电子技术基础数字部分(第五版)(康华光)第6章

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1、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6.3同步时序逻辑电路的设计6.4异步时序逻辑电路的分析6.5若干典型的时序逻辑集成电路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1.掌握时序逻辑电路功能的表达方法及其相互转换；2.掌握同步时序逻辑电路的分析和设计方法；3.掌握异步时序逻辑电路的分析方法；4.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.了解时序可编程器件。教学要求6.1时序逻辑电路基本概念楼房电梯控制——引入时序逻辑问题电梯的控制电路需要根据电梯内和

2、各楼层入口处按键信号，以及电梯当前的状态，来决定电梯的上升或下降，同时将电梯当前所处的楼层输出显示。按键信号——输入信号，升降控制和所处楼层显示——输出信号；控制电路必须具有存储单元用以记忆，定义电梯当前所处的楼层——现态，将要达到的楼层——次态，楼层的变换为状态转换；电梯的升降不仅取决于当前按键输入信号，而且取决于电梯当前的状态。确定状态如何转换的信号——激励信号。输入信号、输出信号、激励信号以及现态、次态及其状态转换是时序逻辑问题研究的主要内容。6.1时序逻辑电路基本概念1.时序电路的模型时序逻辑电路由进行逻辑运算的组合电路和起记忆作用的存储电

3、路组成。电路模型如图。6.1.1时序逻辑电路模型与分类输入信号I，I=(I1，I2，···，Ii)输出信号O，O=(O1，O2，···，Oj)激励信号E，E=(E1，E2，···，Ek)状态信号S，S=(S1，S2，···，Sm)输出方程组：O=f(I，S)激励方程组：E=g(I，S)状态方程组：Sn+1=h(E，S)——存储电路的输入信号——存储电路的输出信号触发器或锁存器构成——输出信号是输入I与状态S的函数——激励信号是输入I与状态S的函数——次态是激励E与状态S的函数6.1时序逻辑电路基本概念时序逻辑电路具有以下特征：①.时序逻辑电路由组合

4、逻辑电路和存储电路组成。②.时序逻辑电路的状态变化，不仅与该当前的输入信号有关，而且与电路当前的状态有关。③.时序逻辑电路在任意时刻的输出信号，不仅与该当前的输入信号有关，而且与电路当前的状态有关。6.1.1时序逻辑电路模型与分类6.1时序逻辑电路基本概念2.异步时序电路与同步时序电路时序逻辑电路同步时序逻辑电路异步时序逻辑电路同步时序逻辑电路：存储电路一般用触发器实现，各触发器的时钟端均与统一的时钟脉冲信号相连接，各触发器状态改变受同一时钟信号的控制，它们的状态在同一时刻更新。目前较复杂的时序电路广泛采用同步时序逻辑电路实现。异步时序逻辑电路：没

5、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。异步时序逻辑电路又分为脉冲异步时序电路——触发器组成，电平异步时序电路——锁存器组成。6.1.1时序逻辑电路模型与分类6.1时序逻辑电路基本概念以同步时序电路为例对状态进行说明①.时序逻辑电路是状态依赖的，故又称为状态机，本章只限于讨论有限数量存储单元构成的状态机——有限状态机；②.电路的状态是由触发器的状态组合而成，具有n个触发器的时序电路具有2n个状态，例如n=2，22=4，电路具有4个状态：00、01、10、11；③.在有效边沿触发前电路的状态为现态，有效边沿触发后电路的状态为次态

6、，次态仅仅表示状态变化时的新状态，变化后又是现态；④.状态的变化产生的次态取决于输入信号和现态，输出信号也取决于输入信号和现态，或者仅取决于现态。6.1.1时序逻辑电路模型与分类6.1时序逻辑电路基本概念6.1.2时序电路功能的表达组合逻辑关系的表达方法输出函数表达式真值表卡诺图时序电路功能的表达方法方程组状态表状态图时序图时序电路功能的四种表达方法表示的是同一种逻辑关系，它们可以相互转换，在时序电路分析和设计往往需要利用各种表达方法。下面通过一个实例，讲解时序电路功能的四种表达方式及相互转换。输出方程组激励方程组状态方程组6.1时序逻辑电路基本概

7、念考察如图所示电路↑有效的同步时序电路1.逻辑方程组(1).输出方程组(2).激励方程组(3).状态方程组——由激励方程代入触发器特性方程得到D触发器特性方程：Qn+1=DQ0+Q16.1.2时序电路功能的表达A=000011011现态Q1Q0次态A=1/Y6.1时序逻辑电路基本概念2.状态表(1).输出方程组(2).激励方程组(3).状态方程组Q1Q0AY000000001100010001011010100001101110110001111010状态真值表常用是状态表，与状态真值表等效，为其集约形式。00/000/100/100/110/00

8、1/011/001/0状态表电路→方程组→状态真值表→状态表6.1.2时序电路功能的表达6.1时序逻辑电路基本概念3.状态