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文檔簡介
1、第四章時序邏輯電路本章介紹各種觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、邏輯功能以及各種特性。觸發(fā)器是由基本門電路組成的具有反饋連接、且輸出狀態(tài)不僅和輸入狀態(tài)有關(guān),而且和輸出原狀態(tài)有關(guān)、具有記憶性的電路。本章還介紹時序邏輯電路的基本概念、組成結(jié)構(gòu),各種時序電路的分析和設(shè)計方法。本章的學(xué)習(xí)將為深入學(xué)習(xí)具有特定功能的中規(guī)模時序電路奠定良好的基礎(chǔ)。第一節(jié)基本知識、重點與難點、基本知識(一)觸發(fā)器的基本概念1 .觸發(fā)器特點觸發(fā)器與組合邏輯電路不同, 觸發(fā)器的輸出不僅與輸入信號有關(guān), 而且還與觸發(fā)器原來 的狀態(tài)有關(guān)。觸發(fā)器具有記憶功能, 是構(gòu)成時序電路的基本單元電路。 觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定 的狀態(tài)0和1。在不同的輸入信
2、號作用下,觸發(fā)器可以置成 0,也可以置成1。當(dāng)輸入信號 消失后,觸發(fā)器能保持其狀態(tài)不變。2 .觸發(fā)器控制信號觸發(fā)器的外部控制信號分為三類:(1)置位信號、復(fù)位信號:置位信號和復(fù)位信號有高有效或低有效、同步或異步之分。置位彳t號Sd和復(fù)位信號Rd是低有效的異步信號,當(dāng)信號有效時,觸發(fā)器置1或清零,Sd和Rd不能同時有效。(2)時鐘脈沖信號:時鐘脈沖信號為觸發(fā)器的控制端,決定觸發(fā)器的狀態(tài)何時轉(zhuǎn)換。(3)外部激勵信號:外部激勵信號在CP脈沖作用下控制觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。3 .觸發(fā)器類型觸發(fā)器有不同的分類方法,按觸發(fā)方式分類,有:電位觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式和邊沿觸發(fā)方式。按邏輯功能分類,有:RS觸發(fā)器、
3、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器等。4 .觸發(fā)器邏輯功能描述方法觸發(fā)器的邏輯功能是指觸發(fā)器的次態(tài)與現(xiàn)態(tài)以及輸入信號之間的邏輯關(guān)系。描述觸發(fā)器的邏輯功能常用方法有:(1)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表與激勵表(2)特征方程(3)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(4)時序圖(二)觸發(fā)器的基本類型1 .基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器沒有同步觸發(fā)脈沖,輸入信號直接控制輸出端的狀態(tài)。只要輸入變化, 輸出立即變化。基本RS觸發(fā)器的特征方程為:Qn 1SdRDQnRdSd 12 .同步RS觸發(fā)器同步RS觸發(fā)器在時鐘脈沖 CP有效時,如CP=1期間,觸發(fā)器的輸出隨輸入信號的變 化而改變。在時鐘脈沖有效期間,其特征表、特征方程與基本RS觸發(fā)器完全相同。同步
4、 RS觸發(fā)器為電平觸發(fā)方式,特點是在CP=1整個時間內(nèi),觸發(fā)器輸出都會隨輸入信號的變化而 變化。這種現(xiàn)象稱為“空翻”。3 .主從RS觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器由主觸發(fā)器和從觸發(fā)器兩部分組成,主從RS觸發(fā)器在CP=1期間把輸入信號送入主觸發(fā)器,整個觸發(fā)器的狀態(tài)并不改變。當(dāng)CP下降沿到來時再將觸發(fā)器的狀態(tài)傳入從觸發(fā)器,觸發(fā)器的狀態(tài)才可能翻轉(zhuǎn)。主從RS觸發(fā)器克服了同步 RS觸發(fā)器的“空翻”現(xiàn)象。主從RS觸發(fā)器在時鐘脈沖 CP下降沿時,其特征表、特征方程與基本RS觸發(fā)器完全相同。4 .主從JK觸發(fā)器主從JK觸發(fā)器的工作過程與主從 RS觸發(fā)器相同,分為兩步: CP=1期間,接收J(rèn)、K 端的外部信號并存入主觸發(fā)
5、器,從觸發(fā)器狀態(tài)不變;在 CP由1變?yōu)?。時,主觸發(fā)器狀態(tài)不 變,從觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn); CP=0期間,主觸發(fā)器不接收 J、K端的外部信號,觸發(fā)器的狀態(tài) 不變。在一個時鐘周期內(nèi),主從 JK觸發(fā)器狀態(tài)只在 CP下降沿發(fā)生一次變換。在 CP=1期 間,如果J、K端的信號發(fā)生變化,主觸發(fā)器的狀態(tài)能夠也只能夠變化一次,稱為主從JK觸發(fā)器的一次變化。JK觸發(fā)器的特征方程為:Qn 1 JQn KQn5 .邊沿JK觸發(fā)器邊沿JK觸發(fā)器在時鐘脈沖的下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。要求J、K信號在時鐘脈沖 CP的下降沿之前一段時間到來。在 CP=1、CP=0及CP上升沿期間,J、K信號的任何變化都不會影響 觸發(fā)器的輸出結(jié)果,因此,電
6、路具有更強的抗干擾能力。其特征方程、激勵表與主從JK觸發(fā)器完全一樣。6 .維持阻塞D觸發(fā)器維持阻塞D觸發(fā)器為邊沿觸發(fā)器。在 CP脈沖上升沿狀態(tài)翻轉(zhuǎn),翻轉(zhuǎn)結(jié)果取決于CP上升沿到達瞬間輸入信號 D的狀態(tài)。D觸發(fā)器的特征方程為:Qn i D(三)時序電路的基本概念數(shù)字邏輯電路可分為兩大類:組合邏輯電路和時序邏輯電路,前者簡稱組合電路, 后者簡稱時序電路。在邏輯電路中,如果任一時刻的輸出信號不僅取決于該時刻輸入信號,而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān),或者說與電路原來的輸入信號有關(guān),具備這種功能的電路被稱為時序邏輯電路。1 .時序電路的特點時序電路具有記憶能力, 能保存電路原來的輸入狀態(tài);時序電路含有存儲電路
7、,這些存儲電路多數(shù)由觸發(fā)器構(gòu)成。時序電路有兩大類:同步時序電路和異步時序電路。2 .時序電路與組合電路的區(qū)別時序電路在某一時刻的輸出不僅取決于該時刻電路的輸入,還取決于該電路原來的狀態(tài),也就是說與電路原來的輸入有關(guān)。而組合電路在某一時刻的輸出僅僅取決于該時刻電路的輸入。3 .同步時序電路電路中有一個統(tǒng)一的時鐘脈沖源,存儲電路里所有觸發(fā)器的狀態(tài)變化都與同一個時鐘脈沖同步。在電路結(jié)構(gòu)上,存儲電路中各觸發(fā)器的時鐘脈沖端接同一個時鐘脈沖源。4 .異步時序電路電路中沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖,觸發(fā)器狀態(tài)的變化不與時鐘脈沖同步。(四)同步時序電路的分析與設(shè)計1. 同步時序電路的分析時序電路完成的邏輯功能不同,組成
8、結(jié)構(gòu)不同,其分析步驟也有所不同。對具體電路分析時,應(yīng)能做到靈活應(yīng)用。同步時序電路分析的一般步驟如下:(1) 根據(jù)給定的同步時序電路列寫方程:時序電路的輸出方程,各觸發(fā)器的驅(qū)動方程。(2)將觸發(fā)器的驅(qū)動方程代入對應(yīng)觸發(fā)器的特征方程,求出時序電路的狀態(tài)方程。(3)根據(jù)時序電路的輸出方程和狀態(tài)方程,計算時序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時序圖。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時序圖三種形式之間可以互相轉(zhuǎn)換。(4)根據(jù)上述分析結(jié)果,用文字描述給定同步時序電路的邏輯功能。2. 同步時序電路的設(shè)計設(shè)計是根據(jù)給定具體的邏輯問題,給出符合其功能要求的時序電路。設(shè)計是分析的逆過程, 設(shè)計又稱為綜合。這里只給出用小規(guī)
9、模集成電路進行設(shè)計的步驟,設(shè)計的基本思想是用最少的觸發(fā)器和門電路實現(xiàn)符合要求的時序電路。( 1)根據(jù)給定的邏輯功能建立原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖分析給定的邏輯問題,定義輸入變量、輸出變量以及電路的狀態(tài)。根據(jù)實際的邏輯問題,分析每一種輸入情況下的狀態(tài)變化和相應(yīng)的輸出,從而構(gòu)成原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。( 2)狀態(tài)化簡原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可能包含多余的狀態(tài),狀態(tài)數(shù)目越多,設(shè)計的電路越復(fù)雜。狀態(tài)化簡,消去多余的狀態(tài),求出最小化的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。( 3)狀態(tài)編碼對簡化后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表中每一個狀態(tài)用一個二進制代碼來表示,即進行狀態(tài)編碼,也叫做狀態(tài)分配。狀態(tài)編碼的方案不同,所得到的電路結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜程度不同,狀態(tài)
10、編碼應(yīng)當(dāng)以有利于觸發(fā)器驅(qū)動方程的簡化為原則。( 4)選擇觸發(fā)器選擇不同類型的觸發(fā)器,設(shè)計出的電路不同。利用編碼后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,根據(jù)選定觸發(fā)器的類型,求驅(qū)動方程和輸出方程。( 5)畫邏輯電路圖( 6)畫全狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖全狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖指的是包含觸發(fā)器所有狀態(tài)組合的轉(zhuǎn)換圖。檢查電路是否符合設(shè)計要求,符合要求,則設(shè)計完畢。否則,需修改設(shè)計。(五)異步時序電路同步時序電路中有統(tǒng)一的時鐘信號,異步時序電路沒有統(tǒng)一的時鐘信號。因此, 異步時序電路的分析與設(shè)計與同步時序電路有所不同。1. 異步時序電路的分析(1)分析電路,列寫各觸發(fā)器的驅(qū)動方程和時鐘方程;(2)根據(jù)觸發(fā)器的特征方程,求出電路的狀態(tài)方程;(3)求狀態(tài)
11、轉(zhuǎn)換表;求解狀態(tài)轉(zhuǎn)換表時,首先分析觸發(fā)器有無時鐘信號,在有時鐘信號的前提下,再計算狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。(4)確定電路的邏輯功能。2. 異步時序電路的設(shè)計(1)根據(jù)設(shè)計要求,確定狀態(tài)數(shù)目、選擇狀態(tài)編碼,列寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。2)確定觸發(fā)器類型,選擇每個觸發(fā)器的時鐘信號,求時鐘方程、驅(qū)動方程和輸出方程;( 3)畫出邏輯電路圖或波形圖。二、重點與難點重點:1. 觸發(fā)器的特點及分析在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中,觸發(fā)器是一個重要的元件,因為它是組成各種時序電路的基本單元,也是分析設(shè)計時序電路的基礎(chǔ)。2. 觸發(fā)器邏輯功能的分類及其優(yōu)缺點按照邏輯功能的不同,觸發(fā)器分為RS、 JK、 D 觸發(fā)器等,通過分析各類觸發(fā)器的優(yōu)缺點,深入了解
12、、掌握并靈活應(yīng)用各類觸發(fā)器。3. 觸發(fā)器功能描述要求能用特征表、激勵表、特征方程及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖描述和分析觸發(fā)器的功能。分析邊沿結(jié)構(gòu)觸發(fā)器和主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu),掌握各種觸發(fā)器的邏輯功能。4. 時序邏輯電路的概念時序邏輯電路的次態(tài)由電路的輸入信號和電路的初態(tài)共同決定。同組合邏輯電路相比,時序邏輯電路的電路結(jié)構(gòu)、邏輯功能以及描述方法的不同。5. 同步時序電路的設(shè)計時序邏輯電路在數(shù)字系統(tǒng)中起著非常重要的作用,熟練地設(shè)計出符合要求的電路,是數(shù)字電子技術(shù)學(xué)習(xí)的目標(biāo)之一?,F(xiàn)代電子系統(tǒng)的集成度越來越高,功能越來越強,系統(tǒng)設(shè)計者必須具有同步時序電路設(shè)計的基礎(chǔ)。6. 異步時序電路的分析分析電路的能力是數(shù)字電子
13、技術(shù)課程學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容之一,無論是同步時序電路,還是異步時序電路,分析方法是靈活的,可以按照分析步驟一步一步進行,也可根據(jù)實際情況省去其中的一步或幾步。難點:1. 正確理解觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)及邏輯功能電路結(jié)構(gòu)以維持阻塞和主從結(jié)構(gòu)為代表,邏輯功能以D 和 JK 觸發(fā)器為代表。2. 根據(jù)輸入波形畫觸發(fā)器的輸出波形觸發(fā)器輸出波形分析時應(yīng)注意以下幾個問題。( 1)異步置位信號和異步復(fù)位信號由于異步信號不受其他信號的約束,因此分析輸出波形時應(yīng)特別注意。這些信號多為低有效,但是不排除高有效的置位和復(fù)位信號,在少數(shù)情況下,有同步置位和同步復(fù)位信號。( 2)時鐘信號(CP)時鐘信號有上升沿有效,也有下降沿有效,
14、應(yīng)注意電路符號的標(biāo)識。( 3)觸發(fā)器的激勵信號確定異步信號無效、時鐘邊沿有效后,才能根據(jù)給定觸發(fā)器的邏輯功能確定輸出波形。3. 同步時序電路的分析與設(shè)計方法這里介紹的同步時序電路的分析與設(shè)計方法不僅適合于中、小規(guī)模集成電路,同時也是今后進一步深入學(xué)習(xí)大規(guī)模集成電路和復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)。4. 異步時序電路的分析與設(shè)計異步時序電路的分析與設(shè)計雖然不是課程的重點,但是還是應(yīng)該建立異步時序電路的分析與設(shè)計的概念,全面了解時序電路。三、考核題型與考核重點1 .概念與簡答題型1為填空、判斷和選擇;題型2為敘述基本概念與特點。建議分配白勺分?jǐn)?shù)為 36分。2 .分析與設(shè)計題型1為根據(jù)組合和時序混合的綜合電路,
15、分析得出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時序圖, 描述其功能;題型2為根據(jù)給定的邏輯功能,設(shè)計出符合要求的時序電路。建議分配的分?jǐn)?shù)為 812分。第二節(jié)典型題解例題4.1由兩個與非門組成的基本RS觸發(fā)器電路如例題 4.1圖(a)所示,已知輸入信4.1圖(b)所示,試給出該觸發(fā)器的特征方程并畫出觸發(fā)器Q、Q端波形。號波形如例題Rd解:基本RdSdSd54321RS觸發(fā)器的特征方程為(b)例題4.1CPQn1SdRDQnRd Sd 1根據(jù)特征方程或特特性表、輸入信號波形,畫觸發(fā)器 Q、Q端波形如例題4.1圖(c)所示。在畫波形的過程中,特別要注意的是,當(dāng)Sd、Rd同時為低電平時, Q同時變?yōu)?,如果Sd、Rd同時由 1
16、, Q及Q的狀態(tài)無法確定。在其他。變成Sd、Rd的取值情況下,Q和Q互為反狀態(tài)。例題4.2 JK觸發(fā)器的輸入波形如例題4.2圖(a)所示,分別畫出主從 JK觸發(fā)器 和負(fù)邊沿JK觸發(fā)器輸出Q端波形,初態(tài) 為1。KuCPjK主從型Q負(fù)邊沿型Q解:主從JK觸發(fā)器和邊沿JK觸發(fā)器的區(qū)別在于此在CP=1期間,J、K信號有改變時,主從 JK觸發(fā)器有一次變化問題。前者有一次變化哪B.21有。因)茬 CP=1期間,J、Q端波形,分析結(jié)果K信號沒有改變的情況下,則利用觸發(fā)器的特征方程分析觸發(fā)器輸出 如習(xí)題4.2圖(b)所示。例題4.3已知維持阻塞D觸發(fā)器組成的電路如例題4.3圖(a)所示,電路輸入波形如例題4.
17、3圖(b)所示,試畫出觸發(fā)器輸出端Qi和Q2的波形,設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為0。FF1FF2CPi r-CCP2CPiCP21D>Ci RQiQia-id>Ci RQ2Q2CPi, _CP2I r 11 1 1 1 1I IJII11QiQ2(b)(c)例題4.3圖解:該電路的波形分析應(yīng)注意以下幾個方面的問題。(i)兩個觸發(fā)器的時鐘分別由兩個不同的時鐘信號控制, 轉(zhuǎn),Qi、Q2分別在CPi和CP2的上升沿翻轉(zhuǎn)。(2)觸發(fā)器FFi的異步清零端 R端與另一觸發(fā)器的 清零。因此兩個觸發(fā)器不是同時翻Q2相連,因此,當(dāng) Q2=1時,Qi(3)觸發(fā)器FFi接成計數(shù)狀態(tài),Di Qi,觸發(fā)器FF2受Qi控
18、制,D2= Qi。Qi和Q2的波形如習(xí)題4.3圖(c)所示。例題4.4數(shù)字系統(tǒng)中常需要一種被稱為單脈沖發(fā)生器的裝置,習(xí)題4.4圖(a) 是一一個用JK觸發(fā)器組成的單脈沖發(fā)生器,用按鈕S控制脈沖信號的產(chǎn)生。試分析該電路的功能,若輸入信號波形如習(xí)題4.4圖(b)所示,畫出Qi、Q2波形。CP I I I; ,1.11.CPJVWWTLTLJILHhLQiQ2(c)SI I(b)例題4.4圖解:(i)未按按鈕時,按鈕 S在i位置。此時,Ji=0、Ki=i, Qi=0; R2 0, Q2=0, 不產(chǎn)生單脈沖。(2)按動按鈕時,按鈕 S在2位置。Ji=1、K1=1, Q1 翻轉(zhuǎn),Q1 由 0 變?yōu)?1,
19、 Q1 有Ji=1、Ki=1 , Qi繼續(xù)翻轉(zhuǎn),Qi由1變?yōu)?,在第一個時鐘信號 上升沿,Q2不會改變, 在第二個時鐘信號CP的下降沿作用下,Q2=0oCP的下降沿作用下,Qi有下降沿,由于J2=1、K2=1 , Q2 改變,由。變?yōu)?。又由于Q2與R1相連,當(dāng)Q2由。變例題4.5圖L為1時,在Q2端產(chǎn)生一個清零信號,使 Q1清零不再改變。結(jié)論:每按動一次按鈕,在 Q1端就會產(chǎn)生一個單脈沖,脈沖寬度與CP時鐘信號周期相同。Q1、Q2波形如習(xí)題4.4圖(c)所示。例題4.5試分析例題4.5圖所示電路,求電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,說明電路的功能。解:(1)寫出電路的驅(qū)動方程和輸出方程J D1D2K D1D
20、2L D1D2Q D1D2Q D1D2Q DRQ(2)根據(jù)觸發(fā)器的特性方程求電路的狀態(tài)方程Qn 1 D1D2Q DE Q(3)根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程計算得到電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如例題4.5表所示。例題4.5表輸入初態(tài)次態(tài)輸出D1D2QnQn+1Looooooo1o1o1oo1o111o1ooo11o11o11o1o11111(4)結(jié)論:如果將輸入信號 D1、D2看作是兩個加數(shù),將 Qn看作是低位來的進位位,Qn+1看作是進位位輸出,L看作是和,則該電路可以看作是一個串行進位的加法器電路。實 現(xiàn)加法運算時,由低位向高位逐次輸入, 進位信號由觸發(fā)器保存,留給高一位加法運算時使用。例題4.6試分析例題4
21、.6圖(a)所示電路,畫出電路的全狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,說明電路的功 能。解:該電路是異步時序電路,要列寫時鐘方程,分析時應(yīng)注意時鐘信號成立的條件下, 再計算狀態(tài)的變化。(1)寫出電路的驅(qū)動方程和時鐘方程Jo Q2Ko 1CPo CPJ1 1K1 1 ;CP1 QoJ2 Q1Q0 K2 1CP2 CPQoQ1Q2J 0Q2Ko1CPoCPJ11K11 ;CP1QoJ 2Q1Q0K21CP2CP(2)根據(jù)觸發(fā)器的特性方程求電路的狀態(tài)方程Qon 1Q2Q0Qin 1QiQ2n 1Q1Q0Q24.6表所不,回出(3)根據(jù)狀態(tài)方程和時鐘方程計算得到電路的全狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如例題狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如例題 4.6圖(b)所示。例
22、題4.6表時鐘初態(tài)次態(tài)CPQ2nQ1nQsQ2n+1Q1n+1Qs+110000012001010301001140111005100000110101011100101111000(4)結(jié)論:該電路是一個能自啟動的五進制異步計數(shù)器。例題4.7試用下降沿JK觸發(fā)器,設(shè)計一個 3位同步二進制加法計數(shù)器。解:根據(jù)題意,列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,再根據(jù)JK觸發(fā)器的激勵表如例題 4.7表(a)所示,填寫各觸發(fā)器JK信號的取值,如例題 4.7表(b)所示。例題4.7表(a)QnQn+1JK000x011x10x111x0例題4.7表(b)初態(tài)次態(tài)驅(qū)動信號Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1 n+1Q0n+1J2K2J
23、1K1J0K00000010x 0X1X0010100X 1XX10100110XX01X0111001XX 1X 1100101X00X1X101110X01XX1110111X0X01X111000X1X1X14.7圖(a)所示。Q1QiQ1Q1- QQ20010XXXX01J20001111001XX01XX01Ji000111101XXX1XXX01Jo00011110Q1 Q0 Q2%0XXXX0XX10100101XX10K2K100001111000011110Q1 Q0 Q2 .X11XX11X0100011110K。(a)根據(jù)例題4.7表(b),作出各激勵信號的卡諾圖如例題(
24、b)例題4.7圖Q1100X1X0101D2Q0Q2 . 00011110(a)Q1001X0X11Q0Q2 、 00011110D0由卡諾圖求該電路的驅(qū)動方程如下J2K2Q1Q0J1K1Q0J0K01根據(jù)觸發(fā)器的驅(qū)動方程畫出邏輯圖如例題4.7圖(b)所示。例題4.8試用D觸發(fā)器設(shè)計一個按下列規(guī)律進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的同步計數(shù)器:Q2Q1Q0=0,4,6, 7, 3, 1,再返回到0,畫出邏輯圖和波形圖。解:根據(jù)題意,列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,再根據(jù)D觸發(fā)器的激勵表,填寫各觸發(fā)器D信號的取值,如例題4.8表所示。例題4.8表初態(tài)次態(tài)驅(qū)動信號Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1D2D1D0000100
25、100100110110110111111111011011011001001001000000根據(jù)例題4.8表,作出各激勵信號的卡諾圖如例題4.8圖(a)所示。-1DFF1L>C1Q11DFF0L> C1由卡諾圖求該電路的驅(qū)動方程如下D2 QoDi Q2Do Qi根據(jù)觸發(fā)器的驅(qū)動方程畫出邏輯圖如例題4.8圖(b)所示。第三節(jié)題解自我檢測題解題4.1答:具有兩個穩(wěn)定狀態(tài),能夠存儲一位二值信息的基本單元叫觸發(fā)器。題4.2答:觸發(fā)器有 2個穩(wěn)定狀態(tài),它可記錄1位二進制代碼。若要存儲 8位二進制信息需要 8 個觸發(fā)器。題4.3答:下列觸發(fā)器中對輸入信號沒有約束條件的是其。(A)基本RS觸
26、發(fā)器;(B)主從RS觸發(fā)器;(C)主從JK觸發(fā)器;(D)邊沿D觸發(fā)器。題4.4答:或非門構(gòu)成的基本 RS觸發(fā)器,若要使觸發(fā)器保持原態(tài),則輸入信號為:A O(A) R=S=0;(B) R=S =1 ;(C) R=0, S=1 ;(D) R=1 , S=0。題4.5答:對于JK觸發(fā)器,如果令J=K,則JK觸發(fā)器可以完成 T 觸發(fā)器的邏輯功能; 若另J K ,則可完成 D 觸發(fā)器的邏輯功能。題4.6答:主從JK觸發(fā)器電路狀態(tài)變化通常發(fā)生在 _B_。(A) CP上升沿;(B) CP下降沿;(C)在 CP=1 時;(D)在 CP=0 時。題4.7答:維才I阻塞 D觸發(fā)器是 A O(A) CP上升沿觸發(fā);
27、(B) CP下降沿觸發(fā);(C)在CP=1時觸發(fā);(D)在CP=0時觸發(fā)。題4.8答:X于D觸發(fā)器,如果令D Q,則D觸發(fā)器可以完成 計數(shù)觸發(fā)器的邏輯 功能。題4.9答:寫出JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、RS觸發(fā)器的特征方程。JK觸發(fā)器特征方程:Qn 1 JQn KQnD觸發(fā)器特征方程: Qn 1 DT觸發(fā)器特征方程:Qn 1 TQn TQnRS觸發(fā)器特征方程:Qn 1 jQn KQnSR 0題4.10答:邊沿觸發(fā)器與主從觸發(fā)器相比,解決了 抗干擾 問題。題4.11答:時序邏輯電路一般由存儲電路 和 組合電路 兩部分組成。題4.12答:時序邏輯電路可以分為異步時序邏輯電路 和 同步時序邏輯電路
28、 兩大類。題4.13答:全面描述一個時序電路的邏輯功能有三個方程組,分別是輸出方程、驅(qū)動方程和狀態(tài)方程。題4.14答:有四個JK觸發(fā)器,R和S無效,J和K接高電平,第一個 JK觸發(fā)器的時 鐘接在外加時鐘信號,其輸出Q端作為第二個JK觸發(fā)器的時鐘,第二個的輸出Q端作為第三個JK觸發(fā)器的時鐘,第三個的輸出Q端作為第四個JK觸發(fā)器的時鐘,且每個 JK觸發(fā)器時鐘為低電平有效,問電路完成什么功能?加法計數(shù)器。若每個JK觸發(fā)器時鐘為高電平有效,問電路又完成什么功能?減法計數(shù)器。題4.15答:指出下列哪種電路結(jié)構(gòu)類型的觸發(fā)器能構(gòu)成移位寄存器,哪些不能構(gòu)成移 位寄存器。如果能夠,請在()內(nèi)畫,否則畫X。(A)
29、基本RS觸發(fā)器(X) ;(B)同步RS觸發(fā)器(X) ;(C)主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器(,);(D)維持阻塞觸發(fā)器(,);(E)用CMOS傳輸門組成的邊沿觸發(fā)器(,)。題4.16答:同步計數(shù)器和異步計數(shù)器比較,同步計數(shù)器的顯著優(yōu)點是A。(A)工作速度高;(B)觸發(fā)器利用率高;(C)電路簡單;(D)不受CP時鐘控制。思考題題解題4.1與非門構(gòu)成的基本 RS觸發(fā)器,在什么情況下,觸發(fā)器出現(xiàn)不定狀態(tài)?答:與非門構(gòu)成的基本 RS觸發(fā)器,在Rd Sd 0的情況下,觸發(fā)器出現(xiàn)不定狀態(tài)。題4.2下降沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器,相對于時鐘信號而言輸入激勵信號在什么時刻前加入,輸出信號能獲得穩(wěn)定的輸出?答:下降沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器,
30、相對于時鐘信號CP而言輸入激勵信號在 CP上升沿到來之前加入,且一直保持到 CP下降沿到來之后,輸出信號才能獲得穩(wěn)定的輸出。題4.3邊沿觸發(fā)器與主從觸發(fā)器比較,具有哪些主要優(yōu)點?答:邊沿觸發(fā)器與主從觸發(fā)器比較,具有較強的抗干擾能力, 可靠性高。邊沿觸發(fā)器只要求激勵信號在時鐘觸發(fā)邊沿的前后幾個延遲時間內(nèi)保持不變,觸發(fā)器就可以穩(wěn)定地工作。題4.4如果按照電路結(jié)構(gòu)分類,觸發(fā)器可以分為哪幾類?答:如果按照電路結(jié)構(gòu)分類,觸發(fā)器可以分為基本RS、同步RS主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等幾類。題4.5為什么RS觸發(fā)器具有約束條件?答:因為當(dāng)RS觸發(fā)器的激勵信號同時從有效變?yōu)闊o效時,觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定,所以對RS觸
31、發(fā)器提出了不能使用的約束條件。題4.6如何利用JK觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器?答:令JK觸發(fā)器激勵信號J=K, JK觸發(fā)器可以完成 T觸發(fā)器的邏輯功能。題4.7如何利用D觸發(fā)器構(gòu)成JK觸發(fā)器?答:令D觸發(fā)器的激勵信號 D JQn KQn, D觸發(fā)器可以完成JK觸發(fā)器的邏輯功能。題4.8觸發(fā)器邏輯功能的描述方法有哪幾種?答:觸發(fā)器邏輯功能的描述方法有特征表、特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和激勵表等。題 4.9 時序邏輯電路與組合邏輯電路的主要區(qū)別是什么?答: 時序邏輯電路具有記憶功能,能保存電路原來的輸入狀態(tài);而組合邏輯電路不能記憶電路原來的輸入狀態(tài)。題 4.10 同步時序邏輯電路與異步時序邏輯電路的主要區(qū)別是什
32、么?答: 同步時序電路是在同一個時鐘脈沖作用下,所有觸發(fā)器的狀態(tài)同時發(fā)生變化;而異步時序電路沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖,觸發(fā)器的狀態(tài)變化有先有后。題 4.11 描述時序電路邏輯功能的方法有哪幾種?它們之間有何種關(guān)系?答: 描述時序電路邏輯功能的方法有狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和時序圖等,它們之間可以互相轉(zhuǎn)換。題 4.12 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是如何構(gòu)成的?答: 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表用表格的方式表示輸入與狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系。用圖形方式表示輸入與狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系,即狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,簡稱狀態(tài)圖。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表由幾列數(shù)據(jù)組成:輸入信號、現(xiàn)態(tài)、 次態(tài)和輸出。首先將觸發(fā)器的輸入以及現(xiàn)態(tài)的全部組合列入表內(nèi),再將輸入和現(xiàn)態(tài)的取值代入狀
33、態(tài)方程,求出觸發(fā)器的次態(tài);帶入輸出方程,求時序電路的輸出,將次態(tài)與輸出填入表內(nèi)構(gòu)成狀態(tài)表。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖由以下方法構(gòu)成:圓圈內(nèi)填寫狀態(tài)的具體取值,狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向用帶箭頭的弧線表示,箭尾表示初態(tài),箭頭指向次態(tài),弧線旁注明狀態(tài)轉(zhuǎn)換時輸入信號的要求,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可以更加形象地描述時序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。題 4.13 時序邏輯電路的分析步驟大致分為哪幾步?答:同步時序電路的分析步驟大致分為:1. 根據(jù)給定的同步時序電路列寫輸出方程、各觸發(fā)器的驅(qū)動方程。2. 將觸發(fā)器的驅(qū)動方程代入對應(yīng)觸發(fā)器的特征方程,求時序電路的狀態(tài)方程。3. 根據(jù)時序電路的輸出方程和狀態(tài)方程,計算時序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時序圖。描述時序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方式可以是這三種形式中的任何一種。4. 根據(jù)上述分析結(jié)果,用文字描述給定同步時序電路的邏輯功能。題 4.14 異步時序電路與同步時序電路比較,分析方法有哪些不同?答: 同步時序電路有統(tǒng)一的時鐘信號,在時鐘脈沖作用下電路中所有觸發(fā)器狀態(tài)同時改變, 因此觸發(fā)器的次態(tài)由激勵信號和現(xiàn)態(tài)決
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