数字逻辑电路fan6-1

1、第六章第六章 时序逻辑电路时序逻辑电路第一节第一节 时序逻辑电路概述时序逻辑电路概述第二节第二节 时序逻辑电路分析时序逻辑电路分析第三节第三节 时序逻辑电路设计时序逻辑电路设计数字逻辑电路数字逻辑电路组合逻辑电路组合逻辑电路 组合电路组合电路时序逻辑电路时序逻辑电路 时序电路时序电路 功能上：功能上：任何时刻的稳定输出，不仅任何时刻的稳定输出，不仅与与该时刻该时刻输入输入 有关有关，还，还与与电路电路原状态有关原状态有关，即与以前的，即与以前的 输入有关。输入有关。 结构上：结构上：由组合电路和存贮电路组成。由组合电路和存贮电路组成。 时序电路特点时序电路特点 6.1 6.1 时序逻辑电路概述

2、时序逻辑电路概述时序电路一般结构时序电路一般结构组合电路触发器电路X1XiZ1ZjQ1QmD1Dm输入信号信号输出触发器触发器输入信号输出信号CP图6.1.1 时序逻辑电路框图按有无统一时钟脉冲分按有无统一时钟脉冲分同步同步 有统一有统一CPCP，状态变更与，状态变更与CPCP同步。同步。异步异步 无统一无统一CPCP，状态变更不同步，逐级进，状态变更不同步，逐级进行。行。 时序电路分类时序电路分类按输出信号特点分按输出信号特点分米里型米里型 输出信号不仅与存贮状态有关输出信号不仅与存贮状态有关, ,还与外部输入有关。还与外部输入有关。莫尔型莫尔型 输出信号仅与存贮状态有关。输出信号仅与存贮状

3、态有关。按通用性功能分按通用性功能分典型时序典型时序 移存器、计数器、序列信号发生移存器、计数器、序列信号发生/ /检测器检测器一般时序一般时序 任意时序逻辑命题任意时序逻辑命题外部输入改变存储状外部输入改变存储状态态, ,状态改变输出状态改变输出时序电路的状态表和状态图时序电路的状态表和状态图状态表状态表 反映时序电路的输出反映时序电路的输出Z Z、次态、次态y yn n1 1、输入、输入x x和现和现态态y yn n之间的逻辑关系和状态转换规律的表格。之间的逻辑关系和状态转换规律的表格。Q Q1 1Q Q0 00 00 00 10 11 01 01 11 111/111/100/000/0

4、01/001/010/010/001/001/010/010/011/011/000/100/10 10 1X X现态现态输入输入次态次态/ /输出输出状态图状态图表示时序电路的状态、状态转换条件、方向、及表示时序电路的状态、状态转换条件、方向、及状态转换规律。状态转换规律。米里型米里型莫尔型莫尔型y ny n1X/Z（输出与状态、（输出与状态、输入有关）输入有关）（输出仅与状态有关）（输出仅与状态有关）y n/Zy n1X实际时序电路中实际时序电路中, ,若有若有n n个触发器个触发器( (记忆单元记忆单元),),一般有一般有N N个状态个状态,2,2n-1n-1N2N2n n。一、分析时序

5、逻辑电路的一般步骤一、分析时序逻辑电路的一般步骤 1 1由逻辑图写出下列各逻辑方程式：由逻辑图写出下列各逻辑方程式： （1 1）各触发器的时钟方程。）各触发器的时钟方程。 （2 2）时序电路的输出方程。）时序电路的输出方程。 （3 3）各触发器的驱动方程。）各触发器的驱动方程。 2 2将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得时序逻辑电路将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得时序逻辑电路的状态方程。的状态方程。 3 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。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

6、辑电路的逻辑功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。能。6.2 6.2 时序逻辑电路分析时序逻辑电路分析二、同步时序逻辑电路的分析举例二、同步时序逻辑电路的分析举例例例1：试分析图试分析图6.2.2所示的时序逻辑电路。所示的时序逻辑电路。解：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。解：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。（1）写出输出方程：）写出输出方程： 1J1KC11J1KC11Q0QCPXZ=1=1=1&FF1FF011nnQQXZ01)(nQXJ1010KnQXJ0111K （2 2）写出驱动方程：）写出驱动方程：（3）写出）写出JK触发器的特性方

7、程，然后将各驱动方程代入触发器的特性方程，然后将各驱动方程代入JK触发器的触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：特性方程，得各触发器的次态方程：（4）作状态转换表及状态图）作状态转换表及状态图 当当X=0时：触发器的次态方程简化为：时：触发器的次态方程简化为：输出方程简化为：输出方程简化为：由此作出状态表及状态图。由此作出状态表及状态图。1Q0Q000110/0/0/16.2.3 X=0时的状态图nnnnnQQXQKQJQ01000010)(nnnnnQQXQKQJQ10111111)(nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01当当X=1时：触发器的次态方程简化为：时：触发器的次

8、态方程简化为：输出方程简化为：输出方程简化为：由此作出状态表及状态图。由此作出状态表及状态图。将将X=0与与X=1的状态图合并的状态图合并 起来得完整的状态图。起来得完整的状态图。0001100/00/00/11/11/01/01Q Q0001001/1/0/06.2.4 X=1时的状态图nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01根据状态表或状态图，根据状态表或状态图，可画出在可画出在CP脉冲作用下电路的时序图。脉冲作用下电路的时序图。（5 5）画时序波形图。）画时序波形图。0001100/00/00/11/11/01/01Q0QXCPZ（6 6）逻辑功能分析：）逻辑功能分析：当当

9、X=1=1时，按照减时，按照减1 1规律从规律从1001001010010010循环变化，循环变化，并每当转换为并每当转换为0000状态（最小数）时，输出状态（最小数）时，输出Z=1=1。该电路一共有该电路一共有3 3个状态个状态0000、0101、1010。当当X=0=0时，按照加时，按照加1 1规律规律从从0001100000011000循环变化，循环变化，并每当转换为并每当转换为1010状态（最大数）时，状态（最大数）时，输出输出Z=1=1。所以该电路是一个可控的所以该电路是一个可控的3 3进制计数器。进制计数器。0001100/00/00/11/11/01/0图6.2.5 例6.2.1

10、完整的状态图例例 2 时序电路如图 6 2-1 所示，分析其功能。 解： 摩尔型的同步时序逻辑电路。（1）写出各级触发器的驱动方程（激励函数）nnnnnnnnnnQKQQJQKQQJQQKQQJ2312332132231231, （2）各级触发器的状态方程nnnnnnnnnnQKQQJQKQQJQQKQQJ2312332132231231, （1）写出各级触发器的驱动方程（激励函数） CPQQQQQQCPQQQQQQCPQQQQQQQnnnnnnnnnnnnnnnnnnn3231213232131212312311输出：nnQQZ13由当前的输入决定由当前的输入决定1、边沿触发全部一、边沿触发

11、全部一致可以不写；致可以不写；2、写、写Qn状态方程状态方程时，别的状态作为时，别的状态作为系数对待系数对待状态转移表，状态转移图，时序图参照书中182-183页例例 3 时序电路如图 6 - 4 所示，分析其功能。 例 3 图 1JC1Q11KQ2CP“1”Q11JC11K1JC11KQ3Q3C“1”Q2解解 该电路为同步时序电路。从电路图得到每一级的激励方程如下： nnnnnnnnnnnnnnnnnnQCQQQQQQQQQQQQKQQJQKQJKQJ3_321132_1_2112_1_311321312121_3111其次态方程为 根据方程可得出状态迁移表，如表 6 - 2 所示，再由表得

12、状态迁移图， 如图 6 -5 所示。 表 6 2 例 3 状态表 C0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 00 0 0 10 1 0 00 1 0 00 0 0 0nQ3nQ113nQ12nQnQ211nQ图 6 5 例 3 状态迁移图 100011000001010110111101/0/0/0/0/0/0/0/1该电路的波形图如图 6 - 6 所示。 图 6 6 例 3 波形图 CPQ1Q2Q3例例 4 时序电路如图 6 - 7 所示，试分析其功能。 图 6 7 例 4 图 1DQ1Q2CPQ2

13、Q12D3DQ3Q3C1C1C1解解 该电路仍为同步时序电路。电路的激励方程为 nnnnnnnnnQQQQQQQDQDQD213112_3112312_31;次态方程为 由此得出如表 6 - 3 所示的状态真值表和如图 6 - 8所示的状态图。 表表 6 3 例例 4 状态真值表状态真值表 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 0 00 0 01 0 10 0 11 1 00 1 01 1 10 1 1nQ2nQ111nQ12nQnQ313nQ图 6 8 例 4 状态迁移图 001000011100111110101010由状态迁移图可看出该电路为

14、六进制计数器（模6计数器），又称为六分频电路，且无自启动能力。所谓分频电路是将输入的高频信号变为低频信号输出的电路。六分频是指输出信号的频率为输入信号频率的六分之一，即 cpoff61所以有时又将计数器称为分频器。 其波形图如图 6 - 9 所示。 图 6 9 例 4 波形图 CPQ1Q2Q3CP1 1= =Q0 0 （当（当FF0 0的的Q0 0由由0101时，时，Q1 1才可能改变状态。）才可能改变状态。）三、异步时序逻辑电路的分析举例三、异步时序逻辑电路的分析举例例例6.2.2：试分析图试分析图6.2.7所示的时序逻辑电路所示的时序逻辑电路该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下：该电路为

15、异步时序逻辑电路。具体分析如下：（1 1）写出各逻辑方程式。）写出各逻辑方程式。时钟方程：时钟方程：CP0 0= =CP （时钟脉冲源的上升沿触发。（时钟脉冲源的上升沿触发。）输出方程：输出方程：各触发器的驱动方程：各触发器的驱动方程：（3）作状态转换表。）作状态转换表。（2）将各驱动方程代入）将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：1111nnQDQnnQDQ0010（CP由由01时此式有效）时此式有效） （Q0由由01时此式有效）时此式有效） （4）作状态转换图、时序图。）作状态转换图、时序图。（5 5）逻辑功能分析）逻辑功能分析 由状态图可知：该电路