数字电路与逻辑设计 教学课件 ppt 作者 第二版 教学课件 ppt 作者 胡锦 第五章 时序逻辑电路.ppt

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1、学习要求：掌握时序逻辑电路的分析方法，常用中规模集成计数器、寄存器的逻辑功能及应用，理解同步时序逻辑电路的设计方法，顺序脉冲发生器的构成及工作原理。重点与难点：中规模集成计数器的应用，异步时序逻辑电路的分析及同步时序逻辑电路的设计。学习目标：本章介绍时序逻辑电路的基本概念、分析与设计方法，常用中规模集成计数器、寄存器、顺序脉冲发生器的逻辑功能及应用。5.2时序逻辑电路的分析方法本章小结5.6时序逻辑电路的设计方法5.5顺序脉冲发生器5.4寄存器5.3计数器5.1概述目录例：电梯上下的动作（状态转换）及将要到达的楼层（次态）由电

2、梯轿厢内的楼层控制盘（输入）和电梯目前位置（现态）决定。现态、次态、输入、状态转换等均是时序电路的基本概念。它说明时序电路的输出不但与现在的输入有关，而且还与以前的状态有关。——与组合电路的本质区别。5.1概述5.1.1时序逻辑电路的特点时序逻辑电路，简称时序电路，如图是它的结构示意框图。时序逻辑电路示意框图电路组成存储电路组合逻辑电路1.逻辑功能特点凡是任何时刻电路的稳态输出，不仅和该时刻的输入信号有关，而且还取决于电路原来的状态。这既可看成是时序逻辑电路的定义，也是其逻辑功能特点。2.电路组成特点时序逻辑电路的状态是由存储

3、电路来记忆和表示的，所以从电路组成看，时序电路一定含有作为存储单元的触发器。实际上，时序电路的状态，就是依靠触发器记忆和表示的。时序电路中可以没有组合电路，但不能没有触发器。5.1.2时序电路逻辑功能表示方法实际上，触发器也是时序电路，只不过因其功能十分简单，一般情况下仅当做基本单元电路处理。JK触发器即使从电路组成上看，触发器也是时序电路，如同门电路也是组合电路一样。表示触发器逻辑功能的几种方法，同样适用于时序电路。1.逻辑表达式Y（tn）=F[X（tn），Q（tn）]—输出方程W（tn）=G[X（tn），Q（tn）]—驱动

4、方程或激励方程Q（tn+1）=H[W（tn），Q（tn）]—状态方程这些信号之间的逻辑关系可用下面三个向量函数表示：时序电路的现在输入信号时序电路的现在输出信号存储电路的现在输入存储电路的现在输出（状态变量）对于触发器而言，整个电路的现在输入信号和现在输出信号就是存储电路的现在输入信号和现在输出信号，即W（tn）=X（tn），Y（tn）=Q（tn），所以只剩下状态方程，也就是特性方程了。2.状态表、状态图和时序图因为时序电路在每一时刻的状态都与前一个时钟脉冲作用时电路的原状态有关，如果能把在一系列时钟信号操作下电路状态转换的全

5、过程都找出来，那么电路的逻辑功能和工作情况便一目了然。状态表、状态图和时序图都是描述时序电路状态转换全部过程的方法，它们之间是可以相互转换的。时序电路的逻辑功能还可以用状态表、状态图和时序图等形式表示。3.时序逻辑电路分类计数器寄存器移位寄存器读/写存储器顺序脉冲发生器按逻辑功能按触发器状态变化异步时序电路（各个触发器无统一的时钟脉冲）同步时序电路（各触发器受同一时钟脉冲控制）按输出信号特性米利（Mealy）型Y（tn）=F[X（tn），Q（tn）]穆尔（Moore）型Y（tn）=F[Q（tn）]5.2.1分析步骤1.写方程式

6、仔细观察、分析时序电路，然后再逐一写出：（1）时钟方程：各个触发器时钟信号的逻辑表达式；（2）输出方程：时序电路各个输出信号的逻辑表达式；（3）驱动方程：各个触发器输入端信号的逻辑表达式。5.2时序逻辑电路的分析方法2.求状态方程把驱动方程代入相应触发器的特性方程，即可求出时序电路的状态方程，也就是各个触发器次态输出的逻辑表达式。3.进行计算把电路输入和现态的各种可能取值，代入状态方程和输出方程进行计算，求出相应的次态和输出。（1）状态方程有效的时钟条件，凡不具备时钟条件者，方程式无效，即触发器保持原来状态不变；（2）电路的现

7、态，就是组成该电路各个触发器的现态的组合；（3）不能漏掉任何可能出现的现态和输入的取值组合；（4）现态的起始值如果给定了，则可以从给定值开始依次进行计算，倘若未给定，那么就可以从自己设定的起始值开始依次计算。注意：4.画状态图（或状态表、或时序图）整理计算结果，画出状态图（或状态表、或时序图）。（1）状态的转换是由现态到次态，不是由现态到现态或次态到次态；（2）输出是现态的函数，不是次态的函数；（3）如需画时序图，应在CP触发沿到来时更新状态。注意：5.电路功能说明一般情况下，用状态图或状态表就可以反映电路的工作特性。但实际中

8、，各个输入、输出信号都有明确的物理含义，因此，常常需要结合这些信号的物理含义，进一步说明电路的具体功能，或结合时序图说明时钟脉冲与输入、输出及内部变量之间的关系。归纳起来，分析时序电路的一般过程如下图时序电路分析过程示意图5.2.2分析举例试分析如图同步时序电路的逻辑功能。[