第4章修改稿分析

4．1时序逻辑电路的理论概要在数字电路中，按电路的输出状态是否与时间有关进行分类，将电路的输出状态与时间有关的数字电路称为时序逻辑电路。时序逻辑电路的特点是：在任意时刻，电路的输出信号输入信号，而且与电路原来所处的状态有关。因触发器可作为记忆元件，电路原来所处的状态，所以，含有触发器是时序逻辑电路的特征。和时序图。各类触发器的状态方程是分析触发器问题的基础，大家要熟记，各类触发器的状(Qn+1=S+RQRS触发器RS触发器的状态方程为〈RS=0JK触发器的状态方程为Qn+1=JQ+KQD触发器的状态方程为Qn+1=DT触发器的状态方程为Qn+1=TQ+TQ T，触发器的状态方程为Qn+1=Q对时序逻辑电路的研究也是分析电路和设计电路这两大类。分析电路和设计电路的关键方程，驱动方程和输出方程。分析电路的步骤是：根据电路，写出时序逻辑电路的驱动方程，然后写出时序逻辑电路，根据实际情况说明电路能够实现的逻辑功能。将组合逻辑电路和时序逻辑电路的中规模集成电路组合起来可以很方便的组成具有各写描述触发器逻辑功能的方法有状态方程，特性表，状态转换图，逻辑图和时序图。根据从方程列真值表的方法可实现状态方程和特性表的相互转换，根据从方程画逻辑图的方法可实现状态方程和逻辑图的相互转换，根据从真值表画工作波形图的方法可实现特性表和时序图的相互转换，根据从特性表画状态转换图的方法可实现特性表和状态转换图的相互转换。利用触发器的状态方程和比较系数的方法所确定的驱动方程来搭建电路即可实现触发D触发器和JK触发器的状态方程分别为Qn+1=D和Qn+1=JQ+KQ达示时序逻辑电路的组成特征？同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的主要差别是什么？描述时序逻辑电路的方程有几个？描述时序逻辑电路逻辑功能的方法有几种？这几种描述方法如【解】时序逻辑电路和组合逻辑电路在组成结构上的主要差别是：组合逻辑电路内部没有记忆元件触发器，而时序逻辑电路内部含有记忆元件触发器。由组合逻辑电路和触发器组成是时序逻辑电路的组成特点，时序逻辑电路的组成框图如同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的主要差别是触发信号的输入端是否接在一起。凡是触发信号的输入端接在一起的称为同步时序逻辑电路，反之称为异步时序逻辑电路。描述时序逻辑电路的方程有状态方程，驱动方程和输出方程三个。描述时序逻辑电路逻功能的方法有逻辑表达式，特性表，逻辑图，状态转换图和时序图五种。根据从逻辑表达式列真值表的方法可实现逻辑表达式和特性表的相互转换，根据从逻辑表达式画逻辑图的方法可实现逻辑表达式和逻辑图的相互转换，根据从真值表画工作波形图的方法可实现特性表和时序图的相互转换，根据从特性表画状态转换图的方法可实现特性表一般步骤的方框流程图如图4-4(b)所示。辑电路。该电路由三个JK触发器组成，根据JK触发器的状态方程可得电路的状态方程为 J=K=Q00202012Qn+1=JQ+KQ=QQ+QQ=Q中Q00000202020Qn+1=JQ+KQ=QQ+QQ=Q中Q11111010101Qn+1=JQ+KQ=QQQ22222012 2000Q0000000Q20000101010Q10011000111Y0000000012特性表，画出状态转换图，时序图。辑电路。该电路由两个JK触发器组成，根据JK触发器的状态方程可得电路的状态方程为010000000011111010101Y=AQQAQQ0101QQ000000Q1001101100100A00000Y0000009A信号，第三个波形是Q输出信号，第四个波形是Q输出信号，第五个波形是Y输出信号。这01【解】因为图4-13所示电路的触发信号输入端没有接在一起，所以该电路是异步时序J=Q，K=1131J=K=123123Qn+1=JQ+KQ=QQ1111131Qn+1=JQ+KQ=Q222222Qn+1=JQ+KQ=QQQ33333123 3000Q30000000Q10101001000Q20011000111Y00000000-13所示的电路每输入五个脉冲，电路的状态重复一次，且电路在图4-16中，逻辑分析仪屏幕上的第一个波形是电路的触发信号，第二个波形是Q输1出信号，第三个波形是Q输出信号，第四个波形是Q输出信号，第五个波形是Y输出信号。23程和输出方程，列出电路的特性表，画出状态转换图，时序图，并分析电路自启动的过程。【解】因为图4-17所示电路的触发信号输入端接在一起，所以该电路是同步时序逻辑电路。该电路由三个D触发器组成，根据D触发器的状态方程可得电路的状态方程为D=QQQ012D=QD=Q21Qn+1=D=QQQ00012Qn+1=D=Q110Qn+1=D=Q2210000Q000000000Q2000100111110Q1001001101101Y000000按001，010，100的规律变化的四进制计数器。且电路具有自启动的功能，所以，图4-17m发信号，第二个波形是Q输出信号，第三个波形是Q输出信号，第四个波形是Q输出信号，012【例4．8】设图4-21(a)所示电路的初态为Q=Q=0，试分析图4-21(a)所示电路21的逻辑功能。并画出在如图4-21(b)所示信号驱动下的工作波形图。【解】因为图4-21所示电路的触发信号输入端接在一起，所以该电路是同步时序逻辑电路。该电路由两个JK触发器组成，根据JK触发器的状态方程可得电路的状态方程为0QK101Qn+1=JQ+KQ=AQ000000Qn+1=JQ+KQ=QQ1111101在复位信号驱动下工作的特点，可得触发器状态的约束方程为110 1QQ000000Q100001000A00Y00A入信号，第三个波形是Q输出信号，第四个波形是Q输出信号，第五个波形是Y输出信号。01Qn+1=QQ+QQ02020Qn+1=QQ+QQ10101 22K J=K=Q002J=K=Q0J=QQ，K=1201226和图4-5发现两张图除了输出电路不同外，其他的部分完全相同，根据例正Qn+1=QQ+QQ=QQQQ=D0202020200Qn+1=QQ+QQ=QQQQ=D1010101011QnQQQ=D20122发信号，第二个波形是Q输出信号，第三个波形是Q输出信号，第四个波形是Q输出信号，012态置零数保持(但C=0)LD01111011101111状态下，当R=0的信号-出现，计数器的输出信号都是0000。根据计数器复位信号输入端着置零信号持续的时间短，在触发器复位的速度不相同的情况下，可能发生动作慢的触发器复位动作还未完成时，复位信号就已经消失，产生复位不彻底的误动作现象，复位动作的可S【解】用复位信号来改接的电路存在着电路工作不稳定的缺点，所以，改接电路通常都入端LD=0时，电路进入预置数的工作状态，在触发脉冲的作用下，将数据输入端的数据计数器，计数器的状态与数据输入端的数据所确定的状态相同。 (13-1=12)，将该信号输入由与非门组成的译码器产生LD=0的信号，驱动74161芯片进计数的状态下，且输出信号101通过译码电路与非门(U3)产生预置数信号，该信号输入U1右边74160(U2)芯片的控制端EP和ET通过非门电路(U4)接与非门(U3)的输出端，所在图4-30中，译码电路与非门(U5)的输入信号不仅取自U2的输出信号，还取自非门在图4-31中，译码电路与非门(U3)的输入信号采用全译码的方法，这样做可以消除【解】图4-33所示的电路是采用整体置数的方法搭建的计数器，电路中的芯片74161地址输入信号。在逻辑分析仪的屏幕中，第一个波形为计数器的触发脉冲信号，第二到第七波形为译码器输出信号的波形，这些波形清晰的显示出顺序脉冲的关系。二进制代码，数据选择器根据地址码将符合条件的输入端口和输出相连接。要设计输出序列生的序列信号，在数据选择器的数据信号的输入端输入相应的信号，即可组成序列信号发生DDDDD5进制计数器输出信号的驱动下在03124【解】要设计电路，首先要进行状态分析，确定描述电路状态的数目，设电路的输入变进制数来描述。根据题意可得电路的状态转换图如图4-36(a)所示。1010状态“1”，且电路的末态也相同(QQ=11)，所以，这是两个相同的状态，可以合并，合并0后的状态转换图如图4-36(b)所示。010100000根据图4-36(b)可画出电路状态变量的卡诺图如图4-37(a)所示。图4-37(a)可拆成图4-37(b)的形式。选择JK触发器，利用卡诺图化简方法对图4-37(b)的卡诺图进行化简，可得电路的状态方程和输出方程为Qn+1=XQQ+XQ=JQ+KQ10111111Qn+1=XQQ=JQ+KQ利用比较系数的利用比较系数的方法可得电路的驱动方程为J=XQ，K=X101010利用JK触发器和PLD器件搭建的电路如图在图4-39中，为了解决连续输入两个“1”的信号，使得电路的状态成为QQ=10时，10输出Y=XQ马上为高电平“1”，灯亮的问题。用一个D触发器来记忆Q的状态，使得电路处11QD10QnQQQ+QQQ+QQ+QQQQ=D31231230301233Qn+1=QQ+QQ+QQQ=D202120122Qn+1=QQ+QQQ+QQQ=D0211 Qn+1=Q=D00123Qn+1=QQ+QQ+QQ+QQQQ=D323130301233Qn+1=QQ+QQ+QQQQ=D21201322Qn+1=QQQ+QQQ+QQ=D1011 Qn+1=Q=D00YQQQQ+QQQQ的卡诺图可拆成图4-49(b)和(c)所示的形式。QnAQQQQQQQQAQQQD20120122Qn+1=QQ+AQQ+QQQ=D101010211QnQQAQQAQQ=D100012计一个带自启动功能的交通信号灯控制电路，该电路可控制红、黄、【解】设用高电平信号“1”表示灯点亮，用低电平信号“0”表示灯不亮，根据题意可。2可得触发器状态变量和输出变量的卡诺图如图4-53(a)所示，图4-53(a)所示的卡诺图可拆成图4-53(b)所示的形式。根据图4-53(b)可得时序逻辑电路的状态方程和驱动方程为Qn+1=QQQ+MQQ+QQQ+MQQ=D201012012Qn+1=QQQ+MQQ+QQQ+MQQ=D102102021021Qn+1=MQ+MQ=D0120根据驱动方程，选择D触发器和与非门器件在Multisim软件上搭建的仿真电路如图M出输出信号210B自动售票机在顾客没有投入硬币时应保持待命的初态S，投入一枚5角的硬币后，机器0应记忆接受5角硬币后的状态S；再投入一个5角的硬币后，机器应记忆接受两个5角硬币1S22的硬币，在M=0的情况下，机器在输出一张1.5元车票的同时回到待命的初态S，或者再给00在M=1的情况下，再投入一个5角的硬币后，机器应记忆接受三个5角硬币后的状态S。在3S状态下，再给机器投入一枚5角的硬币，机器在输出一张2元车票的同时回到待命的初态3S，或者再给机器投入一枚1元的硬币，机器在输出一张2元车票和5角硬币的同时回到待00根据题意可得电路的状态转换图如图4-55所示。aMbM根据图4-55(a)可画出电路状态变量的卡诺图如图4-56所示。根据图4-55(b)可画出电Qn+1=AQQ+ABQ+BQ=D10100110000X=BQ+AQ+AQ101Z=AQ01011011100011 Z=ABQQ10利用与或门电路可以将上面的两个式子合并可得电路的驱动方程和输出方程为D=MD+MD D=MD+MDYMX+MYZ=MZ+MZ01II理图编辑窗口中，根据图4-51所示的电路搭建电路，搭建好的电路如图4-59所示。ti个波形是低电平信号，第三个波形是触发2012012AQQQQQQQQAQQQ=D120120120122Qn+1=QQ+AQQ+QQQ10101021=QQAQQQQQ=D10211QnQQAQQAQQ10=QQAQQAQQ=D100012212012根据上式在原理图编辑窗口，搭建的电路如图4-61所示，并将本项工程保存在文件夹