数字电子技术康华光数电第六章

6.

时序逻辑电路的分析与设计6.1时序逻辑电路的基本概念6.2同步时序逻辑电路的分析（同一个时钟）6.3同步时序逻辑电路的设计（同一个时钟）6.4异步时序逻辑电路的分析（各自不同时钟）6.5若干典型的时序逻辑集成电路(计数器）*6.6用Verilog描述时序逻辑电路6.7时序逻辑可编程逻辑器件指所有触发器为教学基本要求2、熟练掌握时序逻辑电路的分析方法1、熟练掌握时序逻辑电路的描述方式。3、熟练掌握时序逻辑电路的设计方法4、熟练掌握典型时序逻辑电路计数器、寄存器、移位寄存器的逻辑功能及其应用。5、正确理解时序可编程器件的原理及其应用。6.1时序逻辑电路的基本概念6.1.1时序逻辑电路的模型与分类6.1.2时序电路逻辑的表达6.1时序逻辑电路的基本概念6.1.1时序逻辑电路的模型与分类1.时序电路的一般化模型*电路由组合电路和存储电路组成。*电路存在反馈。结构特征:触发器或锁存器构成基本门构成SO＝f(I，S)输出方程: O＝f(I，S)激励方程:E＝g(I，S)状态方程:Sn+1＝h(E，Sn)表达输出信号与输入信号、状态变量的关系式表达了激励信号与输入信号、状态变量的关系式表达存储电路从现态到次态的转换关系式6.1时序逻辑电路的基本概念2、异步时序电路与同步时序电路时序电路同步：存储电路里所有触发器有一个统一的时钟源，它们的状态在同一时刻更新。

异步：没有统一的时钟脉冲或没有时钟脉冲，电路的状态更新不是同时发生的。

触发器同时为或锁存器或各自的触发器为或各自的锁存器或C1C16.2时序逻辑电路的分析6.2.1

分析同步时序逻辑电路的一般步骤6.2.2同步时序逻辑电路分析举例6.2.1

分析同步时序逻辑电路的一般步骤:1.列方程组：3.确定电路的逻辑功能.2.据上述方程组列出状态转换表或画出状态图和波形图或时序图

根据给定电路的输入、输出信号、触发器的类型及时钟写出下列各逻辑方程式：(１)输出方程组；O＝f(I，S)

(２)各触发器的激励方程组;各触发器的输入端方程（3）状态方程组:将每个触发器的驱动方程代入其特性方程得状态方程.

方程的个数由触发器的个数确定（也叫驱动方程）电路的输出是输入变量I及触发器输出Q1、Q0

的函数，这类时序电路亦称为米利型电路(与I有关）米利型电路6.2时序逻辑电路的分析电路输出仅仅取决于各触发器的状态，而不受电路当时的输入信号I

影响或没有输入变量，这类电路称为穆尔型电路(与I无关）

穆尔型电路6.2时序逻辑电路的分析(1)输出方程组(2)激励方程组

(3)状态方程组1.逻辑方程组举例说明例6.1题6.2时序逻辑电路的分析AXY00000000011000010001101101101000001101110011000011110100状态转换真值表输出方程状态方程组2.根据方程组列出状态转换真值表3.将状态转换真值表转换为状态表转换表AXY00000000011000010001101101101000001101110011000011110100状态转换真值表SnSn+1/YXA=0A=1aa

/0c

/00ba

/1b

/01ca

/1d

/00da

/1b

/00令4个状态为00，01，10，11，得：

a=00b=01c=10d=114.根据转换表得状态表A=0A=10000/010/00100/101/01000/111/01100/101/0穆尔型状态表令4个状态为00，01，10，11，得：

XA=0A=10000100010001110001101100010米利型状态表5.状态图---有两种米利型输出标在方向线旁。

Q1Q0

A/Y

米利型输出0/01/00/11/00/11/00/11/0状态图A=0A=10000/010/00100/101/01000/111/01100/101/0米利型状态表5.状态图---有两种穆尔型标在圆圈状态名旁。状态图穆尔型输出1

00

1000

110

Q1Q0/X

A11

01

100001穆尔型状态表XA=0A=100001000100011100011011000106.时序图

时序逻辑电路的五种描述方式是可以相互转换的根据转换表画出波形图转换表XA=0A=10000/010/000100/101/011000/111/001100/101/001234567811111111100000000000000000111110例2试分析如图所示时序电路的逻辑功能。6.2.2同步时序逻辑电路分析举例电路是由两个T触发器组成的同步时序电路。解：(1)了解电路组成。A(2)根据电路列出三个方程组激励方程组:T0=AT1=AQ0

输出方程组:Y=AQ1Q0

将激励方程组代入T触发器的特性方程得状态方程组6.2.2同步时序逻辑电路分析举例(3)根据状态方程组和输出方程列出状态表Y=AQ1Q000/111/01111/010/01010/001/00101/000/000A=1A=06.2.2同步时序逻辑电路分析举例(4)画出状态图00/111/01111/010/01010/001/00101/000/000A=1A=06.2.2同步时序逻辑电路分析举例00/111/01111/010/01010/001/00101/000/000A=1A=0(5)画出时序图6.2.2同步时序逻辑电路分析举例Y=AQ1Q00100000000011111111100(6)逻辑功能分析观察状态图和时序图可知，电路是一个由信号A控制的可控二进制计数器。当A=0时停止计数，电路状态保持不变；当A=1时，在CP上升沿到来后电路状态值加1，一旦计数到11状态，Y输出1，且电路状态将在下一个CP上升沿回到00。输出信号Y的下降沿可用于触发进位操作。6.2.2同步时序逻辑电路分析举例例3试分析如图所示时序电路的逻辑功能。解：1.列方程组。J2=K2=XQ1

J1=K1=1Y=Q2Q1

（1）输出方程（2）激励方程6.2.2同步时序逻辑电路分析举例电路是由两个JK触发器组成J2=K2=XQ1

J1=K1=1（3）将激励方程代入JK触发器的特性方程得状态方程整理得：FF2FF16.2.2同步时序逻辑电路分析举例3.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图Y=Q2Q1

6.2.2同步时序逻辑电路分析举例11100100X=1X=0状态转换表1000011100101101Y10006.2.2同步时序逻辑电路分析举例状态图

Q2Q1

YX

1

1

1

00

11

01

10

1

0

0

000

110

01

10

000111100100X=1X=0状态转换表1000011100101101Y1000根据状态转换表，画出波形图。1100011001111000010010110100X=1X=0Y6.2.2同步时序逻辑电路分析举例Y=Q2Q1

10011100110110Q2Q121345678YXX=0时电路功能：可逆计数器X=1时Y可理解为进位或借位端。电路进行加1计数电路进行减1计数。４.确定电路的逻辑功能.6.2.2同步时序逻辑电路分析举例例4分析下图所示的同步时序电路。

激励方程组输出方程组Z0=Q0Z1=Q1Z2=Q21.根据电路列出逻辑方程组:6.2.2同步时序逻辑电路分析举例nnnnQDQDQQD1201010===得状态方程2.列出其状态表将激励方程代入D触发器的特性方程得状态方程110111100110010101001100110011100010010001001000状态表6.2.2同步时序逻辑电路分析举例3.画出状态图110111100110010101001100110011100010010001001000状态表6.2.2同步时序逻辑电路分析举例

000

001

100

011

010

110

101

111

Q2Q1Q0

3.画出时序图6.2.2同步时序逻辑电路分析举例

000

001

100

011

010

110

101

111

Q2Q1Q0

12345678100000000000000000111111由状态图可见，电路的有效状态是三位循环码。从时序图可看出，电路正常工作时，各触发器的Q端轮流出现一个宽度为一个CP周期脉冲信号,循环周期为3TCP。电路的功能为脉冲分配器或节拍脉冲产生器。4、逻辑功能分析6.2.2同步时序逻辑电路分析举例

分析下图所示的同步时序电路。

分析下图所示的同步时序电路。

（一）列方程组（1）输出方程：（2）激励方程组：（3）状态方程组：00/000/11100/100/11011/110/1