第6章时序逻辑电路

6.1

概述1本文档共82页；当前第1页；编辑于星期二\18点0分组合逻辑电路：t时刻输出仅与t时刻输入有关，

与t以前的状态无关。时序逻辑电路：t时刻输出不仅与t时刻输入有关，

还与电路过去的状态有关。一、组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别1、从逻辑功能上看2本文档共82页；当前第2页；编辑于星期二\18点0分组合逻辑电路组合逻辑电路的框图时序逻辑电路框图存储电路主要由触发器构成3本文档共82页；当前第3页；编辑于星期二\18点0分X——外部输入Y——外部输出Z——触发器的控制输入Q——触发器的状态输出时序电路的结构：1）由组合电路和存储电路（触发器）构成；2）触发器的状态与电路的输入信号共同决定了电路的输出。一个时序电路可以没有组合电路部分，但是不能没有存储电路。4本文档共82页；当前第4页；编辑于星期二\18点0分2、从电路结构上看3、从功能描述上看组合电路不含存储信息的触发器等元件。时序电路一定含有存储信息的元件——触发器。5本文档共82页；当前第5页；编辑于星期二\18点0分二、时序逻辑电路的形式1、Moore型输出仅与存储电路的现态Q有关，而与当前输入无关。2、Mealy型输出不仅与存储电路的现态Q有关，而且还与当前输入有关。6本文档共82页；当前第6页；编辑于星期二\18点0分三、时序逻辑电路的分类7本文档共82页；当前第7页；编辑于星期二\18点0分6.2

时序逻辑电路的分析方法8本文档共82页；当前第8页；编辑于星期二\18点0分一、分析步骤异步9本文档共82页；当前第9页；编辑于星期二\18点0分二、分析举例☆同步时序电路分析1、无外部输入的时序电路例1

试分析图示电路，并画出状态图和时序图。10本文档共82页；当前第10页；编辑于星期二\18点0分1）时钟方程CLK1=CLK2=CLK（对同步电路可省去）2）驱动方程（输入方程）3）状态方程由JK特性方程：Q*=JQ’+K’Q可得各触发器的次态表达式——状态方程11本文档共82页；当前第11页；编辑于星期二\18点0分4）状态转换表（依次设初态，求次态）5）状态图主循环无效状态电路具有自启动能力12本文档共82页；当前第12页；编辑于星期二\18点0分6）波形图功能：同步三进制计数器，有自启动能力13本文档共82页；当前第13页；编辑于星期二\18点0分例2

试分析图示时序电路的逻辑功能。（带有外部输出Y，触发器为主从JKF-F）14本文档共82页；当前第14页；编辑于星期二\18点0分1）时钟方程（略）2）驱动方程（输入方程）15本文档共82页；当前第15页；编辑于星期二\18点0分3）状态方程由JK特性方程：Q*=JQ’+K’Q可得各触发器的次态表达式——状态方程4）输出方程16本文档共82页；当前第16页；编辑于星期二\18点0分5）状态转换表（依次设初态，求次态）17本文档共82页；当前第17页；编辑于星期二\18点0分状态转换表的另一种形式：18本文档共82页；当前第18页；编辑于星期二\18点0分6）状态图19本文档共82页；当前第19页；编辑于星期二\18点0分2、有外部输入的时序电路例1

试分析图示时序电路。20本文档共82页；当前第20页；编辑于星期二\18点0分1）驱动方程（输入方程）2）输出方程21本文档共82页；当前第21页；编辑于星期二\18点0分3）状态方程由T特性方程：得：22本文档共82页；当前第22页；编辑于星期二\18点0分4）状态转换表23本文档共82页；当前第23页；编辑于星期二\18点0分5）状态图24本文档共82页；当前第24页；编辑于星期二\18点0分例2

试分析图示时序电路。25本文档共82页；当前第25页；编辑于星期二\18点0分1）驱动方程（输入方程）2）输出方程3）状态方程26本文档共82页；当前第26页；编辑于星期二\18点0分4）状态表27本文档共82页；当前第27页；编辑于星期二\18点0分5）状态图28本文档共82页；当前第28页；编辑于星期二\18点0分6）波形图设Q=0（初态），加到输入端A、B的波形如图。29本文档共82页；当前第29页；编辑于星期二\18点0分30本文档共82页；当前第30页；编辑于星期二\18点0分7）功能分析☆该电路为串行加法器电路A——被加数，B——加数Y——加法和，Q——进位☆波形图表示了两个八位二进制数相加得到

和数的过程。A=01101100，B=00111010，Y=1010011031本文档共82页；当前第31页；编辑于星期二\18点0分6.3

时序逻辑电路的设计方法32本文档共82页；当前第32页；编辑于星期二\18点0分一、设计步骤1.设定状态从逻辑功能要求出发，确定输入、输出变量以及电路的状态数。通常取原因（或条件）为输入变量，结果为输出变量。2.画状态图这一步是关键。对每一个需要记忆的输入信息用一个状态来表示，以确定所涉及电路需多少个状态。此时状态用S0、S1、….来表示。33本文档共82页；当前第33页；编辑于星期二\18点0分3.状态化简消去原始状态中的多余状态以得到最简状态图。4.状态编码给化简后的状态图中的每一个状态赋以二进制码。二进制码的位数n等于触发器的个数，它与电路的状态数m之间应满足：34本文档共82页；当前第34页；编辑于星期二\18点0分5.选触发器类型6.求输出方程、状态方程、驱动方程7.画电路图8.检查自启动能力35本文档共82页；当前第35页；编辑于星期二\18点0分二、设计举例☆Moore型同步时序电路设计例1

试设计一个自然态序、带进位输出端的同步

五进制计数器。解：1）设定状态，作原始状态图36本文档共82页；当前第36页；编辑于星期二\18点0分2）状态编码∵M=5，∴取触发器位数n=337本文档共82页；当前第37页；编辑于星期二\18点0分3）编码后状态图4）选触发器类型选用3个下降沿触发的JK触发器38本文档共82页；当前第38页；编辑于星期二\18点0分电路次态/输出（）卡诺图5）求输出方程、状态方程、驱动方程方法一：39本文档共82页；当前第39页；编辑于星期二\18点0分卡诺图的分解40本文档共82页；当前第40页；编辑于星期二\18点0分由卡诺图得状态方程和输出方程：将状态方程变换为JK触发器特性方程的标准形式，就可以找出驱动方程：41本文档共82页；当前第41页；编辑于星期二\18点0分42由此可得驱动方程：本文档共82页；当前第42页；编辑于星期二\18点0分方法二：43本文档共82页；当前第43页；编辑于星期二\18点0分44本文档共82页；当前第44页；编辑于星期二\18点0分45本文档共82页；当前第45页；编辑于星期二\18点0分输出方程：驱动方程：由特性方程得状态方程：检查所设计电路是否具有自启动能力46本文档共82页；当前第46页；编辑于星期二\18点0分6）作电路图47本文档共82页；当前第47页；编辑于星期二\18点0分7）检查自启动能力由状态方程可得：由此表可以看出，电路具有自启动能力。48本文档共82页；当前第48页；编辑于星期二\18点0分8）完整状态图49本文档共82页；当前第49页；编辑于星期二\18点0分例2

试设计一个模可变递增同步计数器，当控制信号X=0时为三进制计数，X=1时为四进制计数。设置一个进位输出端C。解：1）根据题意画状态图50本文档共82页；当前第50页；编辑于星期二\18点0分2）状态编码3）编码后状态转换表51本文档共82页；当前第51页；编辑于星期二\18点0分52本文档共82页；当前第52页；编辑于星期二\18点0分4）选触发器∵M=4，∴取触发器位数n=2使用两个上升沿触发的D触发器5）求输出方程、驱动方程53本文档共82页；当前第53页；编辑于星期二\18点0分利用D触发器激励表求驱动方程：54本文档共82页；当前第54页；编辑于星期二\18点0分6）检查自启动能力由状态方程：得：有自启动能力。7）电路图略55本文档共82页；当前第55页；编辑于星期二\18点0分☆Mealy型同步时序电路设计例：设计一个串行数据检测器，要求连续输入三个或三个以上“1”时输出为1，其余情况下输出为0。设输入变量为X，输出变量为Y用X（1位）表示输入数据用Y（1位）表示输出（检测结果）解：1）设定状态56本文档共82页；当前第56页；编辑于星期二\18点0分6.4

若干常用的时序逻辑电路57本文档共82页；当前第57页；编辑于星期二\18点0分6.4.1寄存器和移位寄存器一、寄存器1.寄存器的定义——能够暂存数据的部件。寄存器的功能——接受、存放、传送数据。寄存器的组成——触发器及门电路。说明：对寄存器中的触发器只要求它具有置1、置0

的功能即可，因而无论用何种类型的触发器

都可组成寄存器。58本文档共82页；当前第58页；编辑于星期二\18点0分2.寄存器的种类1）并行输入寄存器——输入数据可同时送入

寄存器内。2）串行输入寄存器——即“移位寄存器”，数据串行输入，有左移、右移、双向移位。3）静态移位寄存器——由触发器作存储单元，输入的数据可长久保留。4）动态移位寄存器——由电容作存储单元，输入的数据不可长久保留，需刷新。59本文档共82页；当前第59页；编辑于星期二\18点0分3.基本寄存器数据并行输入，并行输出。60本文档共82页；当前第60页；编辑于星期二\18点0分四位寄存器——74HC17561本文档共82页；当前第61页；编辑于星期二\18点0分功能表：这种寄存器具有很强的抗干扰能力。62本文档共82页；当前第62页；编辑于星期二\18点0分二、移位寄存器移位寄存器——可以进行移位操作的寄存器。它同时具有寄存和移位两个功能。数字电路中，加减运算用加法器。减法器完成，乘、除运算则用移位以后再加的办法完成。例：求A=1010与B=1101的积。63本文档共82页；当前第63页；编辑于星期二\18点0分演算过程：求几项“部分积”之和64本文档共82页；当前第64页；编辑于星期二\18点0分1.分类1）左移——在一个移位命令作用下，寄存器中各位（bit）的信息依次向左移动一位。65本文档共82页；当前第65页；编辑于星期二\18点0分设：输入的代码次序是1011。送数前，先将寄存器清零，然后在4个CLK脉冲的作用下将数据送入寄存器，并可在4个触发器的输出端得到并行输出的代码。66本文档共82页；当前第66页；编辑于星期二\18点0分67本文档共82页；当前第67页；编辑于星期二\18点0分2）右移3）双向移位（74LS194）2.应用——数码的串入、并出变换电路电路由两部分组成：①右移寄存器——由触发器组成；②取样电路——由4个与门组成。68本文档共82页；当前第68页；编辑于星期二\18点0分69本文档共82页；当前第69页；编辑于星期二\18点0分CLK脉冲与取样信号的时间关系如图，为保证电路正确工作，取样信号必须与CLK上升沿错开，而且取样脉冲频率是时钟脉冲频率的1/4。即：70本文档共82页；当前第70页；编辑于星期二\18点0分工作原理：每来4个CLK，数据逐位串入，在下一个CLK到来之前，发出一个取样信号，以达到串入、并出目的。71本文档共82页；当前第71页；编辑于星期二\18点0分3.74LS194——四位双向移位寄存器1）框图72本文档共82页；当前第72页；编辑于星期二\18点0分2）工作方式控制73本文档共82页；当前第73页；编辑于星期二\18点0分3）功能这是一种功能较齐全的移位寄存器，具有清零、左移、右移、并行加载、保持五种功能。保持——并行加载——74本文档共82页；当前第74页；编辑于星期二\18点0分4）用74194实现左移、右移及并行加载。右移串出75本文档共82页；当前第75页；编辑于星期二\18点0分左移串出76本文档共82页；当前第76页；编辑于星期二\18点0分77本文档共82页；当前第