数的，且实现的是八进制。 图6-11 异步3位二进制加法计数器的时序图第6章 时序逻辑电路图6-12 异步3

12、位二进制减法计数器的逻辑图第6章 时序逻辑电路该计数器在计数过程中是递减计数的，且实现的是八进制。 图6-13 异步3位二进制减法计数器的时序图第6章 时序逻辑电路2）异步十进制计数器图6-14 异步十进制加法计数器的逻辑图 第6章 时序逻辑电路该计数器在计数过程中是递增计数的，且实现的是十进制。 图6-15 异步十进制加法计数器的时序图第6章 时序逻辑电路二二-五五-十进制异步计数器十进制异步计数器74LS290:第6章 时序逻辑电路3任意进制计数器的实现MN时：时： 这是必须用多片N进制计数器组合起来。才能构成M进制计数器。各片之间的连接方法可以分为串行进位、并行进位、整体置零和整体置数方

13、式。例6.3.3 使用两片同步十进制计数器74LS160连接成百进制计数器并行进位方式第6章 时序逻辑电路串行进位方式第6章 时序逻辑电路 当当M是大于是大于N的素数时，不能分解成的素数时，不能分解成N1和和N2的乘积，这时的乘积，这时就需要采用整体置零或置数方式就需要采用整体置零或置数方式例6.3.4 使用两片同步十进制计数器74LS160连接成29进制计数器第6章 时序逻辑电路整体置数接法第6章 时序逻辑电路3.移位寄存器型计数器图6-16 环形计数器的逻辑图 第6章 时序逻辑电路写驱动方程：写状态方程：该电路不能自启动。QDQDQDQD23120130QDQQDQQDQQDQ21n331

14、1n2201n1131n00第6章 时序逻辑电路图6-17环形计数器的状态转换图第6章 时序逻辑电路能自启动的环形计数器：能自启动的环形计数器：第6章 时序逻辑电路状态方程：状态方程：2*31*20*1210*0)(QQQQQQQQQQ第6章 时序逻辑电路状态转换图：状态转换图：第6章 时序逻辑电路5.2.3 顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器能够产生一组在时间上有先后顺序的脉冲，用这组脉冲去控制控制器产生各种控制信号，以便控制系统按照事先规定的顺序进行一系列操作，又称为节拍脉冲发生节拍脉冲发生器器。可由移位寄存器构成，也可由计数器和译码器产生。 第6章 时序逻辑电路图6-18由环形计

15、数器构成的顺序脉冲发生器的时序图第6章 时序逻辑电路6.3 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路的设计方法时序电路的设计是根据已知逻辑功能，设计出能够实现该逻辑功能的最简单的电路。设计步骤设计步骤： 1） 进行逻辑抽象，得出原始的状态转换图（1）根据给定的逻辑功能，确定输入变量和输出变量及电路的状态数，并用相应的字母表示。（2）定义输入、输出变量和电路的状态，并对电路的状态进行编号。（3）画出原始的状态转换图或列出原始的状态转换表。2）状态化简3） 状态分配根据电路的状态数确定所用触发器数目所需满足的式子： 22n1 -n M第6章 时序逻辑电路然后给电路的每一种状态分配与之对应的触发器状态组合

16、。4）确定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程。确定触发器类型后，可根据实际的状态转换图求出电路的状态方程和输出方程，进而求出电路的驱动方程。5）根据得到的驱动方程和输出方程，画出相应的逻辑图。6) 判断所设计的电路能否自启动。第6章 时序逻辑电路 例例6-6试设计一个带进位输出端的同步六进制计试设计一个带进位输出端的同步六进制计数器。数器。第6章 时序逻辑电路解：1)进行逻辑抽象，得出原始的状态转换图：2) 状态化简该电路没有等价状态，不能再化简。3) 状态分配第6章 时序逻辑电路4) 确定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程。选用JK触发器。 第6章 时

17、序逻辑电路图5-19 次态和输出卡诺图第6章 时序逻辑电路图6-20 分解的次态和输出卡诺图第6章 时序逻辑电路状态方程：输出方程： 驱动方程： QQQQQQQQQQQQQQn01n0n1n0n1n0n21n1n2n0n2n0n11n2QQCn2n0100n01n0n21n02n0n12KJQKQQJQKQQJ5) 根据得到的驱动方程和输出方程，画出相应的逻辑图：第6章 时序逻辑电路第6章 时序逻辑电路6) 判断所设计的电路能否自启动画出实际的状态转换图：可以看出，该电路能够自启动。第6章 时序逻辑电路n设计一个两输入时钟同步状态机设计一个两输入时钟同步状态机,其输入信号为其输入信号为 A和和 B, 如果满足以如果满足以下条件，则输出下条件，则输出 Z=1 :n条件一：在两个连续的时钟周期内条件一：在两个连续的时钟周期内A输入相同的值输入相同的值, 或者或者n条件二：从条件一满足的那一时刻开始，输入信号条件二：从条件一满足的那一时刻开始，输入信号B 一直为一直为1. n否则否则, 输出输出Z= 0.第6章 时序逻辑电路