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1、第6章 時(shí)序邏輯電路,6.1 概述6.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法6.3 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法6.4 若干常用時(shí)序邏輯電路,6.1 概述,一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn) 功能上：任一時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。,2. 電路結(jié)構(gòu)上： 時(shí)序邏輯電路包含組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路兩個(gè)部分； 存儲(chǔ)電路的輸出狀態(tài)必須反饋到組合電路的輸入端，與輸入信號(hào)一起，共同決定組合邏輯電路的輸出。,二、時(shí)序電路功能描述可以用三個(gè)方程來描述,三、時(shí)序電路的分類,1. 根據(jù)動(dòng)作特點(diǎn)分 同步時(shí)序電路：存儲(chǔ)電路中所有觸發(fā)器的時(shí)鐘使用統(tǒng)一的CLK，狀態(tài)變化發(fā)生在同一時(shí)刻 異步時(shí)序電路：沒有統(tǒng)一的CLK，觸發(fā)器
2、狀態(tài)的變化有先有后 2. 按輸出信號(hào)特點(diǎn)分 Mealy型： Moore型：,6.2 時(shí)序電路的分析方法,6.2.1 同步時(shí)序電路的分析 一、時(shí)序邏輯電路的分析 給定時(shí)序電路，分析該電路的邏輯功能，即找出在輸入和CLK作用下，電路的次態(tài)和輸出。 二、同步時(shí)序電路的分析方法 從給定電路寫出存儲(chǔ)電路中每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程，即觸發(fā)器每個(gè)輸入信號(hào)的邏輯函數(shù)式，得到整個(gè)電路的驅(qū)動(dòng)方程； 將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程，得到狀態(tài)方程； 從給定邏輯電路圖寫出輸出方程； 寫出整個(gè)電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖； 由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖得出電路的邏輯功能。,例6.2.1 試分析下圖所示的時(shí)序邏
3、輯電路的邏輯功能，寫出它的驅(qū)動(dòng)方程、狀態(tài)方程和輸出方程，寫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。 FF1、 FF2、 FF3均為主從JK觸發(fā)器，下降沿觸發(fā)，輸入懸空時(shí)和邏輯1狀態(tài)等效。,解：,此電路沒有輸入變量，屬于Moore型的時(shí)序邏輯電路。,6.2.2 時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)機(jī)流程圖、時(shí)序圖,理論上講，有了邏輯電路的三個(gè)方程應(yīng)該說已經(jīng)可以清楚描述一個(gè)電路的邏輯功能，但通過該例題發(fā)現(xiàn)，從這一組方程卻不能確定電路具體用途。 因此需要在時(shí)鐘信號(hào)作用下將電路所有的的狀態(tài)轉(zhuǎn)換全部列出來。,描述時(shí)序邏輯電路所有狀態(tài)的方法有狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)機(jī)流程圖和時(shí)序圖。下面結(jié)
4、合例題6.2.1介紹這幾種方法。,一、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：,根據(jù)狀態(tài)方程將所有的輸入變量和電路初態(tài)的取值，帶入電路的狀態(tài)方程和輸出方程，得到電路次態(tài)和輸出值，列成表即為狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。,由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可知，為七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，Y為進(jìn)位脈沖的輸出端。,設(shè)初態(tài)Q3Q2Q1=000，由狀態(tài)方程和輸出方程可得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：,二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：,將狀態(tài)轉(zhuǎn)換表以圖形的方式直觀表示出來，即為狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,三、時(shí)序圖：,在時(shí)鐘脈沖序列的作用下，電路的狀態(tài)、輸出狀態(tài)隨時(shí)間變化的波形叫做時(shí)序圖。由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可得：,例6.2.2 分析下圖所示的時(shí)序邏輯電路的功能，寫出電路的驅(qū)動(dòng)方程、狀態(tài)方程和輸出方程，畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
5、。,此電路有輸入變量，屬于Mealy型的時(shí)序邏輯電路,D觸發(fā)器的特性方程為Q *D，得,解：,A0時(shí),A1時(shí),（4）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,可以合成一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為：,故此電路為有輸入控制的邏輯電路，為可控計(jì)數(shù)器，A0為加法計(jì)數(shù)器，A1為減法計(jì)數(shù)器。,（5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：,6.4 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì),同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟,一 、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,1.分析給定的邏輯問題，確定輸入變量、輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取結(jié)果作輸出邏輯變量；,2.定義輸入、輸出邏輯狀態(tài)和每個(gè)電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號(hào)；,3.按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換
6、表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。,二、 狀態(tài)化簡(jiǎn),若兩個(gè)電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣的一個(gè)狀態(tài)去，則稱這兩個(gè)狀態(tài)為等價(jià)狀態(tài)。 等價(jià)狀態(tài)可以合并，這樣設(shè)計(jì)的電路狀態(tài)數(shù)少，電路越簡(jiǎn)。,三、 狀態(tài)分配,狀態(tài)分配也叫狀態(tài)編碼,a.確定觸發(fā)器的數(shù)目n 狀態(tài)數(shù)M ，應(yīng)滿足2n1
7、爾型同步時(shí)序電路，在時(shí)鐘信號(hào)操作下自動(dòng)地依次從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)。 設(shè)進(jìn)位輸出信號(hào)為C，有進(jìn)位輸出為C1，無進(jìn)位輸出時(shí)C0。,給出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：根據(jù)題意，M13，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖6.4.2所示。,給出狀態(tài)表： 由于M13,故應(yīng)取n=4，取其中的13個(gè)狀態(tài)。按十進(jìn)制數(shù)取00001100十三個(gè)狀態(tài)，其狀態(tài)表為,寫出輸出端的狀態(tài)方程：,根據(jù)狀態(tài)表得出其各輸出次態(tài)的卡諾圖如下,各輸出端的卡諾圖及狀態(tài)方程如下,則可寫出電路的狀態(tài)方程和輸出方程為,若選用JK觸發(fā)器,則可得出各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程為：,由驅(qū)動(dòng)方程可畫出十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯電路,最后，檢查能否自啟動(dòng)：全部狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下,故電路可以自啟動(dòng)。,
8、例6.4.2 設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器。對(duì)它的要求是：連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上的1時(shí)輸出為1，其它情況下輸出為0.,解：設(shè)輸入數(shù)據(jù)為輸入變量，用X表示；檢測(cè)結(jié)果為輸出變量，用Y表示，設(shè)S0為沒有1輸入的以前狀態(tài)，S1為輸入一個(gè)1以后的狀態(tài)，S2為輸入兩個(gè)1以后的狀態(tài)，S3為連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上1的狀態(tài)。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為,由狀態(tài)表可以看出，S2和S3為等價(jià)狀態(tài)，可以合并成一個(gè)。其化簡(jiǎn)后狀態(tài)圖為,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為,,由于電路的狀態(tài)為3個(gè)，故M3,應(yīng)取觸發(fā)器的數(shù)目為n2。取00、01和10分別對(duì)應(yīng)S0、S1和S3，若選定的觸發(fā)器為JK觸發(fā)器，則其輸出端的卡諾圖為,,狀態(tài)方程和輸出方程為：,可得驅(qū)動(dòng)方程為,若采用JK觸發(fā)器，則其特性方程為,將化簡(jiǎn)后的狀態(tài)方程化為JK觸發(fā)器的特性方程形式，即,得邏輯電路圖：,此電路可以自啟動(dòng),將狀態(tài)“11” 代入狀態(tài)方程和輸出方程，分別求X=0/1下的次態(tài)和現(xiàn)態(tài)下的輸出,
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