数字电路第6章1.ppt

1、第6章 时序逻辑电路,本章内容: 介绍时序逻辑电路的特点。 介绍时序电路的分析和设计方法。 介绍常用时序逻辑部件： 计数器，移位寄存器。,一、 时序逻辑电路概述 组合逻辑电路：任何一个时刻的输出信号仅 取决于当时的输入信号。 时序逻辑电路：任何一个时刻的输出信号不仅取 决于当时的输入信号，而且还取 决于电路原来的工作状态。,1、分析一个简单的时序逻辑电路。 组成：由两部分组成 一部分是组合逻辑电路：3个与非门构成 一部分是存储电路：由T触发器构成, 分析： 根据电路结构，可以写出T触发器的 状态方程： Qn+1=X Qn+X Qn CP 输出Z： Z=Qn X CP 由上两式画出电路的工作波形

2、。如下页图,工作波形：,CP,X,Q初=0 Q,Z,Q初=1 Q,Z,由波形得出结论：任何一个时刻的输出信号不仅取决于当时 的输入信号，而且还取决于电路原来的工作状态。,2、时序逻辑电路在结构上的特点： 时序逻辑电路包含组合电路和存储电路两部分。 组合电路至少有一个输出反馈到存储电路的输入端，存储电路的状态（Q，Q）至少有一个作为电路的输入，与其他输入信号（X）共同决定电路输出。,时序逻辑电路的结构框图,输 入 信 号,输 出 信 号,存 储 电 路 的 输 入,输 出 状 态,逻辑电路中存在反馈，时序电路的输出由 电路的输入和电路原来的状态共同决定。,逻辑关系方程：,X(X1，Xi),Q(Q

3、1，Qr),Y(Y1，Yr),Z(Z1，Zj),ZF1(X，Qn) 输出方程,YF2(X，Qn) 驱动方程或激励方程,Qn+1F3(Y，Qn) 状态转换方程,各信号之间的逻辑关系方程组：,描述时序电路逻辑功能的逻辑式（一般需要以下三组信号）,3、 时序逻辑电路的分类,从控制时序状态的脉冲源来分：,同步时序电路：,异步时序电路：,存储电路里所有触发器有一个统一的时钟源,没有统一的时钟脉冲,从输出信号的特点分：,莫尔型：,米里型：,Z = F1 X , Qn,Z = F1 Qn,时序逻辑电路的分类,二 时序逻辑电路的分析方法。 分析：根据给定电路结构，找出在输入及时钟信号作 用下，存储电路状态变化

4、规律及电路的输出， 从而了解电路所完成的逻辑功能。 描述时序逻辑电路功能的方法： 驱动方程 状态转移方程、电路的输出函数表达式。 状态转移表，状态转移图。 (4)工作波形（时序图）。,1、 分析步骤： 写出存储电路的驱动方程，也就是存储电路输入信号 的逻辑函数表达式。 写出存储电路的状态转移方程，并写出电路输出函数 表达式。 由状态转移方程和输出函数表达式， 列出状态转移表，画出状态转移图。 画出工作波形。 描述逻辑功能。,同步时序逻辑电路的分析举例,例1 试分析如图所示时序电路的逻辑功能。,Y与输入X无关，电路是莫尔型同步时序电路。,解：,1.了解电路组成。,输入信号,输 出 信 号,J2=

5、K2=X Q1,J1=K1=1,3.求出电路状态方程。,Y=Q2Q1,2.写出各触发器的驱动方程和输出方程。,4.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图。,Y=Q2Q1,状态转换表,同步时序逻辑电路的分析举例,状态图,4.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图。,同步时序逻辑电路的分析举例,波形图可以根据状态转换表、状态转换图或方程画出。,4.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图。,同步时序逻辑电路的分析举例,5. 确定逻辑功能,X=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 。,同步时序逻辑电路的分析举例,举例2 分析如图所示的

6、同步时序逻辑电路（书上181图） 解：由3个JK触发器和一些与非门构成，各级触发器 受同一时钟CP控制，所以为同步时序逻辑电路。 步骤：写出各级触发器的驱动方程。 J1=Q2n Q3n，K1=Q2n Q3n J2=Q3n Q1n，K2=Q3n J3=Q1n Q2n，K3=Q2n 由激励函数代入状态方程得状态转移方程： Q1n+1=Q3nQ2nQ1n+Q3nQ2nQ1nCP,Q2n+1=Q3nQ1nQ2n+Q3nQ2nCP Q3n+1=Q2nQ1nQ3n+Q2nQ3nCP 输出函数：Z=Q1Q3 由状态转移方程、输出函数列出状态转移表及画出状 态转移图。 状态转移表：是将任何一组变量及存储电路的

7、初始 状态取值，然后代入状态转移方程和 输出函数表达式进行计算，求出下一 状态和输出值，依次进行。如下表,状态转移表,0 0 0,0 0 1,0 11,0 1 0,1 1 0,1 0 1,1 0 0,1 1 1,/0,/0,/0,/0,/0,/1,/ 1,/ 0,输入值/输出值, 箭头指向状态的转移方向。,由状态转移表画出 状态转移图, 画出工作波形（时序图）,CP,Q1,Q2,Q3,Z,重复,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,三、 寄存器，移位寄存器。,作用：寄存器是数字系统中用来存储代码 或数据的逻辑部件； 功能：保存数码接收、

8、寄存、清除； 读出数码 实现：主体是触发器且以D触发器居多 一个触发器只能存储1位二进制代码，存储 n 位二进制代码的寄存器需要用 n 个触发器组成，所以寄存器实际上是若干触发器的集合。 按功能划分，寄存器可分为： 数码寄存器 移位寄存器,1D CI,DI,存数指令,Q,Q,1 、 数码寄存器 数码寄存器是能够存放二进制数码的电路。由于 触发器具有记忆功能，因此可以作为数码寄存器 的电路。 下图为由D触发器实现寄存一位数码的寄存单元。 工作原理： 若DI=0， 在存数指令的作用下， Qn+1 =0， 若DI=1， 在存数指令的作用下， Qn+1=1。,这样，在存数指令的作用下，将输入信号的数码

9、DI存入到D触发器中。 这样寄存器只用来存放数码，一般仅具有接收数码，保持并清除原有数码等功能，电路结构和工作原理都比较简单。 一个多位的数码寄存器，可以看作是多个触发器的并行使用。,、移位寄存器 移位寄存器是一个同步时序电路，除具有存放数 码的功能外，还具有将数码移位的功能，即在时钟CP 作用下，能够把寄存器中存放的数码依次左移或右移。, 下图为由4个D触发器构成的4位左移的移位寄存器 由图可见：Q1n+1=VI， Q2n+1=Q1n Q3n+1=Q2n，Q4n+1=Q3n,1D 4 CI,1D 4 CI,1D 4 CI,1D 4 CI,Q4,Q3,Q2,Q1,输入 VI,CP,就实现了数码

10、在移存脉冲作用下，向左依位移存。 同理可构成右移位寄存器。, 双向寄存器 同时具有左移和右移的功能，是左移还是右移取决于 移存控制信号M。 如图所示 由图可写出各级D触发器的状态转移方程： Q4n+1=AM+MQ3n 其中，A为右移输入数码 Q3n+1=MQ4n+MQ2n B为左移输入数码 Q2n+1=MQ3n+MQ1n Q1n+1=MQ2n+MB,当M=1时， Q4n+1=A Q3n+1=Q4n Q2n+1=Q3n Q1n+1=Q2n 因此，在移存脉冲CP作用下，实现右移移位寄存功能。 当M=0时， Q4n+1=Q3n Q3n+1=Q2n Q2n+1=Q1n Q1n+1=B 因此，在移存脉冲

11、CP作用下，实现左移移位寄存功能。,所以在双向移位寄存器中，我们可通过控制M的取 值来完成左右移功能。在上例中， M=1时，完成右移功能； M=0时，完成左移功能。, 移位寄存器的应用 实现数码串并行转换 通常信息在线路上的传递是串行传送，而终端的 输入或输出往往是并行的，因而需对信号进行 串并行转换或并串转换。,A 、 串行转换成并行（5单位信息的串并转换电路） 组成：由两部分组成5位右移移位寄存器 5个与门组成的并行 读出电路 5单位信息：是由5位二进制数码组成一个信 息的代码。 并行读出脉冲必须在经过5个移存脉冲后出 现，并且和移存脉冲出现的时间错开。,1D CI,1D CI,1D CI

12、,1D CI,1D CI,并行读出指令,串行输入,移存脉冲CP,D5,D4,D3,D2,D1,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,分析：假设串行输入的数码为10011（左边先入）,串并行转换状态表,波形：,并行输出脉冲,移存脉冲,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,B 并行转换为串行（输入是并行，输出是串行） 组成： 右移移位寄存器 输入电路 分析：由于是D触发器，有Qn+1=D 由于D1=MD11=MD11，D2= 因此在移存脉冲作用下，状态转移方程为： Q1n+1=MD11，Q2n+1=MD12+Q1n Q3n+1=MD13+Q2n，Q4n+1=MD14+Q3n Q5n+1=MD15+Q4n,工作时RD首先清零，使所有触发器置0。 当并行取样脉冲M=1时，在第一个移存脉冲CP的作用下， 输入信号D11D15并行存入到各级触发器中。 存入以后并行取样脉冲M=0，在移存的脉冲CP 的作用下，实行右移移存功能，从Q5端输出串行数码。,假设 输入的5位数码为11001（Q1Q5），第二组为 10101。,5单位数码并串行转换状态转移表,波形：,RD,CP,并行 取样,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,