s10時(shí)序邏輯電路

1、第10章 時(shí)序邏輯電路授課教師：季順寧第第1010章章 時(shí)序邏輯電時(shí)序邏輯電路路 10.1 觸發(fā)器觸發(fā)器 10.2 時(shí)序邏輯電路的一般分析方法時(shí)序邏輯電路的一般分析方法10.3 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法10.4 寄存器寄存器10.5 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器10.6 555定時(shí)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.1.1 觸發(fā)器的基本概念觸發(fā)器的基本概念1、觸發(fā)器的特點(diǎn)、觸發(fā)器的特點(diǎn) ( (1) )有兩個(gè)有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)( (簡稱穩(wěn)態(tài)簡稱穩(wěn)態(tài)) )，正好用來表示邏輯正好用來表示邏輯 0 和和 1。( (2) )在輸入信號(hào)作用下，觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換在輸入信號(hào)

2、作用下，觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換( (稱為狀態(tài)稱為狀態(tài)的的翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)) )。 (3) 輸入信號(hào)消失后，新狀態(tài)可長期保持下來，因此具有輸入信號(hào)消失后，新狀態(tài)可長期保持下來，因此具有記憶功能記憶功能，可存儲(chǔ)二進(jìn)制信息。可存儲(chǔ)二進(jìn)制信息。 一個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)一個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ) 1 位二進(jìn)制數(shù)碼位二進(jìn)制數(shù)碼10.1 觸發(fā)器觸發(fā)器 2、觸發(fā)器的分類、觸發(fā)器的分類 根據(jù)邏輯功能不同分為根據(jù)邏輯功能不同分為 ： RS 觸發(fā)器、觸發(fā)器、 D 觸發(fā)器、觸發(fā)器、 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器 、T 觸發(fā)器、觸發(fā)器、T 觸發(fā)器觸發(fā)器 根據(jù)觸發(fā)方式不同分為：根據(jù)觸發(fā)方式不同分為： 根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同分為：根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同分為：基

3、本基本 RS 觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器 、邊沿觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器 電平觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器、主從觸發(fā)器電平觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器、主從觸發(fā)器 通常將能夠存儲(chǔ)通常將能夠存儲(chǔ)1位二值信號(hào)的基本單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器位二值信號(hào)的基本單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器10.1.2 基本基本 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 一一.電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號(hào)電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號(hào) 由門電路組成的，它與組合邏輯電路的根本區(qū)別在于，電路中有由門電路組成的，它與組合邏輯電路的根本區(qū)別在于，電路中有反饋線，即門電路的輸入、輸出端交叉相連。反饋線，即門電路的輸入、輸出端交叉相連。QQSDRDG1G2QQSDRDSRSDRDQ

4、QQ = 1，Q = 0 時(shí)，稱為觸發(fā)器的時(shí)，稱為觸發(fā)器的 1 狀態(tài)，記為狀態(tài)，記為 Q = 1；Q = 0，Q = 1 時(shí)，稱為觸發(fā)器的時(shí)，稱為觸發(fā)器的 0 狀態(tài)，記為狀態(tài)，記為 Q = 0。 RDSD置置0端，也稱端，也稱復(fù) 位 端復(fù) 位 端 。 R 即即 Reset 置置1端，也稱端，也稱置 位 端置 位 端 。 S 即即 Set 信號(hào)輸入端信號(hào)輸入端互補(bǔ)輸出端，正?；パa(bǔ)輸出端，正常工作時(shí)，它們的輸工作時(shí)，它們的輸出狀態(tài)相反。出狀態(tài)相反。 低電平有效低電平有效 二二. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010QQ輸輸 出出11100100RDSD 功功 能能 說說

5、明明輸輸 入入QQSDRDG1G2011 10觸發(fā)器被置觸發(fā)器被置 0二二. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQSDRDG1G211100100RDSD功功 能能 說說 明明輸輸 入入QQ輸輸 出出10011觸發(fā)器被置觸發(fā)器被置 1 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 101二二. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQSDRDG1G211100100RDSD 功功 能能 說說 明明輸輸 入入QQ輸輸 出出11 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 101 觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不不 變變&G2 門輸出門輸出QRQ DQQ 1G1 門輸出門輸出QSQ

6、 DQQ 1二二. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQSDRDG1G2 輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)不定不定( (禁用禁用) )不不 定定11100100RDSD功功 能能 說說 明明輸輸 入入QQ輸輸 出出 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 101 觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不不 變變0011輸出既非輸出既非 0 狀態(tài)，狀態(tài)，也非也非 1 狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)。當(dāng) RD 和和 SD 同時(shí)由同時(shí)由 0 變變 1 時(shí)，時(shí)，輸出狀態(tài)可能為輸出狀態(tài)可能為 0，也，也可能為可能為 1，即輸出狀態(tài)，即輸出狀態(tài)不確定。因此，這種情不確定。因此，這種情況禁用。況禁用。三三. 邏輯功能的特性表描述

7、邏輯功能的特性表描述 （）次態(tài)：次態(tài)： 現(xiàn)態(tài)：現(xiàn)態(tài)： 指觸發(fā)器在輸入信號(hào)變化前的狀態(tài)，用指觸發(fā)器在輸入信號(hào)變化前的狀態(tài)，用 Qn 表示。表示。 指觸發(fā)器在輸入信號(hào)變化后的狀態(tài)，用指觸發(fā)器在輸入信號(hào)變化后的狀態(tài)，用 Qn+1 表示。表示。 觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號(hào)和電路原有狀態(tài)之觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號(hào)和電路原有狀態(tài)之間關(guān)系的真值表。間關(guān)系的真值表。基本基本 RS 觸發(fā)器特性觸發(fā)器特性表的簡化表示表的簡化表示Qn11101010不定不定00Qn+1SDRD基本基本 RS 觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表 注意注意 置置 0 端端 和置和置 1 端端 低電平有效。低電平有效。禁用禁用 稱約束條件稱約束條件 0DD

8、SRDRDS00001觸發(fā)器觸發(fā)器狀態(tài)不定狀態(tài)不定01010100觸發(fā)器觸發(fā)器置置 000101101觸發(fā)器觸發(fā)器置置 1111110011觸發(fā)器觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變保持原狀態(tài)不變說說 明明Qn+1QnSDRD 輸輸 入入 現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài) 次態(tài)次態(tài)三三. 邏輯功能的特性表描述邏輯功能的特性表描述 （）波形分析舉例波形分析舉例解：解： 例例 設(shè)下圖中觸發(fā)器初始狀態(tài)為設(shè)下圖中觸發(fā)器初始狀態(tài)為 0，試對(duì)應(yīng)輸入波形，試對(duì)應(yīng)輸入波形 畫出畫出 Q 和和 Q 的波形。的波形。QQSDRDSRSDRD保持保持初態(tài)為初態(tài)為 0，故保持為，故保持為 0。置置 0保持保持QQ置置 1四、基本四、基本RS觸發(fā)器的時(shí)序圖觸

9、發(fā)器的時(shí)序圖(設(shè)初態(tài)為設(shè)初態(tài)為0）基本觸發(fā)器的特點(diǎn)總結(jié)：基本觸發(fā)器的特點(diǎn)總結(jié)：（1 1）有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)）有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)0 0和和1 1。（2 2）有有復(fù)位復(fù)位、置位置位、保持原狀態(tài)保持原狀態(tài)三種功能。三種功能。（3 3）R R為復(fù)位輸入端，為復(fù)位輸入端，S S為置位輸入端，可以是低電平有效，為置位輸入端，可以是低電平有效，也可以是高電平有效，取決于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。也可以是高電平有效，取決于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。（4 4）是電平直接控制的觸發(fā)器。輸入信號(hào)電平發(fā)生變化時(shí)，是電平直接控制的觸發(fā)器。輸入信號(hào)電平發(fā)生變化時(shí)，輸出狀態(tài)隨著發(fā)生變化。輸出狀態(tài)隨著發(fā)生變化。優(yōu)

10、點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。 2. 輸出受輸入信號(hào)直接控制，輸出受輸入信號(hào)直接控制，即抗干擾性較低。即抗干擾性較低。1. 有約束條件。有約束條件。 3.沒有時(shí)鐘脈沖控制。沒有時(shí)鐘脈沖控制。 10.1.3 10.1.3 同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器 基本基本RSRS觸發(fā)器的觸發(fā)方式（動(dòng)作特點(diǎn)）：觸發(fā)器的觸發(fā)方式（動(dòng)作特點(diǎn)）：邏輯電平直邏輯電平直接觸發(fā)接觸發(fā)。（由輸入信號(hào)直接控制）。（由輸入信號(hào)直接控制） 在實(shí)際工作中，要求觸發(fā)器按統(tǒng)一的節(jié)拍進(jìn)行狀態(tài)更在實(shí)際工作中，要求觸發(fā)器按統(tǒng)一的節(jié)拍進(jìn)行狀態(tài)更新。措施：新。措施： 同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器（

11、時(shí)鐘觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器）：要求只有（時(shí)鐘觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器）：要求只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)才能發(fā)生變化。而這個(gè)在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)才能發(fā)生變化。而這個(gè)同步信號(hào)叫做時(shí)鐘信號(hào)（時(shí)鐘脈沖），用同步信號(hào)叫做時(shí)鐘信號(hào)（時(shí)鐘脈沖），用CPCP表示。表示。 CPCP：控制時(shí)序電路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號(hào)，：控制時(shí)序電路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號(hào)，一般是矩形波。一般是矩形波。 同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時(shí)刻：受同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時(shí)刻：受CPCP輸入控制。輸入控制。 觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)：由觸發(fā)輸入信號(hào)決定。觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)：由觸發(fā)輸入信號(hào)決定。QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4DS

12、DR工作原理：工作原理： CP = 0 時(shí)，時(shí)，G3、G4被封鎖，輸入信號(hào)被封鎖，輸入信號(hào) R、S不起作用。基本不起作用。基本 RS 觸發(fā)觸發(fā)器的輸入均為器的輸入均為 1，觸發(fā)器，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。狀態(tài)保持不變。 CP = 1 時(shí)，時(shí)，G3、G4解除封鎖，將輸入信號(hào)解除封鎖，將輸入信號(hào) R 和和 S 取非后送至基本取非后送至基本 RS 觸發(fā)器的輸入端。觸發(fā)器的輸入端。 0111一一. 電路結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)與工作原理 基本基本 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 增加了由時(shí)鐘增加了由時(shí)鐘 CP 控制的門控制的門 G3、G4 可見，可見，CP端相當(dāng)于一個(gè)觸發(fā)器使能端，為高電平有效，即低端相當(dāng)于一個(gè)觸發(fā)器使

13、能端，為高電平有效，即低電平時(shí)保持不變，高電平時(shí)，電平時(shí)保持不變，高電平時(shí)，R、S的變化才能反映到輸出端。的變化才能反映到輸出端。QQG1G2SRG3G4CPRDSD二二. 邏輯功能與邏輯符號(hào)邏輯功能與邏輯符號(hào) RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換分別由觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換分別由R、S和和CP控制，其中，控制，其中，R、S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向；換的方向；CP控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻?？刂茽顟B(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻。 0 01觸發(fā)器觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變保持原狀態(tài)不變010101觸發(fā)器觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變保持原狀態(tài)不變0 01 01100觸發(fā)器觸發(fā)器置置 00 11 11011觸發(fā)器觸發(fā)器置置 1說說 明明Qn+1QnS RC

14、P0011111111 10 0 0 1 1 0 01觸發(fā)器觸發(fā)器狀態(tài)不定狀態(tài)不定 R、S 信號(hào)信號(hào)高電平有效高電平有效 QQ1S CI 1RSRCP RS 功能功能Qn11001110不定不定00Qn+1SRCPQQSR1SCI1RRCPS解：解： 例例 試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中 Q 端端波形（設(shè)觸發(fā)器波形（設(shè)觸發(fā)器的原狀態(tài)為的原狀態(tài)為0 0）。）。Q保持保持保持保持保持保持保保持持置置零零置置1CPSRQ有效翻轉(zhuǎn)空翻三、同步觸發(fā)器存在的問題三、同步觸發(fā)器存在的問題空翻現(xiàn)象空翻現(xiàn)象 在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期（在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期（CP=1）中，觸發(fā)器發(fā)生多次）中，觸發(fā)器發(fā)生多

15、次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻?？辗?。 RS RS觸發(fā)器觸發(fā)器: :由于在由于在CP=1CP=1期間期間，G3G3、G4G4門為門為“開門開門”，都，都能接收能接收R R、S S信號(hào)。所以，如果在信號(hào)。所以，如果在CP=1CP=1期間期間R R、S S發(fā)生多次變化，發(fā)生多次變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。則觸發(fā)器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。 為避免計(jì)數(shù)混亂，要為避免計(jì)數(shù)混亂，要求每來一個(gè)求每來一個(gè)CPCP脈沖，觸發(fā)脈沖，觸發(fā)器器只發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)只發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)。時(shí)序電路中的存儲(chǔ)器每個(gè)時(shí)序電路中的存儲(chǔ)器每個(gè)時(shí)鐘周期其輸出狀態(tài)僅變時(shí)鐘周期其輸出狀態(tài)僅變化一次！化一次！同步同步 D 觸發(fā)器觸發(fā)

16、器 （1） 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)DQQ1DDCICPCPDQn+1說明說明10101置置0置置10Qn不變不變（3）邏輯功能表）邏輯功能表 稱為稱為 D 功能功能特點(diǎn)：特點(diǎn)：Qn+1 跟隨跟隨 D 信號(hào)信號(hào)四、其他邏輯功能的觸發(fā)器四、其他邏輯功能的觸發(fā)器 （2）邏輯符號(hào)）邏輯符號(hào)QQ1S1RCICPSR解：解： 例例 試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中 Q 端端波形波形( (設(shè)觸發(fā)器設(shè)觸發(fā)器 初始狀態(tài)為初始狀態(tài)為 0) )。QQ1DDC1CPDCPQCP = 0，同步觸發(fā)器狀態(tài)不變，同步觸發(fā)器狀態(tài)不變CP = 1，同步，同步 D 觸發(fā)觸發(fā)器次態(tài)跟隨器次態(tài)跟隨 D 信號(hào)信號(hào)為了克服為了

17、克服CP=1期間輸入控制電平不許改變的限制，可采期間輸入控制電平不許改變的限制，可采用用邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)方式。方式。其特點(diǎn)是：其特點(diǎn)是：觸發(fā)器只在時(shí)鐘跳轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而在觸發(fā)器只在時(shí)鐘跳轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而在CP=1或或CP=0期間，輸入端的任何變化都不影響輸出。期間，輸入端的任何變化都不影響輸出。如果翻轉(zhuǎn)發(fā)生在上升沿就叫如果翻轉(zhuǎn)發(fā)生在上升沿就叫“上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)”或或“正邊沿觸發(fā)正邊沿觸發(fā)”。如果翻轉(zhuǎn)發(fā)生在下降沿就叫如果翻轉(zhuǎn)發(fā)生在下降沿就叫“下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)”或或“負(fù)邊沿觸發(fā)負(fù)邊沿觸發(fā)”。10.1.4 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不僅克服了空翻現(xiàn)象，而且大大提高了抗干擾能力。：不僅克服

18、了空翻現(xiàn)象，而且大大提高了抗干擾能力。邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)CQQCQQ下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)表示邊沿觸發(fā)器表示邊沿觸發(fā)器上升沿上升沿觸發(fā)觸發(fā)CP D Qn+1 0 X Qn1 Qn0 0 1 1 邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表X 1、D邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器邊沿邊沿D觸發(fā)器的邏輯符號(hào)觸發(fā)器的邏輯符號(hào)D11CDCPQQ時(shí)序圖時(shí)序圖QCPD12345例題例題1：已知：已知CP和和D的波形，試畫出的波形，試畫出Q的波形。設(shè)初態(tài)的波形。設(shè)初態(tài)Q=0。解：在波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：解：在波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1 1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在CPC

19、P的上升沿。的上升沿。（2 2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是CPCP上升沿時(shí)刻輸入端上升沿時(shí)刻輸入端D D的狀態(tài)。的狀態(tài)。 根據(jù)根據(jù)D D觸發(fā)器的功能表，可畫出輸出端觸發(fā)器的功能表，可畫出輸出端Q Q的波形圖。的波形圖。D11CDCPQQJK觸發(fā)器的功能表觸發(fā)器的功能表 JK Q n Qn+1 X00001111X00110011 Qn01001110X01010101CPX 動(dòng)作特點(diǎn)：動(dòng)作特點(diǎn)：觸發(fā)器觸發(fā)器只在時(shí)鐘跳轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生翻只在時(shí)鐘跳轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而且觸發(fā)器的下一轉(zhuǎn)，而且觸發(fā)器的下一個(gè)狀態(tài)僅由該時(shí)刻的輸個(gè)狀態(tài)僅由該時(shí)刻的輸入狀態(tài)決定。入狀態(tài)決定。邊沿邊沿JK觸發(fā)器的邏輯符

20、號(hào)觸發(fā)器的邏輯符號(hào)表示下降沿有效的邊沿觸發(fā)器表示下降沿有效的邊沿觸發(fā)器J11CJCPQQK1K2、邊沿、邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器說明說明Qn+1KJCP保持保持Qn00置置 0010翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)11置置 1101保持保持QnQn稱為稱為 JK 功能功能，即，即 JK = 00 時(shí)保持；時(shí)保持； JK = 11 時(shí)翻轉(zhuǎn)；時(shí)翻轉(zhuǎn)； J K 時(shí)時(shí) Qn+1 值與值與 J 相同。相同。時(shí)序圖時(shí)序圖CPKJQ 保持保持TJ11CJCPQQK1K10.1.5 10.1.5 觸發(fā)器的邏輯功能及其描述觸發(fā)器的邏輯功能及其描述 1 1、觸發(fā)器邏輯功能的比較、觸發(fā)器邏輯功能的比較無約束，無約束，但功能少但功能少無約束，無

21、約束，且功能強(qiáng)且功能強(qiáng)令令 J = K = T即可即可 D 功能功能1 0Qn+110D T 功能功能 QnQnQn+110T RS 功能功能不定不定01 QnQn+111011000SR JK 功能功能 Qn10 QnQn+111011000KJ有約束有約束（1） RS 觸發(fā)器觸發(fā)器000010101010101101011000111101Qn+1QnSR功功能能表表同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器Qn+1的卡諾圖的卡諾圖RSQn0100 0111 10 0 0 1 1 1 0 特性特性方程方程nnQRSQ 1RS = 0( (約束條件約束條件) )特性方程指觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號(hào)和電路原有狀態(tài)之間

22、特性方程指觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號(hào)和電路原有狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系式。的邏輯關(guān)系式。 2 2、觸發(fā)器邏輯功能的描述方法、觸發(fā)器邏輯功能的描述方法功能表功能表特性方程特性方程 特性方程特性方程Qn+1 = D001101010011Qn+1QnD 功能表功能表 00001111無約束無約束（2）D 觸發(fā)器觸發(fā)器J = 1K= JK觸發(fā)器觸發(fā)器Qn+1的卡諾圖的卡諾圖JKQn0100 0111 10 1 1 1 1 0 0 0 0nQJnQK10011111110100110001110000K010100Qn+1QnJ 功能表功能表 特性方程特性方程無約束條件無約束條件nnnQKQJQ 1（3）JK 觸

23、發(fā)器觸發(fā)器nnnnQTQTQTQ1（4 4）T T觸發(fā)器觸發(fā)器 特性方程特性方程 功能表功能表 101011110000Qn+1QnT3 3、不同邏輯功能間的相互轉(zhuǎn)換、不同邏輯功能間的相互轉(zhuǎn)換1）JK D2）JK T 令令J=D, K= D由由Qn+1 = JQn+ KQn欲得欲得 Qn+1 = DQQCPDC11J1KQQC11J1KTCP轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換方方法法( (1) ) 寫出待求觸發(fā)器和給定觸發(fā)器的特性方程。寫出待求觸發(fā)器和給定觸發(fā)器的特性方程。( (3) )畫出用給定觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)待求觸發(fā)器的電路。畫出用給定觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)待求觸發(fā)器的電路。( (2) )比較上述特性方程，得出給定觸發(fā)器中輸入信號(hào)的

24、接法。比較上述特性方程，得出給定觸發(fā)器中輸入信號(hào)的接法。1.基本結(jié)構(gòu)第6章一時(shí)序邏輯電路的基本概念組合電路組合電路存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)電路X1XiZ1ZjQ1QrY1Yr輸入輸入信號(hào)信號(hào)輸出輸出信號(hào)信號(hào)存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)存儲(chǔ)電路的輸入信號(hào)返回10.2 10.2 時(shí)序邏輯電路的一般分析方法時(shí)序邏輯電路的一般分析方法這些信號(hào)之間的邏輯關(guān)系：其中：X=（X1,X2, ,Xi）；Y=（Y1,Y2, ,Yr）；Z=（Z1,Z2, ,Zj）；Qn+1=（Q1,Q2, ,Qr）； 第6章n1Q,XFZ n2Q,XFY n31nQ,YFQ輸出方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程（或稱激勵(lì)方程）驅(qū)動(dòng)方程（或稱激勵(lì)方程）狀態(tài)方程狀態(tài)方程

25、即：各觸發(fā)器的輸入信號(hào)方程即：各觸發(fā)器的輸入信號(hào)方程3.分類第6章2.特點(diǎn)（2）具有反饋支路。米利型時(shí)序電路：米利型時(shí)序電路：其輸出不僅與現(xiàn)態(tài)有關(guān)，而且還決定于電路當(dāng)前的輸入。根據(jù)輸出分類根據(jù)輸出分類穆爾型時(shí)序電路：穆爾型時(shí)序電路：其輸出僅決定于電路的現(xiàn)態(tài)，與電路當(dāng)前的輸入無關(guān)；或者根本就不存在獨(dú)立設(shè)置的輸出，而以電路的狀態(tài)直接作為輸出。（1）除含有組合電路外，還有存儲(chǔ)電路，因而有記憶功能；第6章同步時(shí)序電路：同步時(shí)序電路：各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖相同，即電路中有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖，每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，電路的狀態(tài)只改變一次。異步時(shí)序電路：異步時(shí)序電路：各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖不同，即電路中沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘

26、脈沖來控制電路狀態(tài)的變化，電路狀態(tài)改變時(shí)，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，是異步進(jìn)行的。根據(jù)時(shí)鐘分類根據(jù)時(shí)鐘分類二者比較：二者比較： 同步時(shí)序電路的速度高于速度高于異步時(shí)序電路； 同步時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)較異步時(shí)序電路復(fù)雜復(fù)雜；4.時(shí)序邏輯電路功能的描述方法第6章時(shí)序電路的邏輯功能可用邏輯方程式邏輯方程式、狀態(tài)表狀態(tài)表、狀態(tài)圖狀態(tài)圖、時(shí)序圖時(shí)序圖、卡諾圖卡諾圖和邏輯圖邏輯圖6種方式表示，這些表示方法在本質(zhì)上是相同的，可以互相轉(zhuǎn)換。（1）邏輯方程式）邏輯方程式包括n1Q,XFZ n2Q,XFY n31nQ,YFQ輸出方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程狀態(tài)方程讀法：讀法：處于現(xiàn)態(tài)Qn的時(shí)序

27、電路，當(dāng)輸入為X時(shí)，該電路將進(jìn)入輸出為Z的次態(tài)Qn+1。第6章（2）狀態(tài)表（也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）狀態(tài)表（也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）輸入輸入現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)次次輸輸態(tài)態(tài)出出QnXQn+1/Z【表示方法1】如果將任何一組輸入變量和電路初態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸出方程，就可以算出電路的次態(tài)Qn+1和現(xiàn)態(tài)下的輸出值Z；把得到的次態(tài)做為新的初態(tài)，和這時(shí)的輸入變量取值一起再代入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行計(jì)算，又得到一組新的次態(tài)和輸出值。就這樣繼續(xù)下去，把全部的計(jì)算結(jié)果列成真值表的形式，就得到了狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。第6章【表示方法2】輸入輸入現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài)輸出輸出XQ1nQ0nQ1n+1Q0n+1Z在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中用圓圈表示電路的各個(gè)狀態(tài)，

28、用箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向。同時(shí)，還在箭頭旁注明了狀態(tài)轉(zhuǎn)換前的輸入變量取值和輸出值。通常把輸入變量取值寫在斜線以上，把輸出值寫在斜線以下。第6章（3）狀態(tài)圖（也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）狀態(tài)圖（也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）比如：Q1Q0X/Z000001010/01/10/11/01.時(shí)序電路的分析步驟：二時(shí)序邏輯電路的分析方法第6章返回電路圖電路圖寫方程寫方程（1）時(shí)鐘方程（對(duì)異步時(shí)序電路而言）時(shí)鐘方程（對(duì)異步時(shí)序電路而言）（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）輸出方程）輸出方程各觸發(fā)器的各觸發(fā)器的狀態(tài)方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)狀態(tài)圖、狀態(tài)表或時(shí)序圖表或時(shí)序圖判斷電路判斷電路 邏輯功能邏輯功能12342.

29、同步時(shí)序邏輯電路的分析舉例例1：試分析如圖的時(shí)序電路。第6章 ZQ1Q1Q2Q21J C11K1J C11K1J C11K&Q0Q0CPFFFF0 0FFFF1 1FFFF2 2返回返回返回返回 寫方程式寫方程式 時(shí)鐘方程：第6章CPCPCPCP012nnQQY21nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 輸出方程：輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān)，為穆爾型時(shí)序電路。同步時(shí)序電路的時(shí)鐘方程可省去不寫。驅(qū)動(dòng)方程：調(diào)題圖調(diào)題圖 求狀態(tài)方程求狀態(tài)方程JK觸發(fā)器的特性方程：第6章nnnQKQJQ1將各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQ

30、QQQQKQJQQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQ2020200001001010111111121212222120001000101112YQQQnnn0001010101112YQQQnnn0001001101112YQQQnnn0001011101112YQQQnnn1100100101112YQQQnnn1100110101112YQQQnnn0000101101112YQQQnnn0000111101112YQQQnnn 計(jì)算、列狀態(tài)計(jì)算、列狀態(tài)表表 現(xiàn) 態(tài) 次 態(tài) 輸 出 nnnQQQ012 101112 nnnQQQ Y nnnnnnnnQQYQQQQQQ21210011

31、1120 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 10 0 00 1 01 0 01 1 000001100 畫狀態(tài)圖、時(shí)序畫狀態(tài)圖、時(shí)序圖圖狀態(tài)圖狀態(tài)圖第6章 000001011/1/0100110111/0 /0/0 /0(a) 有效循環(huán)010 101(b) 無效循環(huán)/0/1排列順序： /Y nnnQQQ012時(shí)序圖時(shí)序圖第6章CPQ0Q1Q2Y有效循環(huán)的6個(gè)狀態(tài)分別是05這6個(gè)十進(jìn)制數(shù)字的格雷碼，并且在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，這6個(gè)狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：000001011111110100000所以這是一個(gè)用格

32、雷碼表示的六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。當(dāng)對(duì)第6個(gè)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器又重新從000開始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生輸出Y1。第6章 電路功能電路功能解：該電路為同步時(shí)序邏輯電路，時(shí)鐘方程可以不寫。解：該電路為同步時(shí)序邏輯電路，時(shí)鐘方程可以不寫。（1）寫出輸出方程：）寫出輸出方程： 1J1KC11J1KC11Q0QCPXZ=1=1=1&FF1FF011nnQQXZ01)(nQXJ1010KnQXJ0111K（2 2）寫出驅(qū)動(dòng)方程：）寫出驅(qū)動(dòng)方程：例例2：試分析如圖所示的時(shí)序邏輯電路。：試分析如圖所示的時(shí)序邏輯電路。（3）寫出）寫出JK觸發(fā)器的特性方程，然后將各驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程，然后將各驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器

33、的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：輸出方程簡化為：由此作出狀態(tài)表及狀態(tài)圖。由此作出狀態(tài)表及狀態(tài)圖。1Q0Q000110/0/0/1X=0時(shí)的狀態(tài)圖nnnnnQQXQKQJQ01000010)(nnnnnQQXQKQJQ10111111)(nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01（4）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)圖）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)圖 當(dāng)當(dāng)X=0時(shí)：觸發(fā)器的次態(tài)方程簡化為：時(shí)：觸發(fā)器的次態(tài)方程簡化為：由此作出狀態(tài)表及狀態(tài)圖。由此作出狀態(tài)表及狀態(tài)圖。將將X=0與與X=1的狀態(tài)圖合并的狀態(tài)圖合并 起來得完整的狀態(tài)圖。起來得完整的狀態(tài)圖。0001100/0

34、0/00/11/11/01/01Q Q0001001/1/0/0X=1時(shí)的狀態(tài)圖nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01當(dāng)當(dāng)X=1時(shí)：觸發(fā)器的次態(tài)方程簡化為：時(shí)：觸發(fā)器的次態(tài)方程簡化為：輸出方程簡化為：輸出方程簡化為：（5 5）畫時(shí)序波形圖。）畫時(shí)序波形圖。0001100/00/00/11/11/01/01Q0QXCPZ根據(jù)狀態(tài)表或狀態(tài)圖，根據(jù)狀態(tài)表或狀態(tài)圖，可畫出在可畫出在CP脈沖作用下電路的時(shí)序圖。脈沖作用下電路的時(shí)序圖。（6 6）邏輯功能分析：）邏輯功能分析：當(dāng)當(dāng)X=1=1時(shí)，按照減時(shí)，按照減1 1規(guī)律從規(guī)律從1001001010010010循環(huán)變化，循環(huán)變化，并每當(dāng)轉(zhuǎn)換為

35、并每當(dāng)轉(zhuǎn)換為0000狀態(tài)（最小數(shù)）時(shí)，輸出狀態(tài)（最小數(shù)）時(shí)，輸出Z=1=1。該電路一共有該電路一共有3 3個(gè)狀態(tài)個(gè)狀態(tài)0000、0101、1010。當(dāng)當(dāng)X=0=0時(shí)，按照加時(shí)，按照加1 1規(guī)律規(guī)律從從0001100000011000循環(huán)變化，循環(huán)變化，并每當(dāng)轉(zhuǎn)換為并每當(dāng)轉(zhuǎn)換為1010狀態(tài)（最大數(shù)）時(shí)，輸出狀態(tài)（最大數(shù)）時(shí)，輸出Z=1=1。所以該電路是一個(gè)可控的所以該電路是一個(gè)可控的3 3進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)制計(jì)數(shù)器。0001100/00/00/11/11/01/0圖5.2.5 例5.2.1完整的狀態(tài)圖例3：試分析如圖的時(shí)序電路。第6章Q0Q0CP YQ1Q11T C11T C1&=1 X1FFFF0

36、 0FFFF1 1 寫方程式寫方程式 同步時(shí)序電路，時(shí)鐘方程省去。第6章 輸出方程：輸出與輸入有關(guān)，為米利型時(shí)序電路。 驅(qū)動(dòng)方程：nnQXQXY111001TQXTn階段性小結(jié) 時(shí)序邏輯電路通常由組合邏輯電路及存儲(chǔ)電路兩部分組成。其中存儲(chǔ)電路能將電路的狀態(tài)記憶下來，并和當(dāng)前的輸入信號(hào)一起決定電路的輸出信號(hào)。這是時(shí)序邏輯電路在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，這個(gè)特點(diǎn)決定了時(shí)序邏輯電路的邏輯功能，即時(shí)序邏輯電路在任一時(shí)刻的輸出信號(hào)不僅和當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。第6章 描述時(shí)序邏輯功能的方法由邏輯方程組（含驅(qū)動(dòng)方程、狀態(tài)方程和輸出方程）、狀態(tài)表、狀態(tài)圖和時(shí)序圖，它們各具特色，各有所用，且可以相

37、互轉(zhuǎn)換。邏輯方程組是和具體時(shí)序電路直接對(duì)應(yīng)的，狀態(tài)表和狀態(tài)圖能給出時(shí)序電路的全部工作過程，時(shí)序圖能更直觀地顯示電路的工作過程。為進(jìn)行時(shí)序電路的分析和設(shè)計(jì)，應(yīng)該熟練地掌握這幾種描述方法。 就工作方式而言，時(shí)序電路可分為同步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路兩類。它們的主要區(qū)別是，在同步時(shí)序電路的存儲(chǔ)電路中，所有觸發(fā)器的CP端均受同一時(shí)鐘脈沖源控制，而在異步時(shí)序電路中，各觸發(fā)器CP端受不同的觸發(fā)脈沖控制。第6章階段性小結(jié)【續(xù)】 時(shí)序電路的分析是由給定的時(shí)序電路，寫出邏輯方程組，列出狀態(tài)表，畫出狀態(tài)圖或時(shí)序圖，指出電路邏輯功能的過程。1 1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（3 3）狀

38、態(tài)分配，又稱狀態(tài)編碼。即把一組適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制代碼分配給簡）狀態(tài)分配，又稱狀態(tài)編碼。即把一組適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制代碼分配給簡 化狀態(tài)圖（表）中各個(gè)狀態(tài)。化狀態(tài)圖（表）中各個(gè)狀態(tài)。（1 1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，導(dǎo)出對(duì)應(yīng)狀態(tài)圖或狀態(tài)表。）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，導(dǎo)出對(duì)應(yīng)狀態(tài)圖或狀態(tài)表。（2 2）狀態(tài)化簡。消去多余的狀態(tài)，得簡化狀態(tài)圖（表）。）狀態(tài)化簡。消去多余的狀態(tài)，得簡化狀態(tài)圖（表）。（4 4）選擇觸發(fā)器的類型。）選擇觸發(fā)器的類型。（5 5）根據(jù)編碼狀態(tài)表以及所采用的觸發(fā)器的邏輯功能，導(dǎo)出待設(shè)計(jì)電路的輸）根據(jù)編碼狀態(tài)表以及所采用的觸發(fā)器的邏輯功能，導(dǎo)出待設(shè)計(jì)電路的輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程。出方程和驅(qū)動(dòng)方程。（

39、6 6）根據(jù)輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程畫出邏輯圖。）根據(jù)輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程畫出邏輯圖。（7 7）檢查電路能否自啟動(dòng)。檢查電路能否自啟動(dòng)。一、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法一、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法10.3 10.3 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法（2 2）狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。）狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。(1(1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。該狀態(tài)圖不須化簡。畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。該狀態(tài)圖不須化簡。S0S1S2S3S42 2同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)舉例同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)舉例例例1 1 設(shè)計(jì)一個(gè)同步設(shè)計(jì)一個(gè)同步5 5進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器Q Q1

40、0n n2Qn1000011110001010100011000（3 3）選擇觸發(fā)器。選用）選擇觸發(fā)器。選用JK觸發(fā)器。觸發(fā)器。（4 4）求各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程和進(jìn)位輸出方程。）求各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程和進(jìn)位輸出方程。 列出列出JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表，畫出電路的次態(tài)卡諾圖。，畫出電路的次態(tài)卡諾圖。Qn1Q0n2Qn10J200QnnQ1 02=J0001111010nQ12nQ Qn02KK =2001011010111Q Q10n n2Qn1000011110001010100011000根據(jù)次態(tài)卡諾圖和根據(jù)次態(tài)卡諾圖和JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表可得各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)卡諾圖：觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表可得各觸發(fā)

41、器的驅(qū)動(dòng)卡諾圖：Q Q10n n2Qn1000011110001010100011000nQ112nQ Qn01J0nQ0J =10010110101011000211n0QQ1nQ00n1K1100n=Q1KnQ12nQ Qn00J0010110101011000211n0QQ1nQ0n0K1111012n=Q0JK0=1（5） 將各驅(qū)動(dòng)方程與輸出方程歸將各驅(qū)動(dòng)方程與輸出方程歸納如下：納如下：（6 6）畫邏輯圖。）畫邏輯圖。100111YQ01QQ0nn1n20010000QC1C1Q1K1J1J1J1K1KC1Q&2Q0QQ1CPY進(jìn)位輸出再畫出輸出卡諾圖再畫出輸出卡諾圖可得電路的輸出方程

42、：可得電路的輸出方程：（7）檢查能否自啟動(dòng)）檢查能否自啟動(dòng)可見，如果電路進(jìn)入無效狀態(tài)可見，如果電路進(jìn)入無效狀態(tài)101、110、111時(shí)，在時(shí)，在CP脈沖作用下，脈沖作用下，分別進(jìn)入有效狀態(tài)分別進(jìn)入有效狀態(tài)010、010、000。所以電路能夠自啟動(dòng)。所以電路能夠自啟動(dòng)。0QQ1Q2/Y000001010011100/0/0/0/0/1/1101/1110111/1利用邏輯分析的方法畫出電路完整的狀態(tài)圖。利用邏輯分析的方法畫出電路完整的狀態(tài)圖。3一般時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例一般時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例 典型的時(shí)序邏輯電路具有外部輸入變量典型的時(shí)序邏輯電路具有外部輸入變量X，所以設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)過程要復(fù)雜

43、一些。過程要復(fù)雜一些。S0 0初始狀態(tài)或沒有收到初始狀態(tài)或沒有收到1 1時(shí)的狀態(tài)；時(shí)的狀態(tài)； 例例2 2 設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測器。該檢測器有一個(gè)輸入端設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測器。該檢測器有一個(gè)輸入端X，它的功，它的功能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行檢測。當(dāng)連續(xù)輸入三個(gè)能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行檢測。當(dāng)連續(xù)輸入三個(gè)1 1（以及三個(gè)以上（以及三個(gè)以上1 1）時(shí)，）時(shí)，該電路輸出該電路輸出Y=1=1，否則輸出，否則輸出Y=0=0。 解：解： （1 1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài): :：S2 2連續(xù)收到兩個(gè)連續(xù)收到兩個(gè)1 1后的狀態(tài)；后的狀態(tài)；S1 1收到一個(gè)收到一個(gè)1 1后的狀態(tài)；后的狀態(tài)；S3 3連續(xù)收

44、到三個(gè)連續(xù)收到三個(gè)1 1（以及三個(gè)以上（以及三個(gè)以上1 1）后的狀態(tài)。）后的狀態(tài)。 （3 3）狀態(tài)化簡。）狀態(tài)化簡。 觀察上圖觀察上圖可知，可知，S2和和S3是等價(jià)狀態(tài)，是等價(jià)狀態(tài)，所以將所以將S2和和S3合并，合并，并用并用S2表示，得簡表示，得簡化狀態(tài)圖化狀態(tài)圖:（2 2）根據(jù)題意可畫）根據(jù)題意可畫 出出原始狀態(tài)圖：原始狀態(tài)圖：S0S1S2S3X/YS0/00/00/01/01/01/11/10/0S2SS10X/YS0/00/01/01/00/01/1 （4 4）狀態(tài)分配。）狀態(tài)分配。 該電路有該電路有3個(gè)狀態(tài)，可以用個(gè)狀態(tài)，可以用2位二進(jìn)制代碼組合（位二進(jìn)制代碼組合（00、01、10、

45、11）中的）中的 三個(gè)代碼表示。本例取三個(gè)代碼表示。本例取S0=00、S1=01、S2=11。（5 5）選擇觸發(fā)器。）選擇觸發(fā)器。 本例選用本例選用2 2個(gè)個(gè)D觸發(fā)器。觸發(fā)器。1/00/01/00/00/0X/Y1/1Q1Q0000111（6 6）求出狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。）求出狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。列出列出D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表、觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表、畫出電路的次態(tài)和輸出卡諾圖。畫出電路的次態(tài)和輸出卡諾圖。由輸出卡諾圖可得電路的輸出方程：由輸出卡諾圖可得電路的輸出方程：0 00 11 01 1Qn Qn+10101D D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表 Q Q1 0n n1000011110

46、X00/000/000/001/011/011/1nXQY1 根據(jù)次態(tài)卡諾圖和根據(jù)次態(tài)卡諾圖和D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表可得各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)卡諾圖：觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表可得各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)卡諾圖：由各由各驅(qū)動(dòng)卡諾圖可得電路的驅(qū)動(dòng)方程：驅(qū)動(dòng)卡諾圖可得電路的驅(qū)動(dòng)方程：0 00 11 01 1Qn Qn+10101D D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表 Q Q1 0n n1000011110X00/000/000/001/011/011/1Dn001nQ100100111Q1XDn001nQ100100111Q0X000011000111XD 0nXQD01 （7 7）畫邏輯圖。）畫邏輯圖。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程，畫出邏

47、輯圖根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程，畫出邏輯圖。（8）檢查能否自啟動(dòng)。）檢查能否自啟動(dòng)。XD 0nXQD01 nXQY1 Q0C11DQC11DQX&CPQ1Y&0/01/0100/001Q1/10/0111/11/01X/Y0000/0Q( (二二) )異步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法異步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法 異步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)異步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)比同步電路多一步，即比同步電路多一步，即求各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程求各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程。（1 1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定7 7個(gè)狀態(tài)個(gè)狀態(tài)S0 0S6 6。進(jìn)行狀態(tài)編碼后，列出。進(jìn)行狀態(tài)編碼后，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。例例3 3 設(shè)計(jì)一個(gè)異步設(shè)計(jì)一個(gè)

48、異步7 7進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器. .狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序現(xiàn)現(xiàn) 態(tài)態(tài)次次 態(tài)態(tài)進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出Q2 n Q1 n Q0 n Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 YS0S1S2S3S4S5S60 0 0 0 0 10 1 00 1 11 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 1 1 1 0 0 0 0 0000001（2 2）選擇觸發(fā)器。本例選用下降沿觸發(fā)的）選擇觸發(fā)器。本例選用下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。觸發(fā)器。（3 3）求各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程，即為各）求各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程，即為各觸發(fā)器選擇時(shí)鐘信號(hào)。觸發(fā)器選擇時(shí)鐘信號(hào)。為觸發(fā)器選擇時(shí)鐘信號(hào)

49、的原則是：為觸發(fā)器選擇時(shí)鐘信號(hào)的原則是：觸發(fā)器狀態(tài)需要翻轉(zhuǎn)時(shí)，必須要有時(shí)鐘信號(hào)的翻轉(zhuǎn)沿送到。觸發(fā)器狀態(tài)需要翻轉(zhuǎn)時(shí)，必須要有時(shí)鐘信號(hào)的翻轉(zhuǎn)沿送到。觸發(fā)器狀態(tài)不需翻轉(zhuǎn)時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不需翻轉(zhuǎn)時(shí)，“多余的多余的” 時(shí)鐘信號(hào)越少越好。時(shí)鐘信號(hào)越少越好。畫出畫出7進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖：進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖：CPCP 0CPCP 112QCP CPQ0Q1Q2根據(jù)上述原則，選：根據(jù)上述原則，選：（4）求各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程和進(jìn)位輸出方程。求各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程和進(jìn)位輸出方程。畫出電路的次態(tài)卡諾圖和畫出電路的次態(tài)卡諾圖和JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表：觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表：由次態(tài)卡諾圖和由次態(tài)卡諾圖和觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表求驅(qū)動(dòng)方程：觸發(fā)器的

50、驅(qū)動(dòng)表求驅(qū)動(dòng)方程：0 00 11 01 1Qn Qn+10 1 1 0J K JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表 Q Q1 0n n2Qn1000011110001010100011101110000002nQ20Q0J110nQ11101n002nQ20Q0K110nQ11101n1112 J12 K12QCP 0 00 11 01 1Qn Qn+10 1 1 0J K JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表 Q Q1 0n n2Qn1000011110001010100011101110000002nQ10Q0J110nQ11101n002nQ10Q0K110nQ11101n002nQ00Q0K1

51、10nQ11101n002nQ00Q0J110nQ11101n0110101111011101QJ 201QQK 120QQJ 10KCPCP 1CPCP 0（5 5）畫邏輯圖。）畫邏輯圖。 將各驅(qū)動(dòng)方程歸納如下：將各驅(qū)動(dòng)方程歸納如下：再畫出輸出卡諾圖，再畫出輸出卡諾圖，002nQ0Q0Y110nQ11101n0000001得電路的輸出方程：得電路的輸出方程：12QQY 01QJ 201QQK 120QQJ 10 K12 J12 KQC1C1Q1K1J1J1J1K1KC1Q2Q0QQ1CPY進(jìn)位輸出111&1用邏輯分析的方法畫出電路完整的狀態(tài)圖用邏輯分析的方法畫出電路完整的狀態(tài)圖：（6）檢查能

52、否自啟動(dòng)。）檢查能否自啟動(dòng)。 可見，當(dāng)電路進(jìn)入無效狀態(tài)可見，當(dāng)電路進(jìn)入無效狀態(tài)111時(shí)，在時(shí)，在CP脈沖作用下脈沖作用下可進(jìn)入有效狀態(tài)可進(jìn)入有效狀態(tài)000。所以電路能夠自啟動(dòng)。所以電路能夠自啟動(dòng)。0QQ1Q2000001010101110011100111階段性小結(jié) 時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)是兩個(gè)相反的過程。時(shí)序電路的分析是給定時(shí)序電路，要求經(jīng)過分析最終指出電路邏輯功能。而時(shí)序電路的設(shè)計(jì)是根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)的邏輯功能，作出原始狀態(tài)圖或原始狀態(tài)表，然后進(jìn)行狀態(tài)化簡（狀態(tài)合并）和狀態(tài)編碼（狀態(tài)分配），再求出所選觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程、時(shí)序電路的狀態(tài)方程和輸出方程，最后畫出設(shè)計(jì)好的邏輯電路圖的過程。其中畫出正確

53、的原始狀態(tài)圖或原始狀態(tài)表是關(guān)鍵的一步，是后面幾個(gè)設(shè)計(jì)步驟的基礎(chǔ)，所以做這一步時(shí)我們要遵循的原則是“寧多勿漏”。即使是用可編程邏輯器件來設(shè)計(jì)時(shí)序電路，這一步也是不可缺少的。第6章一、計(jì)數(shù)器的概述一、計(jì)數(shù)器的概述 在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路稱為計(jì)數(shù)器。在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路稱為計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)器也稱分頻器計(jì)數(shù)器也稱分頻器 。 利用分頻器利用分頻器 ，可以得到各種頻率的脈沖信號(hào)。，可以得到各種頻率的脈沖信號(hào)。 數(shù)字系統(tǒng)經(jīng)常需要各種頻率的脈沖信號(hào)，因此需要各種數(shù)字系統(tǒng)經(jīng)常需要各種頻率的脈沖信號(hào)，因此需要各種各樣的計(jì)數(shù)器。各樣的計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器用以統(tǒng)計(jì)輸入脈沖用以統(tǒng)計(jì)

54、輸入脈沖CPCP個(gè)數(shù)的電路。個(gè)數(shù)的電路。4位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù): Q3 Q2 Q1 Q0位數(shù)位數(shù): 3 2 1 0權(quán)重權(quán)重:223212028 4 2 18421碼碼相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù): 8Q3+4Q2+2Q1+1Q0 例例: Q3Q2Q1Q0=1010B =81+4 0+2 1+1 0 =10DB代表二進(jìn)制數(shù)代表二進(jìn)制數(shù) (Binary)D代表十進(jìn)制數(shù)代表十進(jìn)制數(shù) (Decimal)1、 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3(b) 邏輯功能示意圖(a) 引腳排列圖 16 15 14 13 12 11 10 974LS161 1 2 3 4 5 6 7 8

55、VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND CR D0 D1 D2 D3 CTT CTP CP CO LD（1 1） 4 4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS16174LS161異步清零端，低電平有效異步清零端，低電平有效同步置數(shù)端，低電平有效同步置數(shù)端，低電平有效 控制輸入端，高電平有效控制輸入端，高電平有效 進(jìn)位輸出端進(jìn)位輸出端74LS161邏輯功能表邏輯功能表CTPCTTCP Q3 Q2 Q1 Q00111101110101 0 0 0 0 D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1

56、 Q0 加法計(jì)數(shù) CRLD當(dāng)復(fù)位端當(dāng)復(fù)位端 時(shí)，輸出時(shí)，輸出Q3Q2Q1Q0全全為零，實(shí)現(xiàn)為零，實(shí)現(xiàn)異步清零功能異步清零功能。0CR功能分析：功能分析： 當(dāng)當(dāng) ，預(yù)置數(shù)控制端，預(yù)置數(shù)控制端 ，并且在并且在CP時(shí)，時(shí)，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0，實(shí)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)同步預(yù)置數(shù)功能同步預(yù)置數(shù)功能。1CR0LD當(dāng)當(dāng) 且且 時(shí)，時(shí)，輸出輸出Q3Q2Q1Q0保持不變保持不變。 1 LDCR0TPCTCT當(dāng)當(dāng) 且在且在CP時(shí)，計(jì)數(shù)器才開始加法時(shí)，計(jì)數(shù)器才開始加法計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能計(jì)數(shù)功能。電路為。電路為四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。在四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。在CP脈沖作用下，電路按自然二進(jìn)脈沖作用下，電路按

57、自然二進(jìn)制遞加，即由制遞加，即由000000011111。當(dāng)計(jì)到。當(dāng)計(jì)到1111時(shí)，進(jìn)位輸出端時(shí)，進(jìn)位輸出端CO送出進(jìn)送出進(jìn)位信號(hào)，即位信號(hào)，即CO=Q3Q2Q1Q0=1。1TPCTCTLDCR十進(jìn)制數(shù)用十進(jìn)制數(shù)用09十個(gè)數(shù)字表示十個(gè)數(shù)字表示,而而數(shù)字電路中使用二進(jìn)制數(shù)字電路中使用二進(jìn)制,所以須用所以須用二進(jìn)制數(shù)給十進(jìn)制數(shù)編碼二進(jìn)制數(shù)給十進(jìn)制數(shù)編碼2、 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器編碼方法編碼方法: 用用4位二進(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)位十進(jìn)制數(shù), 稱為二稱為二十進(jìn)制編碼十進(jìn)制編碼, 又稱又稱BCD碼碼 ( BCDBinary Coded Decimal ) 二進(jìn)制數(shù)用二進(jìn)制數(shù)用8421

58、碼碼十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù): 用用0 9 共十個(gè)數(shù)字表示共十個(gè)數(shù)字表示所以所以,用十個(gè)用十個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示09（1 1）集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器）集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160的引腳排列圖、邏輯功能示的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與意圖與74LS161相同。與相同。與74161相比，相比，(1)74LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；（2）注意）注意74LS160在計(jì)數(shù)時(shí)在計(jì)數(shù)時(shí)CO=Q3Q0 74LS16074LS1603、N進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器 用清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成用清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器 利用

59、集成計(jì)數(shù)器的清零端和置數(shù)端實(shí)現(xiàn)歸零，從而構(gòu)成按自然態(tài)序利用集成計(jì)數(shù)器的清零端和置數(shù)端實(shí)現(xiàn)歸零，從而構(gòu)成按自然態(tài)序進(jìn)行計(jì)數(shù)的進(jìn)行計(jì)數(shù)的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法：進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法：基本思路：計(jì)數(shù)器從全基本思路：計(jì)數(shù)器從全“0”0”狀態(tài)狀態(tài)S S0 0開始計(jì)數(shù)，計(jì)滿開始計(jì)數(shù)，計(jì)滿N N個(gè)狀態(tài)后個(gè)狀態(tài)后產(chǎn)生清產(chǎn)生清“0”0”信號(hào)，使計(jì)數(shù)器恢復(fù)到初態(tài)信號(hào)，使計(jì)數(shù)器恢復(fù)到初態(tài)S S0 0。異步清零異步清零計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器： 當(dāng)計(jì)數(shù)到當(dāng)計(jì)數(shù)到S SN N狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生清狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生清“0”0”信號(hào)。信號(hào)。同步清零同步清零計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器： 當(dāng)計(jì)數(shù)到當(dāng)計(jì)數(shù)到S SN-1N-1狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生清狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生清“0”0”信號(hào)。信

60、號(hào)。74161LDCR例例1：用集成計(jì)數(shù)器用集成計(jì)數(shù)器74LS161和與非門組成和與非門組成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)制計(jì)數(shù)器。&Q0Q0000Q00010100001100102100101100101100010111Q3異步置異步置00 1 1 0“161”為為異步置異步置 0，即，即只要置只要置 0 端出現(xiàn)有效電平，端出現(xiàn)有效電平，計(jì)數(shù)器立刻置零。計(jì)數(shù)器立刻置零。因此，應(yīng)在輸入第因此，應(yīng)在輸入第 6 個(gè)個(gè) CP 脈沖脈沖 后，后，用用 S6 = 0110 作為控制信號(hào)去控制作為控制信號(hào)去控制電路，產(chǎn)生置零信電路，產(chǎn)生置零信號(hào)加到異步置號(hào)加到異步置 0 端，使計(jì)數(shù)器立即置端，使計(jì)數(shù)器立即置 0。置