第五-六章時(shí)序邏輯電路

1、LOGO數(shù)數(shù) 字字 邏邏 輯輯河南大學(xué)軟件學(xué)院河南大學(xué)軟件學(xué)院主講人：胡主講人：胡 萍萍第第5章同步時(shí)序邏輯電路章同步時(shí)序邏輯電路本本 章章 要要 點(diǎn)點(diǎn)v掌握時(shí)序邏輯電路的描述方法；掌握時(shí)序邏輯電路的描述方法；v掌握掌握同步時(shí)序同步時(shí)序邏輯電路的分析方法；邏輯電路的分析方法；v了解同步（異步）時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。了解同步（異步）時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。1.1 HTML簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介5.1 時(shí)序邏輯電路的概述時(shí)序邏輯電路的概述5.1.1 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)v時(shí)序邏輯電路定義時(shí)序邏輯電路定義若邏輯電路在任何時(shí)刻產(chǎn)生的穩(wěn)定輸出信號(hào)不僅與電路若邏輯電路在任何時(shí)刻產(chǎn)生的穩(wěn)定輸出信號(hào)不僅與

2、電路該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，還與電路過(guò)去的輸入信號(hào)有關(guān)，該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，還與電路過(guò)去的輸入信號(hào)有關(guān)，則稱為則稱為時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路。5.1.1 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)v時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu)時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu)X1XnZ1Zmy1ysY1Yr現(xiàn)態(tài)：現(xiàn)態(tài)：yn 次次態(tài)：態(tài)： yn+15.1.1 分析方法概述分析方法概述v時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)1.電路由組合電路和存儲(chǔ)電路組成，具有對(duì)過(guò)去輸入進(jìn)電路由組合電路和存儲(chǔ)電路組成，具有對(duì)過(guò)去輸入進(jìn)行記憶的功能行記憶的功能2.電路中包含反饋回路，通過(guò)反饋使電路功能與電路中包含反饋回路，通過(guò)反饋使電路功能與“時(shí)序時(shí)序”相關(guān)相關(guān)3.電

3、路的輸出由電路當(dāng)時(shí)的輸入和電路的狀態(tài)（對(duì)過(guò)去電路的輸出由電路當(dāng)時(shí)的輸入和電路的狀態(tài)（對(duì)過(guò)去輸入的記憶）共同決定。輸入的記憶）共同決定。5. 1 .2時(shí)序邏輯電路的分類時(shí)序邏輯電路的分類v按電路的工作方式分類按電路的工作方式分類1.同步時(shí)序邏輯電路同步時(shí)序邏輯電路電路中有統(tǒng)一的定時(shí)信號(hào)，存儲(chǔ)器件采用時(shí)鐘控制觸發(fā)器，電路狀態(tài)在時(shí)鐘脈沖控制下同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換，即電路狀態(tài)的改變依賴于輸入信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)。5. 1 .2時(shí)序邏輯電路的分類時(shí)序邏輯電路的分類v按電路的工作方式分類按電路的工作方式分類2.異步時(shí)序邏輯電路異步時(shí)序邏輯電路電路中沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)同步，電路輸入信號(hào)的變化將直接導(dǎo)致電路狀態(tài)的變化。

4、5. 1 .2時(shí)序邏輯電路的分類時(shí)序邏輯電路的分類v按電路輸出對(duì)輸入的依從關(guān)系分類按電路輸出對(duì)輸入的依從關(guān)系分類1. Mealy型型若時(shí)序邏輯電路的輸出是電路輸入和電路狀態(tài)的函數(shù)，則稱為Mealy型時(shí)序邏輯電路。根據(jù)電路的輸出是否與輸入直接相關(guān)，時(shí)序邏輯電路可以分為Mealy型和Moore型兩種不同的 模型。5. 1 .2時(shí)序邏輯電路的分類時(shí)序邏輯電路的分類v按電路輸出對(duì)輸入的依從關(guān)系分類按電路輸出對(duì)輸入的依從關(guān)系分類2. Moore型電路型電路若時(shí)序邏輯電路的輸出僅僅是電路狀態(tài)的函數(shù)，則稱為Moore型時(shí)序邏輯電路。5. 1 .3同步時(shí)序邏輯電路的描述方法同步時(shí)序邏輯電路的描述方法v邏輯函數(shù)

5、表達(dá)式邏輯函數(shù)表達(dá)式同步時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)和功能，可用三組邏輯函數(shù)表達(dá)式同步時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)和功能，可用三組邏輯函數(shù)表達(dá)式描述。描述。1輸出函數(shù)表達(dá)式：輸出函數(shù)表達(dá)式：是一組反映電路輸出是一組反映電路輸出Z與輸入與輸入x和和狀態(tài)狀態(tài)y之間關(guān)系的表達(dá)式。之間關(guān)系的表達(dá)式。Zi = fi(x1，xn ,y1,，ys)i=1,2,m（Mealy型電路型電路)Zi = fi(y1，ys)i=1,2,m（Moore型電路）型電路）5. 1 .3同步時(shí)序邏輯電路的描述方法同步時(shí)序邏輯電路的描述方法v邏輯函數(shù)表達(dá)式邏輯函數(shù)表達(dá)式2激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式：激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式：激勵(lì)函數(shù)又稱為控制函數(shù)，它反映激勵(lì)函數(shù)又稱為控制函數(shù)

6、，它反映了存儲(chǔ)電路的輸入了存儲(chǔ)電路的輸入Y與外部輸入與外部輸入x和電路狀和電路狀 態(tài)態(tài)y之間的關(guān)之間的關(guān)系。系。 Yj = gj(x1，xn,y1,，ys)j =1,2,r5. 1 .3同步時(shí)序邏輯電路的描述方法同步時(shí)序邏輯電路的描述方法v邏輯函數(shù)表達(dá)式邏輯函數(shù)表達(dá)式3次態(tài)函數(shù)表達(dá)式：次態(tài)函數(shù)表達(dá)式：次態(tài)函數(shù)用來(lái)反映同步時(shí)序電路的次態(tài)函數(shù)用來(lái)反映同步時(shí)序電路的次態(tài)次態(tài)y(n+1)與激勵(lì)函數(shù)與激勵(lì)函數(shù)Y和電路現(xiàn)態(tài)和電路現(xiàn)態(tài)y之間的關(guān)系，它與觸之間的關(guān)系，它與觸發(fā)器類型相關(guān)。發(fā)器類型相關(guān)。 y ln+1 = kl(Yj，yl)j=1,2,r ；l =1,2 ,，s5. 1 .3同步時(shí)序邏輯電路的描

7、述方法同步時(shí)序邏輯電路的描述方法v狀態(tài)圖狀態(tài)圖是一種反映同步時(shí)序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸是一種反映同步時(shí)序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出取值關(guān)系的有向圖。出取值關(guān)系的有向圖。v Mealy型電路狀態(tài)圖的形式如圖型電路狀態(tài)圖的形式如圖(a)所示，所示，Moore型電型電路狀態(tài)圖的形式如圖路狀態(tài)圖的形式如圖(b) 所示所示x/zx1.1 HTML簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介5.2 同步時(shí)序邏輯電路分析同步時(shí)序邏輯電路分析5.2.1分析的方法和步驟分析的方法和步驟v同步時(shí)序邏輯電路分析同步時(shí)序邏輯電路分析常用方法有常用方法有表格法表格法和和代數(shù)法。代數(shù)法。 一、表格分析法的一般步驟一、表格分析法的一般步驟 1寫(xiě)

8、出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式。寫(xiě)出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式。2借助觸發(fā)器功能表列出電路次態(tài)真值表。借助觸發(fā)器功能表列出電路次態(tài)真值表。3作出狀態(tài)圖。作出狀態(tài)圖。4歸納出電路的邏輯功能。歸納出電路的邏輯功能。5.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例例例1.用表格法分析下圖所示同步時(shí)序邏輯電路。用表格法分析下圖所示同步時(shí)序邏輯電路。5.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例解解該電路的輸出即電路的狀態(tài)變量，因此，該電該電路的輸出即電路的狀態(tài)變量，因此，該電路屬于路屬于Moore型電路的特例。型電路的特例。5.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例 （1）寫(xiě)出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式）寫(xiě)

9、出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式122111yxKJKJ 電路中各觸發(fā)器的激勵(lì)函數(shù)為：電路中各觸發(fā)器的激勵(lì)函數(shù)為：5.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例 （2）根據(jù)激勵(lì)函數(shù)，列出電路次態(tài)真值表）根據(jù)激勵(lì)函數(shù)，列出電路次態(tài)真值表122111yxKJKJCP5.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例 （3）作出狀態(tài)圖）作出狀態(tài)圖00X=0011110X=0X=0X=011115.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例 （4）描述電路的邏輯功能。）描述電路的邏輯功能。由狀態(tài)圖可知，該電路是一個(gè)2 位二進(jìn)制數(shù)可逆計(jì)數(shù)器。位二進(jìn)制數(shù)可逆計(jì)數(shù)器。當(dāng)輸入當(dāng)輸入x=0 時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行加時(shí)，可逆計(jì)

10、數(shù)器進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)序列為計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)序列為0001 10 11當(dāng)輸入當(dāng)輸入x=1時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行減時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)序列為計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)序列為0001 10 115.2.1分析的方法和步驟分析的方法和步驟v同步時(shí)序邏輯電路分析同步時(shí)序邏輯電路分析常用方法有常用方法有表格法表格法和和代數(shù)法。代數(shù)法。 二、代數(shù)分析法的一般步驟二、代數(shù)分析法的一般步驟 1寫(xiě)出輸出函數(shù)表達(dá)式和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式。寫(xiě)出輸出函數(shù)表達(dá)式和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式。2把激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式代入觸發(fā)器的次態(tài)方程，導(dǎo)出電把激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式代入觸發(fā)器的次態(tài)方程，導(dǎo)出電路的次態(tài)方程組。路的次態(tài)方程組。3作出狀態(tài)圖。作出狀態(tài)圖。4歸納

11、出電路的邏輯功能。歸納出電路的邏輯功能。 例例2 用代數(shù)法分析下圖所示時(shí)序邏輯電路的功能用代數(shù)法分析下圖所示時(shí)序邏輯電路的功能5.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例:利用代數(shù)法利用代數(shù)法 （1）寫(xiě)出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式）寫(xiě)出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式電路中各觸發(fā)器的激勵(lì)函數(shù)為：電路中各觸發(fā)器的激勵(lì)函數(shù)為：1131KQJnnnQKQJ121213123KQQJnn該電路為同步時(shí)序邏輯電路。該電路為同步時(shí)序邏輯電路。電路的輸出函數(shù)為：電路的輸出函數(shù)為：nQC35.2.2 分析舉例分析舉例v分析舉例分析舉例 （2）把激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式代入觸發(fā)器的次態(tài)方程，導(dǎo)出把激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式代入觸發(fā)器的次態(tài)方

12、程，導(dǎo)出電路的次態(tài)方程組。電路的次態(tài)方程組。5.2.2 分析舉例分析舉例JK觸發(fā)器的特性方程為：觸發(fā)器的特性方程為：nnnQKQJQ1v分析舉例分析舉例 （2）把激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式代入觸發(fā)器的次態(tài)方程，導(dǎo)出把激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式代入觸發(fā)器的次態(tài)方程，導(dǎo)出電路的次態(tài)方程組。電路的次態(tài)方程組。5.2.2 分析舉例分析舉例nnnnnQQQKQJQ13111111nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ212121222212nnnnnnQQQQKQJQ321333313v分析舉例分析舉例 （3）作出狀態(tài)圖）作出狀態(tài)圖5.2.2 分析舉例分析舉例nnnQQQ123C00000010010001101001101

13、110111111nnnQQQ1311nnnQQQ2112nnnnQQQQ32113v分析舉例分析舉例 （4）描述電路的邏輯功能。）描述電路的邏輯功能。由狀態(tài)圖可知，該電路是一個(gè)5進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。每個(gè)時(shí)鐘的下降沿，觸發(fā)器的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)加1.5.2.2 分析舉例分析舉例1.1 HTML簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介6.2 異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析6.2.2異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析v異步時(shí)序邏輯電路異步時(shí)序邏輯電路v異步時(shí)序邏輯電路分析步驟異步時(shí)序邏輯電路分析步驟(4) 用文字描述電路的邏輯功能。用文字描述電路的邏輯功能。(1) 寫(xiě)出電路的輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式；寫(xiě)出電路的輸出函

14、數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式；(2) 列出電路次態(tài)真值表或次態(tài)方程組；列出電路次態(tài)真值表或次態(tài)方程組；(3) 作出狀態(tài)圖；作出狀態(tài)圖；6.2.2異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析v分析舉例分析舉例例例1.分析下圖所示脈沖異步時(shí)序邏輯電路，指出該電路分析下圖所示脈沖異步時(shí)序邏輯電路，指出該電路功能。功能。&6.2.2異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析v分析舉例分析舉例解解該電路由兩個(gè)該電路由兩個(gè)J-K觸發(fā)器和一個(gè)與門組成，有一觸發(fā)器和一個(gè)與門組成，有一個(gè)輸入端個(gè)輸入端x和一個(gè)輸出端和一個(gè)輸出端Z，輸出是輸入和狀態(tài)的函數(shù)，輸出是輸入和狀態(tài)的函數(shù)，屬于屬于Mealy型脈沖異步時(shí)序電路。型脈

15、沖異步時(shí)序電路。6.2.2 異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析 （1）寫(xiě)出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式寫(xiě)出輸出函數(shù)和激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式12y xyZ 12221 y, C KJ x, C KJ11116.2.2異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析 （2）列出電路次態(tài)真值表（列出電路次態(tài)真值表（x=0表示無(wú)下降沿）表示無(wú)下降沿）000001010011010111111010010101106.2.2 異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析 （3）作出狀態(tài)圖作出狀態(tài)圖根據(jù)次態(tài)真值表和輸出函數(shù)表達(dá)式（Z = xy2y1），可作出該電路的狀態(tài)表和狀態(tài)圖如下。0/000011110X/Z0/00/00/01/01/01/01/16.2.2 異步時(shí)序邏輯電路的分析異步時(shí)序邏輯電路的分析v分析舉例分析舉例 （4）說(shuō)明電路邏輯功能。說(shuō)明電路邏輯功能。由狀態(tài)圖可知，該電路是一個(gè)由狀態(tài)圖可知，該電路是一個(gè)模模4加加1計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器，當(dāng)收到當(dāng)收到第四個(gè)輸入脈沖時(shí)，電路產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出脈沖。第四個(gè)