第7章時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)ppt課件

1、第七章時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)第七章時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 主要引見時(shí)序邏輯電路的通用分析和設(shè)計(jì)方主要引見時(shí)序邏輯電路的通用分析和設(shè)計(jì)方法。法。7.1概述概述l 時(shí)序邏輯電路的定義時(shí)序邏輯電路的定義l 時(shí)序邏輯電路的構(gòu)造方式時(shí)序邏輯電路的構(gòu)造方式l 時(shí)序邏輯電路的分類時(shí)序邏輯電路的分類主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：7.1.1時(shí)序邏輯電路的定義時(shí)序邏輯電路的定義l 假設(shè)一個(gè)邏輯電路在任何時(shí)辰產(chǎn)生的輸出信號(hào)不假設(shè)一個(gè)邏輯電路在任何時(shí)辰產(chǎn)生的輸出信號(hào)不僅與該時(shí)辰的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路原來僅與該時(shí)辰的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路原來的形狀有關(guān)，那么稱該電路為時(shí)序邏輯電路。的形狀有關(guān)，那

2、么稱該電路為時(shí)序邏輯電路。 7.1.2時(shí)序邏輯電路的構(gòu)造時(shí)序邏輯電路的構(gòu)造 時(shí)序邏輯電路的普通構(gòu)造如圖時(shí)序邏輯電路的普通構(gòu)造如圖7-1所示。所示。 11(,)iinrZf XXQQ(1,2,)im11(,)iinrYg XXQQ(1,2, )ir111( ,)niirrQk YY QQ(1,2, )ir 7.1 7.2 式7.1是輸出方程。式7.2是存儲(chǔ)電路的驅(qū)動(dòng)方程或稱鼓勵(lì)方程。式7.3是存儲(chǔ)電路的形狀方程。7.3圖圖7-17.1.3時(shí)序邏輯電路的分類時(shí)序邏輯電路的分類l 按照電路的任務(wù)方式，時(shí)序邏輯電路可以分為同按照電路的任務(wù)方式，時(shí)序邏輯電路可以分為同步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路兩大

3、類。步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路兩大類。 l 按照電路輸出對(duì)輸入信號(hào)的依從關(guān)系，時(shí)序邏輯按照電路輸出對(duì)輸入信號(hào)的依從關(guān)系，時(shí)序邏輯電路又可分為電路又可分為Mealy型時(shí)序電路和型時(shí)序電路和Moore型時(shí)序型時(shí)序電路。電路。 7.2時(shí)序邏輯電路的分析時(shí)序邏輯電路的分析l 由觸發(fā)器構(gòu)成的同步時(shí)序邏輯電路的分析方法由觸發(fā)器構(gòu)成的同步時(shí)序邏輯電路的分析方法l 形狀表的兩種不同格式及填寫方法形狀表的兩種不同格式及填寫方法l 由觸發(fā)器構(gòu)成的異步時(shí)序邏輯電路的分析方法由觸發(fā)器構(gòu)成的異步時(shí)序邏輯電路的分析方法l 時(shí)序邏輯電路的分析舉例時(shí)序邏輯電路的分析舉例主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：7.2.1時(shí)序邏輯電路的分析步

4、驟時(shí)序邏輯電路的分析步驟1由給定的邏輯電路圖寫出以下各邏輯方程式：由給定的邏輯電路圖寫出以下各邏輯方程式： 1各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程。各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程。 2各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。 3時(shí)序電路的輸出方程。時(shí)序電路的輸出方程。2將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，求得電將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，求得電路的形狀方程或次態(tài)方程。路的形狀方程或次態(tài)方程。3根據(jù)形狀方程和輸出方程，列出該時(shí)序電路的形根據(jù)形狀方程和輸出方程，列出該時(shí)序電路的形狀表，畫出形狀轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖。狀表，畫出形狀轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖。4根據(jù)電路的形狀轉(zhuǎn)換圖闡明該時(shí)序邏輯電路的邏根據(jù)電路的形狀轉(zhuǎn)換圖闡明該時(shí)序邏輯電路

5、的邏輯功能。輯功能。 表7-1 Mealy型電路形狀表格式現(xiàn) 態(tài) Qn次態(tài)Qn+1/輸出Z 輸入X表7-2 Moore型電路形狀表格式輸入X輸出Z次態(tài)Qn+1現(xiàn)態(tài)Qnl 形狀圖是一種反映時(shí)序形狀轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、形狀圖是一種反映時(shí)序形狀轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出取值關(guān)系的有向圖。輸出取值關(guān)系的有向圖。 同步時(shí)序邏輯電路兩種模型的形狀圖7.2.2同步時(shí)序邏輯電路的分析舉例同步時(shí)序邏輯電路的分析舉例 例7-1 分析圖7-2所示的同步時(shí)序邏輯電路的功能。圖7-2 例7-1的邏 輯電路圖111JK221nJKXQ12121212nnnnnnnnZXQ QXQ QXQ QXQ Q12121211111(

6、)()11nnnnnnnnnQXQ QXQ QQQQQ 解： 1寫出時(shí)序電路的各邏輯方程式1這是一個(gè)同步時(shí)序電路，故時(shí)鐘方程可以不寫2時(shí)序電路的驅(qū)動(dòng)方程3時(shí)序電路的輸出方程。2將驅(qū)動(dòng)方程代入J-K觸發(fā)器特性方程， 得到形狀方程3列出該時(shí)序電路的形狀表，畫出形狀轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖 表7-3 例7-1的形狀表現(xiàn)態(tài)Q2n Q1n次態(tài)Q2n+1Q1n+1/輸出Z X=0X=10001/011/10110/000/01011/001/01100/110/0 圖7-3 例7-1的形狀圖 圖7-4 例7-1電路的任務(wù)波形4電路的邏輯功能分析電路的邏輯功能分析 由形狀圖可知，例由形狀圖可知，例7-1中的邏輯電路是

7、一個(gè)二進(jìn)制中的邏輯電路是一個(gè)二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。圖可逆計(jì)數(shù)器。圖7-4中，畫出了減計(jì)數(shù)情況下電路中，畫出了減計(jì)數(shù)情況下電路的任務(wù)波形。的任務(wù)波形。 7.2.3異步時(shí)序邏輯電路的分析舉例異步時(shí)序邏輯電路的分析舉例例例7-2 分析圖分析圖7-5電路所示的異步時(shí)序邏輯電路。電路所示的異步時(shí)序邏輯電路。圖7-5 例7-2的邏輯電路圖解：該電路屬于解：該電路屬于Moore型異步時(shí)序邏輯電路。型異步時(shí)序邏輯電路。1寫出時(shí)序電路的各邏輯方程式寫出時(shí)序電路的各邏輯方程式1時(shí)鐘方程時(shí)鐘方程2驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程 3輸出方程輸出方程2將驅(qū)動(dòng)方程代入將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器特性方程，得到形狀方觸發(fā)器特性方程，得到形狀方程

8、程 (CP由由10時(shí)有效時(shí)有效) ( 由由10時(shí)有效時(shí)有效)010, nCPCPCPQ001JK111JK ， 10nnZQ Q100 nnQQ111 nnQQ0nQ3列出該時(shí)序電路的形狀表，畫出形狀轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖表7-4 例7-2電路的形狀表現(xiàn)態(tài)Q1n Q0n次態(tài)Q1n +1 Q0n+1FF0CP0=CPFF1CP1= Q0n輸出Z0 00 100 11 0 01 01 101 10 01圖7-6 例7-2的形狀圖 圖7-7 例7-2的時(shí)序波形圖4電路的邏輯功能分析 由形狀圖或時(shí)序圖可知，在CP脈沖作用下，Q1 Q0的數(shù)值從00到11遞增，每經(jīng)過4個(gè)CP脈沖作用后，Q1 Q0循環(huán)一次。同時(shí)在

9、輸出端產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出脈沖Z。故該電路是一個(gè)模4加計(jì)數(shù)器。7.3同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)l 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟l 建立原始形狀圖的詳細(xì)過程建立原始形狀圖的詳細(xì)過程l 原始形狀圖的簡(jiǎn)化方法原始形狀圖的簡(jiǎn)化方法l 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：7.3.1同步時(shí)序邏輯電路的根本設(shè)計(jì)步驟同步時(shí)序邏輯電路的根本設(shè)計(jì)步驟1由給定的邏輯功能要求求出原始形狀圖由給定的邏輯功能要求求出原始形狀圖 建立原始形狀圖的詳細(xì)過程如下：建立原始形狀圖的詳細(xì)過程如下： 1確定時(shí)序電路模型確定時(shí)序電路模型 同步時(shí)序電路有同步時(shí)序電

10、路有Mealy型和型和Moore型兩種模型，詳細(xì)將電路型兩種模型，詳細(xì)將電路設(shè)計(jì)成哪種模型，有的由設(shè)計(jì)要求規(guī)定，有的由設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)成哪種模型，有的由設(shè)計(jì)要求規(guī)定，有的由設(shè)計(jì)人員選擇。不同模型對(duì)應(yīng)的電路構(gòu)造不同。選擇。不同模型對(duì)應(yīng)的電路構(gòu)造不同。 2分析電路的輸入條件和輸出要求，確定輸入變量、輸分析電路的輸入條件和輸出要求，確定輸入變量、輸出變量及該電路應(yīng)包含的形狀，并用字母出變量及該電路應(yīng)包含的形狀，并用字母S0、S1、 表示表示這些形狀。這些形狀。 3分別以上述形狀為現(xiàn)態(tài)，確定在每一個(gè)能夠的輸入組分別以上述形狀為現(xiàn)態(tài)，確定在每一個(gè)能夠的輸入組協(xié)作用下應(yīng)轉(zhuǎn)移到哪個(gè)形狀及相應(yīng)的輸出，即可求出原始

11、協(xié)作用下應(yīng)轉(zhuǎn)移到哪個(gè)形狀及相應(yīng)的輸出，即可求出原始形狀圖。形狀圖。 2形狀化簡(jiǎn)形狀化簡(jiǎn) 對(duì)原始形狀圖進(jìn)展化簡(jiǎn)，消除多余的形狀，保管有對(duì)原始形狀圖進(jìn)展化簡(jiǎn)，消除多余的形狀，保管有效形狀，從而使設(shè)計(jì)出來的電路得到簡(jiǎn)化。效形狀，從而使設(shè)計(jì)出來的電路得到簡(jiǎn)化。3形狀編碼、并畫出編碼后的形狀圖和形狀表形狀編碼、并畫出編碼后的形狀圖和形狀表4選擇觸發(fā)器的類型及個(gè)數(shù)選擇觸發(fā)器的類型及個(gè)數(shù) 觸發(fā)器的個(gè)數(shù)觸發(fā)器的個(gè)數(shù)n應(yīng)滿足應(yīng)滿足nlog2 M ，M為形狀的數(shù)目。為形狀的數(shù)目。 5求出電路的輸出方程和各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。求出電路的輸出方程和各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。6畫出電路的邏輯電路圖，并檢查自啟動(dòng)才干。畫出電路的

12、邏輯電路圖，并檢查自啟動(dòng)才干。7.3.2同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)舉例同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)舉例例例7-3 試設(shè)計(jì)一個(gè)同步試設(shè)計(jì)一個(gè)同步8421碼的十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，采碼的十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，采用用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。解：解：1根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，該電路沒有輸入信號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，該電路沒有輸入信號(hào)，有一個(gè)輸出信號(hào)有一個(gè)輸出信號(hào)Z表示進(jìn)位信號(hào)?？芍苯拥玫叫螤顖D表示進(jìn)位信號(hào)。可直接得到形狀圖如圖如圖7-18所示。所示。Q3Q2Q1Q000010010001101111000/Z/0/0/0/000000100010101101001/0/0/0/0/0/1 圖7-8 例7-3的 形狀圖 2由此形

13、狀圖很容易得到相應(yīng)的輸出方由此形狀圖很容易得到相應(yīng)的輸出方程：程： ，以及次態(tài)卡諾圖如圖，以及次態(tài)卡諾圖如圖7-9所示。所示。 nnQQ01 00 01 11 10 00 0001 0101 1001 01 0010 0110 0000 11 0100 1000 10 0011 0111 nnQQ23 00 01 11 10 00 0 0 1 01 0 0 0 11 0 1 10 0 0 nnQQ23 nnQQ01 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 nnQQ23 nnQQ01 a總次態(tài)卡諾圖bQ3n+1 cQ2n+130nn

14、ZQ Q 00 01 11 10 00 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 10 1 1 nnQQ23 nnQQ01 00 01 11 10 00 0 0 0 01 1 1 0 11 0 0 10 1 1 nnQQ23 nnQQ01 dQ1n+1 eQ0n+1圖7- 9 例7-3的次態(tài)形狀圖1000011nnnnQQQQnnnnnnnQQQQQQQ30301213nnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQ201201021201212nnnnnnQQQQQQ10103113由上述形狀方程可得各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程：nnnnnnnnnQKQQQJQQKJQKQQJKJ03012

15、301220103100,14由上述驅(qū)動(dòng)方程即可得到同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖如圖7-9所示。將無效形狀10101111分別代入形狀方程進(jìn)展計(jì)算，可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效形狀，因此該電路可以自啟動(dòng)。圖7-9 例7-3的邏輯電路圖本章小結(jié)本章小結(jié)1時(shí)序邏輯電路普通由組合電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成。時(shí)序邏輯電路普通由組合電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成。2按照電路的任務(wù)方式，時(shí)序邏輯電路可以分為同步和異步按照電路的任務(wù)方式，時(shí)序邏輯電路可以分為同步和異步時(shí)序邏輯電路兩大類；按照電路輸出對(duì)輸入信號(hào)的依從關(guān)時(shí)序邏輯電路兩大類；按照電路輸出對(duì)輸入信號(hào)的依從關(guān)系，時(shí)序邏輯電路又可分為系，時(shí)序邏輯電

16、路又可分為Mealy型和型和Moore型時(shí)序電路。型時(shí)序電路。3在在Mealy型時(shí)序電路中，輸出同時(shí)取決于存儲(chǔ)電路的形狀型時(shí)序電路中，輸出同時(shí)取決于存儲(chǔ)電路的形狀和輸入信號(hào)；而在和輸入信號(hào)；而在Moore型時(shí)序電路中，輸出只與存儲(chǔ)電型時(shí)序電路中，輸出只與存儲(chǔ)電路的形狀有關(guān)。路的形狀有關(guān)。4時(shí)序邏輯電路的分析，就是對(duì)一個(gè)給定的時(shí)序邏輯電路，時(shí)序邏輯電路的分析，就是對(duì)一個(gè)給定的時(shí)序邏輯電路，經(jīng)過分析，確定該時(shí)序電路的邏輯功能。經(jīng)過分析，確定該時(shí)序電路的邏輯功能。5無論是同步還是異步時(shí)序電路，它們的分析過程根本一樣，無論是同步還是異步時(shí)序電路，它們的分析過程根本一樣，只是在某些細(xì)節(jié)上有所不同。只是在某些細(xì)節(jié)上有所不同。 6同步時(shí)序邏輯電路的分析相對(duì)較簡(jiǎn)單，而異步時(shí)序邏輯電同步時(shí)序邏輯電路的分析相對(duì)較簡(jiǎn)單，而異步時(shí)序邏輯電路的分析那么較復(fù)雜：在確定各觸發(fā)器的形狀轉(zhuǎn)換時(shí)，除路的分析那么較復(fù)雜：在確定各觸發(fā)器的形狀轉(zhuǎn)換時(shí)，除了思索驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還要思索能否有符合要求的時(shí)鐘脈沖了思索驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還要思索能否有符合要求的時(shí)鐘脈沖上升沿或下降沿到來。上升沿或下降沿到來。7時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)就是根據(jù)給定的邏輯功能要求，設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)就是根據(jù)給定的邏輯功能要求，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。它實(shí)踐上是分析的逆過程。出符合要求的