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第十二章 时序逻辑电路.ppt

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第十二章 时序逻辑电路,组成时序逻辑电路基本元件是触发器 。 重点: 时序逻辑电路的分析方法和同步时序逻辑电路的设计方法。 时序逻辑电路器件的应用,12.1 时序逻辑电路的基本概念,12.4 计数器,12.2 时序逻辑电路的分析,12.3 同步时序电路的设计方法,12.5 寄存器,12.1 时序逻辑电路的基本概念,一. 时序逻辑电路的基本结构及特点,时序电路的基本结构框图,它由输出逻辑组合电路、输入逻辑组合电路和存储器三部分组成,它们之间的逻辑关系可用输出方程、驱动方程和状态方程表示。,输出方程 驱动方程 状态方程,Z=Fl(X,Qn) Y=F2(X,Qn) Qn+1=F3(Y,Qn) 时序逻辑电路的特点 (1)时序逻辑由组合电路和存储电路组成。 (2)在存储元件的输出和电路输人之间存在反馈连接。因而电路的工作状态,与时间因素相关,即时序电路的输出由电路的输入和原来的状态共同决定。,二.时序逻辑电路的分类,时序电路通常分为两大类:一类是同步时序逻辑电路,另一类是异步时序电路,此类电路无公共的时钟脉冲。由于同步时序电路的理论比较成熟,应用也很广泛,因而我们重点介绍同步时序电路的分析和设计方法。 时序逻辑电路功能的描述方法1.逻辑方程式,根据时序电路的原理图,写出的输出方程、驱动方程和状态方程可以描述时序电路的逻辑功能,但不直观。 2.状态图反映时序逻辑电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的图形称为状态图。,3.状态表,反映输出Z、次态Qn+1与输入X、现态Qn之间对应取值关系的表格称为状态表。状态表由三个部分组成:输入变量和现状态的组合、次态和输出变量。,前面状态图对应的状态表,4.时序图,时序图即时序逻辑电路的工作波形图。它能直观地描述电路的输入信号、时钟信号、输出信号及电路的状态转换等在时间上的对应关系。 上面介绍描述时序电路逻辑功能的4种方法可以互相转换。,前面状态表对应的时序图,Q0,,,Q1,,Z,X,000 1100 1010 1111 1000 0111 0010 0100 000X,12.2 时序逻辑电路的分析,时序电路的分析过程就是选择某一状态,将该状态的代码与所有的输入条件组合,求出次态及该状态的输出,然后继续这个过程,直到考虑了所有可能的状态为止。通过分析,求电路输出Z的变化规律,以及电路状态Q的转换规律,进而说明该时序电路的逻辑功能和工作特性。 一.分析时序逻辑电路的一般步骤,1.根据给定的时序电路图写出下列各逻辑方程式:(1)各触发器CP的逻辑表达式(除同步时序电路);(2)时序电路的输出方程;(3)各触发器的驱动方程。 2.将驱动方程代入触发器特性方程,求得触发器的次态方程,即时序逻辑电路的状态方程。 3.根据状态方程和输出方程,列出时序电路状态表,画出状态图或时序图。 4.用文字描述给定时序逻辑电路的逻辑功能。,二.同步时序逻辑电路分析举例,例1:试分析如图所示电路。 解:分析过程如下: (1)写出各逻辑方程式。 输出方程 Z= Q1n Q0n,驱动方程 J0= K0=1;J1= K1= X⊕Q0n,(3)列状态表、画状态图和时序图,(4)逻辑功能分析此电路是一个可控计数器。当X=0进行加法计数,Z为进位脉冲输出;当X=l时,电路进行减1计数,Z是借位信号。,CP X Q0 Q1 Z,,,Q0n+1= Q0n Q1n+1= X⊕Q0n⊕Q1n Z= Q1n Q0n,,例2:试分析如图所示时序电路。,解: (1) 逻辑方程式输出方程 F= Q3n Q1n 驱动方程 J1= K1= 1 J2=Q1nQ3n K2=Q1nJ3= Q1n Q2n K3= Q1n,,(2) 各触发器的次态方程,,(3)状态表、状态图和波形图F = Q3n Q1n,Q1n+1= 1n Q2n+1= 3n 2nQ1n+Q2n 1n Q3n+1= 3nQ2nQ1n+Q3n 1n,000,110,CP Q1 Q2 Q3F,(4)逻辑功能分析,由状态图可见,000、001、010、011、100、101、这6个状态形成了闭合回路,在电路正常工作时,在时钟脉冲作用下电路状态总是按照回路中的箭头方向从000到101递增,每经过6个时钟脉冲作用后,电路的状态循环一次,当3个触发器的输出状态为101,电路输出F=1,否则,F=0。这6个称为有效状态。 其余的2个状态称为无效状态。 由状态图还可看出,电路在正常工作时是无法达到无效状态的,若此电路由于某种原因,如噪声信号或接通电源迫使电路进入无效状态时,在CP脉冲作用后,电路能自动回到有效序列,电路的这种能力称为自启动能力。 根据分析得出:此电路是一个六进制加法计数器,输出F=1,计数器有进位表示 。,例3:试分析如图所示时序电路。,解: (1) 逻
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