数字电子技术基础赵进全—课件 7 时序逻辑电路的分析和设计.ppt

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1、7时序逻辑电路的分析和设计7.7基于MSI时序逻辑电路的设计7.1概述7.2基于触发器时序电路的分析7.3基于触发器时序电路的设计7.4集成计数器7.5集成移位寄存器7.6基于MSI时序逻辑电路的分析7.1概述(2)时序逻辑电路：任一时刻的输出不仅与该时刻电路的输入信号有关，而且还与电路过去的状态有关。1.逻辑电路的分类(1)组合逻辑电路:任一时刻的输出仅与该时刻电路的输入信号有关，而与该时刻以前的输入状态无关。2.时序电路的结构框图组合逻辑电路存储电路z1zjw1wkx1xiq1ql……………………组合逻辑电路的部

2、分输出W通过存贮电路输出Q反馈到组合逻辑电路的输入端，与外输入信号X共同决定组合逻辑电路的输出Z。图中X(x1,x2,…,xI)为外部输入信号Z(z1,z2,…,zJ)为输出信号W(w1,w2,…,wK)为存贮电路的输入信号Q(q1,q2,…,qL)代表存贮电路的输出状态组合逻辑电路存储电路z1zjw1wkx1xiq1ql……………………表示信号间的逻辑关系的三个向量方程：式中tn和tn+1表示相邻的两个离散时间。a.输出方程Z(tn)=F[X(tn),Q(tn)]b.状态方程Q(tn+1)=G[W(tn),Q(tn

3、)]c.驱动方程W(tn)=H[X(tn),Q(tn)](1)根据存贮电路中触发器状态变化的特点，时序电路分为两大类：同步时序电路和异步时序电路。没有统一的时钟脉冲，触发器状态变化由各自的时钟脉冲信号或由输入信号决定。3.时序电路的分类a.同步时序电路所有触发器状态变化都在统一时钟脉冲到达时同时发生。b.异步时序电路(2)时序电路按输出信号的特点又可以分为米里（Mealy）型和摩尔(Moore)型时序电路两种。Mealy型时序逻辑电路的输出不仅取决于存贮电路的状态，还取决于输入变量的状态。a.Moore型电路Moor

4、e型时序逻辑电路的输出信号仅取决于存贮电路的状态。b.Mealy型电路4.时序电路的功能描述(1)逻辑方程式Z=F[X，Qn]Qn+1=G[W，Qn]W=H[X，Qn]状态表也称状态转移表，是用列表的方式来描述时序逻辑电路输出Z、次态Qn+1和外部输入X、现态Q之间的逻辑关系。(2)状态表(3)状态图用图形表示时序逻辑电路的状态转换关系。时序图即为时序电路的工作波形图，它以波形的形式描述时序电路内部状态Q、外部输出Z随输入信号X变化的规律。(4)时序图7.2基于触发器时序电路的分析时序逻辑电路中的基本单元是触发

5、器。7.2.1分析方法1.时序电路分析流程图逻辑电路图驱动方程输出方程状态方程状态转换表状态转换图时序图逻辑功能2.分析的一般步骤(1)写出三个向量方程a.写驱动方程及时钟方程根据逻辑电路图，先写出各触发器的驱动方程。触发器的驱动方程是触发器输入端的逻辑函数式。由于异步时序电路的存贮电路结构与同步时序电路不同，异步时序电路需要另外写时钟方程。输出方程表达了电路的外部输出与触发器现态及外部输入之间的逻辑关系。b.求输出方程c.求状态方程将a中得到的驱动方程代入触发器的特性方程中，得出每个触发器的状态方程。状态方程反映了

6、触发器次态与现态及外部输入之间的逻辑关系。(2)列出状态转换表，画出状态转换图及时序图三个向量方程能够完全描述时序电路的逻辑功能，但电路状态的转换过程不能直观地得到反映，因此常用状态转换真值表、状态转换图和时序波形图来表示电路的逻辑功能。(3)说明逻辑功能[例1]分析如图所示时序电路的逻辑功能。7.2.2同步时序电路的分析1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21存贮电路部分是三个T触发器；1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21[解]这个电路的组合电路部分是两个与门。三

7、个触发器由同一时钟CP控制，所以是同步时序电路。Z为外部输出；1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21(1)写三个状态方程a.驱动方程b.输出方程将驱动方程代入触发器的特性方程，得状态方程为c.求状态方程T触发器特性方程为(2)列状态转换表画出状态转换图a.状态转换真值表b.次态卡诺图c.状态转换图注：三个触发器共有八个状态000，001，···，111。由于本例中没有外部输入，所以X/Z斜线上方没有注字。000001010011111110101100Q0Q1Q2/0/0/0/0/0/0/1

8、/0d.画出时序图(3)说明电路逻辑功能随着时钟信号的作用，状态转换的次序为二进制数递增规律，当输入八个时钟脉冲时，恢复到初态000，循环周期为8。该电路为同步八进制加法计数器。Z可以作为进位信号。1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21T触发器构成的计数器在结构上的特点：最低位触发器是来一个时钟脉冲，翻转一次；除最低位