同步时序逻辑电路

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1、第五章同步时序逻辑电路本章知识要点:时序逻辑电路的基本概念;同步时序逻辑电路的分析和设计方法;典型同步时序逻辑电路的分析和设计。5．1概　　述5.1.1时序逻辑电路的定义、结构和特点若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出信号不仅与电路该时刻的输入信号有关，还与电路过去的输入信号有关，则称为时序逻辑电路。一、定义二、结构时序逻辑电路由组合电路和存储电路两部分组成，通过反馈回路将两部分连成一个整体。图中，CP为时钟脉冲信号，它是否存在取决于时序逻辑电路的类型。时序逻辑电路的状态y1,…，ys是存储电路对过去输入信号记忆的结果，它随着外部信号的作用而变化。次态与现态的概念:在对电路功能进行研究时，

2、通常将某一时刻的状态称为“现态”，记作yn，简记为y；将在某一现态下，外部信号发生变化后到达的新的状态称为“次态”，记作yn+1。三、特点☆电路由组合电路和存储电路组成，具有对过去输入进行记忆的功能；☆电路中包含反馈回路，通过反馈使电路功能与“时序”相关；☆电路的输出由电路当时的输入和状态(对过去输入的记忆)共同决定。5.1.2时序逻辑电路的分类一、按电路的工作方式分类按照电路的工作方式，时序逻辑电路可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两种类型。1.同步时序电路（1）特点：电路中有统一的定时信号，存储器件采用时钟控制触发器，电路状态在时钟脉冲控制下同时发生转换，即电路状态的改变依赖于输入

3、信号和时钟脉冲信号。（2）现态与次态同步时序电路中的现态与次态是针对某个时钟脉冲而言的。现态----指时钟脉冲作用之前电路所处的状态。次态----指时钟脉冲作用之后电路到达的状态。注意：前一个脉冲的次态即后一个脉冲的现态！（3）对时钟的要求脉冲的宽度：必须保证触发器可靠翻转；脉冲的频率：必须保证前一个脉冲引起的电路响应完全结束后，后一个脉冲才能到来。2.异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路的存储电路可由触发器或延时元件组成，电路中没有统一的时钟信号同步，电路输入信号的变化将直接导致电路状态的变化。二、按电路输出对输入的依从关系分类根据电路的输出是否与输入直接相关，时序逻辑电路可以分为Mealy型和

4、Moore型两种不同的模型。1．Mealy型电路：若时序逻辑电路的输出是电路输入和电路状态的函数，则称为Mealy型时序逻辑电路。2．Moore型电路：若时序逻辑电路的输出仅仅是电路状态的函数，则称为Moore型时序逻辑电路。三、按输入信号形式分类时序逻辑电路的输入信号可以是脉冲信号也可以是电平信号。根据输入信号形式的不同，时序逻辑电路通常又被分为脉冲型和电平型两种类型。5.1.3同步时序逻辑电路的描述方法一、逻辑函数表达式同步时序电路的结构和功能，可用三组逻辑函数表达式描述。1．输出函数表达式：是一组反映电路输出Z与输入x和状态y之间关系的表达式。Zi=fi(x1，…，xn,y1,…，ys

5、)i=1,2,…,m（Mealy型电路)Zi=fi(y1，…，ys)i=1,2,…,m（Moore型电路）2．激励函数表达式：激励函数又称为控制函数，它反映了存储电路的输入Y与外部输入x和电路状态y之间的关系。其函数表达式为Yj=gj(x1，…，xn,y1,…，ys)j=1,2,…,r3．次态函数表达式：次态函数用来反映同步时序电路的次态y(n+1)与激励函数Y和电路现态y之间的关系，它与触发器类型相关。其函数表达式为yln+1=kl(Yj，yl)j=1,2,…,r；l=1,2,…，s二、状态表状态表：反映同步时序电路输出Z、次态yn+1与电路输入x、现态y之间关系的表格，又称为状态转移

6、表。Mealy型同步时序电路状态表的格式如作下表所示。表中，列数=输入的所有取值组合数；　　　　　行数=触发器的状态组合数。状态表是同步时序电路分析和设计中常用的工具，它非常清晰地给出了同步时序电路在不同输入和现态下的次态和输出。Moore型电路状态表的格式如左下表所示。三、状态图状态图：是一种反映同步时序电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的有向图。Mealy型电路状态图的形式如图(a)所示。图中，在有向箭头的旁边标出发生该转换的输入条件以及在该输入和现态下的相应输出。x/zxMoore型电路状态图的形式如图(b)所示，电路输出标在圆圈内的状态右下方，表示输出只与状态相关。四、时间图时

7、间图是用波形图的形式来表示输入信号、输出信号和电路状态等的取值在各时刻的对应关系，通常又称为工作波形图。在时间图上，可以把电路状态转换的时刻形象地表示出来。5.2同步时序逻辑电路分析5.2.1分析的方法和步骤常用方法有表格法和代数法。一、表格分析法的一般步骤1．写出输出函数和激励函数表达式。2．借助触发器功能表列出电路次态真值表。3．作出状态表和状态图（必要时画出时间图）。4．归纳出电路的逻辑