时序逻辑电路分析与设计课件

1、例：已知某同步时序电路的逻辑图，试分析电路的逻辑功能解：1.写出各触发器的控制函数和电路的输出函数控制函数：T1n = XnQ1nXT2n = XnQ1n输出函数:XQ1nQ2nZn = XnQ2nQ1n2.写状态方程T触发器的状态方程为：将T1n、 T2n代入则得到两个触发器的状态方程4.3.1 时序电路分析4.3.1 时序电路分析3.作出电路的状态转换表及状态转换图描述输入与状态转换关系的表格现 入Xn现 态Q2n Q1n现控制入T2n T1n次 态Q2n+1 Q1n+1现输出Zn输入：输入信号、触发器的输入及现态量输出：触发器的次 态及组合输出Zn填表方法：0 00 100001 01

2、111110 00 11 01 10 000 0T1n = XnT2n = XnQ1nZn = XnQ2nQ1nXn Q2n Q1n 所有组合求T1nT2nZn 由状态方程求Q2n+1 Q1n+1T1n = XnT2n = XnQ1n0 1Zn = XnQ2nQ1n00 1Q 1n+1=XnQ1nQ2n+10 10 001 00 001 10 001 01 001 11 100 00 01现 入Xn现 态Q2n Q1n现控制入T2n T1n次 态Q2n+1 Q1n+1现输出Zn0 00 100001 01 111110 00 11 01 10 000 00 100 10 10 001 00 0

3、01 10 001 01 001 11 100 00 01由状态表绘出状态图000110111/01/11/0Xn/Zn1/00/00/00/00/04.3.1 时序电路分析转换条件电路状态转换方向由状态图得电路的逻辑功能：电路是一个可控模4计数器X端是控制端，时钟脉冲作为计数脉冲输入。X=1 初态为00时，实现模4加计数X=0时保持原态 电路属于米莱型、可控模4计数器电路输出不仅取决于电路本身的状态，而且也与输入变量X有关000110111/11/01/0Xn/Zn1/00/00/00/00/04.3.1 时序电路分析4.作时序波形图初始状态Q2nQ1n为00，输入X 的序列为1111100

4、111，X=1模4加计数X=0保持原态010010111000010010001010X=1模4加计数4.3.1 时序电路分析写各触发器的控制函数写电路的输出函数写触发器的状态方程作状态转换表及状态转换图作时序波形图得到电路的逻辑功能同步时序电路的分析方法简单的电路可直接绘出状态转换图无要求可不画4.3.1 时序电路分析P223 4-10 已知时序电路图4-109所示。试分析该电路在C=1和C=0时电路逻辑功能。图4-109 习题4-10图时序电路例题分析解：（1）由图4-109列出驱动方程和状态方程 时序电路例题分析当C=1时： 当C=0时： 时序电路例题分析（2）根据状态方程列状态转换表如

5、下CC111111110 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0000000000 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10 0 0模8 加法计数模8 减法计数表2 图4-109的状态转换表（3）分析逻辑功能：时序电路例题分析P175 【例4-3】异步时序逻辑电路如图4-28所示。试分析电路的逻辑功能，画出电路的状态转换图和时序波形图。触发器和门电路均为CMOS电路。时序

6、电路例题分析解：（1）列出电路的驱动方程和时钟方程（2）列出电路的状态方程时序电路例题分析（3）列出电路的状态转换表CCP1 CP2 CP312345670 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 00 0 0 1 1 1 0 0 0时序电路例题分析时序电路例题分析（4）列出电路的状态转换图000001010110101100011111时序电路例题分析（5）列出电路的时序波形图Q3cp12345678Q1Q2这是一个异步七进制加法计数器，能够自启动。时序逻辑电路作业P222 4-5 图4-105所示是用CMO

7、S边沿触发器和或非门组成的脉冲分频器。试画出在一系列CP脉冲作用下Q1、Q2和F的输出电压波形。设触发器的初始状态皆为0。（a） 同步电路图4-105 习题4-5图P223 4-7 试分析图4-106所示时序逻辑电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程，状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。图4-106 习题4-7图时序逻辑电路作业设计方法同步时序电路设计举例4.3.2 时序电路设计例：设计一“011”序列检测器，每当输入011码时，对应最后一个1，电路输出为1。解：1、画出原始状态图（或称转移图）与原始状态表输入端X：输入一串行随机信号输出端Z：当X出现011序列时，Z=1

8、；否则Z=0ABCD1/00/00/01/10/00/01/01/0XS n01ABCDB/0A/0B/0C/0B/0D/1B/0A/0Sn+1/Zn4.3.2 时序电路设计2、状态简化XS n01ABCDB/0A/0B/0C/0B/0D/1B/0A/0Sn+1/Zn原始状态表等价状态可以合并为一个状态对任意输入，相应的输出都相同XS n01ABCB/0A/0B/0C/0B/0A/1Sn+1/Zn3、状态编码00011011尽量采用相邻代码ABCQ1Q0-两个触发器状态XQ1nQ0nQ1n+1Q0n+1/Zn0 00 10 11 001/000/001/010/001/000/14.3.2 时

9、序电路设计4、确定触发器类型，编写状态表，求控制函数及输出函数。 触发器类型：选T触发器 编写状态表：现 入Xn现 态Q1n Q0n现控制入T1 T0次 态Q1n+1Q0n+1现输出Zn0000 00 11 01110 00 11 00000010 00 01 00 10 10 101001 10 01 0111）填X=0与X=1时电路的现态与次态，及相应的现输出2）填写相应的1、0的状态根据现态与次态决定T值同：T=0不同：T=13）填1、0的卡诺图，求函数的表达式状态转换表4.3.2 时序电路设计11 101 1 00表达式为：Q1Q0取11组合的状态未使用，在卡诺图中暂按无关项处理Q1Q

10、0X为111时，以1对待Q1Q0X为110时，以0对待4.3.2 时序电路设计Q1Q0X为111时，以1对待Q1Q0X为110时，以1对待5、画逻辑电路图4.3.2 时序电路设计6、检查自启动功能0011 101 1现 入Xn现 态Q1n Q0n现控制入T1 T0次 态Q1n+1Q0n+1现输出Zn0000 00 11 01110 00 11 00000010 00 01 00 10 10 101001 10 01 011全功能状态转换表111001004.3.2 时序电路设计根据化简时约束项的使用情况，反填状态表，得全状态表Q1Q0X为111时，以1对待Q1Q0X为110时，以0对待对于T0

11、：对于T1：均为1全状态图如下：000110110/00/00/00/01/01/01/01/1本设计具有自启动功能4.3.2 时序电路设计设计方法给定逻辑功能写原始状态图原始状态表状态简化得最小化状态表状态编码选触发器类型，求控制函数、输出函数画逻辑电路图画出全状态图，检查设计，如不符合要求，重新设计4.3.2 时序电路设计例：设计一个模可变的同步递增计数器。当控制信号0时为三进制计数器；时为四进制计数器。解：1、列原始状态图设：输入控制端：输出端：1（三进制计数器的进位输出端）2（四进制计数器的进位输出端）00011011X/Z1，Z20/00/00/11/01/12、选触发器类型，求控制

12、函数和输出函数触发器类型：D个数：2根据触发器的激励表与原始状态图，作状态表1/01/0X4.3.2 时序电路设计01 1输 入X现 态Q1 Q0 控制入D1 D0 次 态 Q1 Q00000 00 11 011110 00 10 11 00 001100 1000000输出Z1 Z200000101 1000000状态转换表全0010 11 0001 01 01 100114.3.2 时序电路设计01 1输 入X现 态Q1 Q0 控制入D1 D0次 态 Q1 Q00000 00 11 011110 00 10 11 00 001100 1000000输出Z1 Z200000101 10000

13、00输出：状态转换表全0010 11 0001 01 01 100114.3.2 时序电路设计4.3.2 时序电路设计00011011X/Z1,Z20/00/00/11/01/11/01/0XQ1Q0010001101101/010/010/000/101/000/111/0XQ1Q001000110110110001XQ1Q001000110111000101XQ1Q001000110110001010根据状态图列电路的次态卡诺图根据次态卡诺图列分解卡诺图3、画出逻辑图4.3.2 时序电路设计4、画出全状态图，检查自启动功能000110110/00/00/11/11/01/01/0电路是一个

14、自启动电路，完成设计要求4.3.2 时序电路设计由于约束项均未使用，按“0”处理，得全状态图110/001 1现 入X现 态Q1 Q0现控制入D1 D0次 态 Q1 Q00000 00 11 011110 00 10 11 00 001100 1000000现输出Z1 Z200000101 1000000状态转换表全0010 11 0001 01 01 100114.3.2 时序电路设计 时序电路通常由记忆(触发器)电路及组合电路两部分组成，具有存储作用时序电路可分为同步或异步、穆尓型或米萊型时序电路同步时序电路的分析同步时序电路的设计 同步时序电路 异步时序电路脉冲异步时序电路电平异步时序电

15、路主要介绍脉冲异步时序电路的分析小 结同步时序电路分析写各触发器的控制函数写电路的输出函数写触发器的状态方程作状态转换表及状态转换图作时序波形图得到电路的逻辑功能同步时序电路的分析方法简单的电路可直接绘出状态转换图无要求可不画同步时序电路设计给定逻辑功能写原始状态图原始状态表状态简化得最小化状态表状态编码选触发器类型，求控制函数、输出函数画逻辑电路图画出全状态图，检查设计，如不符合要求，重新设计时序逻辑电路设计作业P224 4-13 用D触发器和门电路设计1个同步十一进制加法计数器，并检查设计的电路能否自启动。时序逻辑电路设计举例P178 例4-4 设计一个带进位输出的同步六进制加法计数器。解：（1）画原始状态图S0S1/0/0/1/0/0/0S2S5S4S3000001/0/0/1/0/0/0010101100011原始状态图状态图（2）状态化简六进制加法器必须用6个状态表示，不会存在等价状态，不必进行状态化简。时序逻辑电路设计举例（3）确定触发器的种类、数目和状态赋值使用3个JK触发器，选000101六组代码表示S0S6 。状态图（4）根据状态图画次态卡诺图如下：Q3Q2Q10100011011001/0000/1010/0100/0011/01