時(shí)序邏輯電路分析與設(shè)計(jì)課件

1、例：已知某同步時(shí)序電路的邏輯圖，試分析電路的邏輯功能解：1.寫出各觸發(fā)器的控制函數(shù)和電路的輸出函數(shù)控制函數(shù)：T1n = XnQ1nXT2n = XnQ1n輸出函數(shù):XQ1nQ2nZn = XnQ2nQ1n2.寫狀態(tài)方程T觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：將T1n、 T2n代入則得到兩個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程4.3.1 時(shí)序電路分析4.3.1 時(shí)序電路分析3.作出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖描述輸入與狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系的表格現(xiàn) 入Xn現(xiàn) 態(tài)Q2n Q1n現(xiàn)控制入T2n T1n次 態(tài)Q2n+1 Q1n+1現(xiàn)輸出Zn輸入：輸入信號、觸發(fā)器的輸入及現(xiàn)態(tài)量輸出：觸發(fā)器的次 態(tài)及組合輸出Zn填表方法：0 00 100001 01

2、111110 00 11 01 10 000 0T1n = XnT2n = XnQ1nZn = XnQ2nQ1nXn Q2n Q1n 所有組合求T1nT2nZn 由狀態(tài)方程求Q2n+1 Q1n+1T1n = XnT2n = XnQ1n0 1Zn = XnQ2nQ1n00 1Q 1n+1=XnQ1nQ2n+10 10 001 00 001 10 001 01 001 11 100 00 01現(xiàn) 入Xn現(xiàn) 態(tài)Q2n Q1n現(xiàn)控制入T2n T1n次 態(tài)Q2n+1 Q1n+1現(xiàn)輸出Zn0 00 100001 01 111110 00 11 01 10 000 00 100 10 10 001 00 0

3、01 10 001 01 001 11 100 00 01由狀態(tài)表繪出狀態(tài)圖000110111/01/11/0Xn/Zn1/00/00/00/00/04.3.1 時(shí)序電路分析轉(zhuǎn)換條件電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向由狀態(tài)圖得電路的邏輯功能：電路是一個(gè)可控模4計(jì)數(shù)器X端是控制端，時(shí)鐘脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖輸入。X=1 初態(tài)為00時(shí)，實(shí)現(xiàn)模4加計(jì)數(shù)X=0時(shí)保持原態(tài) 電路屬于米萊型、可控模4計(jì)數(shù)器電路輸出不僅取決于電路本身的狀態(tài)，而且也與輸入變量X有關(guān)000110111/11/01/0Xn/Zn1/00/00/00/00/04.3.1 時(shí)序電路分析4.作時(shí)序波形圖初始狀態(tài)Q2nQ1n為00，輸入X 的序列為1111100

4、111，X=1模4加計(jì)數(shù)X=0保持原態(tài)010010111000010010001010X=1模4加計(jì)數(shù)4.3.1 時(shí)序電路分析寫各觸發(fā)器的控制函數(shù)寫電路的輸出函數(shù)寫觸發(fā)器的狀態(tài)方程作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖作時(shí)序波形圖得到電路的邏輯功能同步時(shí)序電路的分析方法簡單的電路可直接繪出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖無要求可不畫4.3.1 時(shí)序電路分析P223 4-10 已知時(shí)序電路圖4-109所示。試分析該電路在C=1和C=0時(shí)電路邏輯功能。圖4-109 習(xí)題4-10圖時(shí)序電路例題分析解：（1）由圖4-109列出驅(qū)動(dòng)方程和狀態(tài)方程 時(shí)序電路例題分析當(dāng)C=1時(shí)： 當(dāng)C=0時(shí)： 時(shí)序電路例題分析（2）根據(jù)狀態(tài)方程列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如

5、下CC111111110 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0000000000 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10 0 0模8 加法計(jì)數(shù)模8 減法計(jì)數(shù)表2 圖4-109的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（3）分析邏輯功能：時(shí)序電路例題分析P175 【例4-3】異步時(shí)序邏輯電路如圖4-28所示。試分析電路的邏輯功能，畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序波形圖。觸發(fā)器和門電路均為CMOS電路。時(shí)序

6、電路例題分析解：（1）列出電路的驅(qū)動(dòng)方程和時(shí)鐘方程（2）列出電路的狀態(tài)方程時(shí)序電路例題分析（3）列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CCP1 CP2 CP312345670 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 00 0 0 1 1 1 0 0 0時(shí)序電路例題分析時(shí)序電路例題分析（4）列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖000001010110101100011111時(shí)序電路例題分析（5）列出電路的時(shí)序波形圖Q3cp12345678Q1Q2這是一個(gè)異步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，能夠自啟動(dòng)。時(shí)序邏輯電路作業(yè)P222 4-5 圖4-105所示是用CMO

7、S邊沿觸發(fā)器和或非門組成的脈沖分頻器。試畫出在一系列CP脈沖作用下Q1、Q2和F的輸出電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)皆為0。（a） 同步電路圖4-105 習(xí)題4-5圖P223 4-7 試分析圖4-106所示時(shí)序邏輯電路的邏輯功能，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，說明電路能否自啟動(dòng)。圖4-106 習(xí)題4-7圖時(shí)序邏輯電路作業(yè)設(shè)計(jì)方法同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)舉例4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)例：設(shè)計(jì)一“011”序列檢測器，每當(dāng)輸入011碼時(shí)，對應(yīng)最后一個(gè)1，電路輸出為1。解：1、畫出原始狀態(tài)圖（或稱轉(zhuǎn)移圖）與原始狀態(tài)表輸入端X：輸入一串行隨機(jī)信號輸出端Z：當(dāng)X出現(xiàn)011序列時(shí)，Z=1

8、；否則Z=0ABCD1/00/00/01/10/00/01/01/0XS n01ABCDB/0A/0B/0C/0B/0D/1B/0A/0Sn+1/Zn4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)2、狀態(tài)簡化XS n01ABCDB/0A/0B/0C/0B/0D/1B/0A/0Sn+1/Zn原始狀態(tài)表等價(jià)狀態(tài)可以合并為一個(gè)狀態(tài)對任意輸入，相應(yīng)的輸出都相同XS n01ABCB/0A/0B/0C/0B/0A/1Sn+1/Zn3、狀態(tài)編碼00011011盡量采用相鄰代碼ABCQ1Q0-兩個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)XQ1nQ0nQ1n+1Q0n+1/Zn0 00 10 11 001/000/001/010/001/000/14.3.2 時(shí)

9、序電路設(shè)計(jì)4、確定觸發(fā)器類型，編寫狀態(tài)表，求控制函數(shù)及輸出函數(shù)。 觸發(fā)器類型：選T觸發(fā)器 編寫狀態(tài)表：現(xiàn) 入Xn現(xiàn) 態(tài)Q1n Q0n現(xiàn)控制入T1 T0次 態(tài)Q1n+1Q0n+1現(xiàn)輸出Zn0000 00 11 01110 00 11 00000010 00 01 00 10 10 101001 10 01 0111）填X=0與X=1時(shí)電路的現(xiàn)態(tài)與次態(tài)，及相應(yīng)的現(xiàn)輸出2）填寫相應(yīng)的1、0的狀態(tài)根據(jù)現(xiàn)態(tài)與次態(tài)決定T值同：T=0不同：T=13）填1、0的卡諾圖，求函數(shù)的表達(dá)式狀態(tài)轉(zhuǎn)換表4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)11 101 1 00表達(dá)式為：Q1Q0取11組合的狀態(tài)未使用，在卡諾圖中暫按無關(guān)項(xiàng)處理Q1Q

10、0X為111時(shí)，以1對待Q1Q0X為110時(shí)，以0對待4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)Q1Q0X為111時(shí)，以1對待Q1Q0X為110時(shí)，以1對待5、畫邏輯電路圖4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)6、檢查自啟動(dòng)功能0011 101 1現(xiàn) 入Xn現(xiàn) 態(tài)Q1n Q0n現(xiàn)控制入T1 T0次 態(tài)Q1n+1Q0n+1現(xiàn)輸出Zn0000 00 11 01110 00 11 00000010 00 01 00 10 10 101001 10 01 011全功能狀態(tài)轉(zhuǎn)換表111001004.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)根據(jù)化簡時(shí)約束項(xiàng)的使用情況，反填狀態(tài)表，得全狀態(tài)表Q1Q0X為111時(shí)，以1對待Q1Q0X為110時(shí)，以0對待對于T0

11、：對于T1：均為1全狀態(tài)圖如下：000110110/00/00/00/01/01/01/01/1本設(shè)計(jì)具有自啟動(dòng)功能4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法給定邏輯功能寫原始狀態(tài)圖原始狀態(tài)表狀態(tài)簡化得最小化狀態(tài)表狀態(tài)編碼選觸發(fā)器類型，求控制函數(shù)、輸出函數(shù)畫邏輯電路圖畫出全狀態(tài)圖，檢查設(shè)計(jì)，如不符合要求，重新設(shè)計(jì)4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)例：設(shè)計(jì)一個(gè)模可變的同步遞增計(jì)數(shù)器。當(dāng)控制信號0時(shí)為三進(jìn)制計(jì)數(shù)器；時(shí)為四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：1、列原始狀態(tài)圖設(shè)：輸入控制端：輸出端：1（三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端）2（四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端）00011011X/Z1，Z20/00/00/11/01/12、選觸發(fā)器類型，求控制

12、函數(shù)和輸出函數(shù)觸發(fā)器類型：D個(gè)數(shù)：2根據(jù)觸發(fā)器的激勵(lì)表與原始狀態(tài)圖，作狀態(tài)表1/01/0X4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)01 1輸 入X現(xiàn) 態(tài)Q1 Q0 控制入D1 D0 次 態(tài) Q1 Q00000 00 11 011110 00 10 11 00 001100 1000000輸出Z1 Z200000101 1000000狀態(tài)轉(zhuǎn)換表全0010 11 0001 01 01 100114.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)01 1輸 入X現(xiàn) 態(tài)Q1 Q0 控制入D1 D0次 態(tài) Q1 Q00000 00 11 011110 00 10 11 00 001100 1000000輸出Z1 Z200000101 10000

13、00輸出：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表全0010 11 0001 01 01 100114.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)00011011X/Z1,Z20/00/00/11/01/11/01/0XQ1Q0010001101101/010/010/000/101/000/111/0XQ1Q001000110110110001XQ1Q001000110111000101XQ1Q001000110110001010根據(jù)狀態(tài)圖列電路的次態(tài)卡諾圖根據(jù)次態(tài)卡諾圖列分解卡諾圖3、畫出邏輯圖4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)4、畫出全狀態(tài)圖，檢查自啟動(dòng)功能000110110/00/00/11/11/01/01/0電路是一個(gè)

14、自啟動(dòng)電路，完成設(shè)計(jì)要求4.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì)由于約束項(xiàng)均未使用，按“0”處理，得全狀態(tài)圖110/001 1現(xiàn) 入X現(xiàn) 態(tài)Q1 Q0現(xiàn)控制入D1 D0次 態(tài) Q1 Q00000 00 11 011110 00 10 11 00 001100 1000000現(xiàn)輸出Z1 Z200000101 1000000狀態(tài)轉(zhuǎn)換表全0010 11 0001 01 01 100114.3.2 時(shí)序電路設(shè)計(jì) 時(shí)序電路通常由記憶(觸發(fā)器)電路及組合電路兩部分組成，具有存儲(chǔ)作用時(shí)序電路可分為同步或異步、穆尓型或米萊型時(shí)序電路同步時(shí)序電路的分析同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì) 同步時(shí)序電路 異步時(shí)序電路脈沖異步時(shí)序電路電平異步時(shí)序電

15、路主要介紹脈沖異步時(shí)序電路的分析小 結(jié)同步時(shí)序電路分析寫各觸發(fā)器的控制函數(shù)寫電路的輸出函數(shù)寫觸發(fā)器的狀態(tài)方程作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖作時(shí)序波形圖得到電路的邏輯功能同步時(shí)序電路的分析方法簡單的電路可直接繪出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖無要求可不畫同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)給定邏輯功能寫原始狀態(tài)圖原始狀態(tài)表狀態(tài)簡化得最小化狀態(tài)表狀態(tài)編碼選觸發(fā)器類型，求控制函數(shù)、輸出函數(shù)畫邏輯電路圖畫出全狀態(tài)圖，檢查設(shè)計(jì)，如不符合要求，重新設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)作業(yè)P224 4-13 用D觸發(fā)器和門電路設(shè)計(jì)1個(gè)同步十一進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，并檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)。時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)舉例P178 例4-4 設(shè)計(jì)一個(gè)帶進(jìn)位輸出的同步六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解：（1）畫原始狀態(tài)圖S0S1/0/0/1/0/0/0S2S5S4S3000001/0/0/1/0/0/0010101100011原始狀態(tài)圖狀態(tài)圖（2）狀態(tài)化簡六進(jìn)制加法器必須用6個(gè)狀態(tài)表示，不會(huì)存在等價(jià)狀態(tài)，不必進(jìn)行狀態(tài)化簡。時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)舉例（3）確定觸發(fā)器的種類、數(shù)目和狀態(tài)賦值使用3個(gè)JK觸發(fā)器，選000101六組代碼表示S0S6 。狀態(tài)圖（4）根據(jù)狀態(tài)圖畫次態(tài)卡諾圖如下：Q3Q2Q10100011011001/0000/1010/0100/0011/01