电工电子学 第2版 教学课件 作者 林小玲第5章 数字集成电路 时序逻辑电路 .ppt

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1、上海大学自动化系林小玲第5章数字集成电路（时序逻辑电路）§5.4时序逻辑电路§5.4.1概述含有双稳态触发器的逻辑电路叫时序逻辑电路简称为时序电路有记忆功能时序电路与原来的状态有关寄存器计数器结构上：1、由组合电路和存储电路两部分构成；2、存储电路的输出必须反馈到组合逻辑电路的输入端，并与输入信号一起共同决定组合逻辑电路下一状态的输出。功能上：任一时刻的输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，即与以前的输入和输出也有关系。一、时序逻辑电路的基本特点时序电路结构特点：组合电路+触发器电路的状态与时间顺序有关二、时序逻辑电路的分类（1）

2、按存储电路中存储单元状态改变的特点分类同步时序电路——有统一的CP异步时序电路——无统一的CP（2）按输出信号的特点分类米里（Mealy）型——输出由输入变量和存储电路的原态决定；摩尔（Moore）型——输出仅取决于存储电路（3）按时序电路的逻辑功能分类计数器寄存器移位寄存器描述时序电路逻辑功能的方法有——从理论而言：驱动方程、状态方程、输出方程从完整性和直观性而言：状态转换表、状态转换图、时序图三大方程与三大图表之间可以相互转换。三、时序逻辑电路的表示方法（一）状态转换表（StateTable）若将任何一组输入变量及电路初态的取值代入状态方程和输出

3、方程，即可算出电路的次态和现态下的输出值，以得到的次态作为新的初态，和这时的输入变量取值一起再代入状态方程和输出方程进行计算，又得到一组新的次态和输出值。如此继续下去，把全部的计算结果列成真值表的形式，就得到了状态转换表。（二）状态转换图（StateDiagram）为了以更加形象的方式直观的显示出时序电路的逻辑功能，可以进一步把状态转换表的内容表示成状态转换图的形式。将状态转换表表示成转换图时，是以小圆圈表示电路的各个状态，圆圈中填入存储单元的状态值，圆圈之间用箭头表示状态转换的方向，在箭头旁注明状态转换前的输入变量取值和输出值，输入和输出用斜线分开

4、，斜线上方写输入值，下方写输出值。（三）时序图（TimingDiagram）为便于用实验的方法检查时序电路的逻辑功能，还可以将状态转换表的内容画成时间波形的形式。在时钟脉冲序列作用下，电路状态、输出状态随时间变化的波形图叫做时序图。特别注意：画时序图时，应在CP触发沿到来时更新所有的状态，即画完各Qi的状态后，输出（非Qi的情况）的时序图应按组合逻辑处理。四、时序逻辑电路的分析方法所谓“分析”——即找出给定时序电路的逻辑功能。时序电路分析的“核心”——借助触发器的新状态（次态）表达式列出时序电路的状态转换表或画出状态转换图。同步时序逻辑电路和异步时序

5、逻辑电路有不同的分析方法。作时序图列写各触发器的驱动方程列写时序电路的输出方程求触发器的状态方程作状态转换表或状态转换图描述时序电路的逻辑功能时序电路的分析一般步骤画出时钟脉冲作用下的输入、输出波形图描述输入与状态转换关系的表格或图形根据特性方程组合电路的输出输入端的表达式，如T、J，K、D。时序电路分析步骤同步时序电路分析的一般步骤：1、从给定的逻辑图中写出每个触发器的驱动方程；2、把得到的这些驱动方程代入相应触发器的特性方程，得出每个触发器的状态方程，从而得到由这些状态方程组成的整个时序电路的状态方程组；3、根据逻辑图写出电路的输出方程；4、列出

6、该电路的状态转换表；5、根据状态表画出状态转换图（或时序图）；6、根据图表描述电路的逻辑功能。5.4.2同步时序逻辑电路的分析方法组合电路存储电路Z1ZnW1WhY1YkX1Xn时钟信号未注明输出方程：Z（tn）=F[X（tn），Y（tn）]状态方程：Y（tn+1）=G[W（tn），Y（tn）]驱动方程:W（tn）=H[X（tn），Y（tn）]时序电路的结构存储电路输入信号存储电路输出信号时序电路输出信号时序电路输入信号现态，或原状态次态或新状态式中：tn、tn+1表示相邻的两个离散时间Q2nQ1nCP1Q1Q11K1JC1FF1Q2Q21K1JC1

7、FF2Z&例：已知同步时序电路的逻辑图，试分析电路的逻辑功能。解：1.列写驱动方程和输出方程驱动方程：J1n=K1n=1J2n=K2n=Q1n输出方程:Zn=Q1nQ2n2.求状态方程JK触发器的特征方程为：分析举例将J、K分别代入，得到两个触发器的状态方程3.作出电路的状态转换表及状态转换图填状态转换表方法：列出Q2nQ1n所有组合由状态方程求Q2n+1Q1n+1由输出方程求Zn次态Q2n+1Q1n+1现态Q2nQ1n输出Zn00011011Zn=Q1nQ2n011011000001将Q2n、Q1n分别代入状态方程求Q2n+1、Q1n+1将Q2n、

8、Q1n分别代入输出方程求Z/0次态Q2n+1Q1n+1现态Q2nQ1n输出Zn000110110110110