項目9時序邏輯電路lm課件

1、項目9 時序邏輯電路時序邏輯電路的基本概念時序邏輯電路的模型與分類1. 時序電路的一般化模型* 電路由組合電路和存儲電路組成。 * 電路存在反饋。 結(jié)構(gòu)特征輸入信號X=(X1,X2,Xi)輸出信號Y=(Y1, Y2,Yj)激勵信號W=(W1, W2,Wk)狀態(tài)信號Q=(Q 1, Q 2,Qm)2022/8/82數(shù)電課件輸出方程: Yf1(X，Q) ，輸出信號與輸入信號、狀態(tài)變量的關(guān)系；激勵方程: Wf2(X，Q)，激勵信號與輸入信號、狀態(tài)變量的關(guān)系；狀態(tài)方程 : Qn+1f3(X，Qn) ，存儲電路從現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式信號之間的關(guān)系：時序電路是狀態(tài)依賴的，故又稱為狀態(tài)機。時序電路的主要特征

2、：電路由組合電路和存儲電路組成。電路的狀態(tài)與時間因素相關(guān)，即電路在任一時刻的狀態(tài)不僅是當前輸入信號的函數(shù)，還是電路以前狀態(tài)的函數(shù)。 2022/8/83數(shù)電課件2. 異步時序電路與同步時序電路同步時序電路：存儲電路里所有觸發(fā)器有一個統(tǒng)一的時鐘源，它們的狀態(tài)在同一時刻更新。異步時序電路：沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖或沒有時鐘脈沖，電路的狀態(tài)更新不是同時發(fā)生的，有些觸發(fā)器由電路內(nèi)部信號觸發(fā)。2022/8/84數(shù)電課件時序電路功能的表達方法1. 邏輯方程組：輸出方程激勵方程組狀態(tài)方程組2022/8/85數(shù)電課件2. 狀態(tài)表：反映時序邏輯電路的輸出、次態(tài)和電路輸入、現(xiàn)態(tài)間對應(yīng)取值關(guān)系的表格。 根據(jù)方程組可以列出狀

3、態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。輸出方程狀態(tài)方程組狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表Q1nQ0nAQ1n+1Q0n+1Y0000000011000100010110101000011011101100011110102022/8/86數(shù)電課件狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表Q1nQ0nAQ1n+1Q0n+1Y000000001100010001011010100001101110110001111010狀態(tài)表Q1n Q0nQ1n+1 Q0n+1 / YA=0A=10000 / 010 / 00100 / 101 / 01000 / 111 / 01100 / 101 / 0狀態(tài)圖3. 狀態(tài)圖：電路轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出取值關(guān)系的圖形 。 2022

4、/8/87數(shù)電課件4時序圖：直觀地描述時序電路地輸入信號、時鐘信號、輸出信號及電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換等在時間上的對應(yīng)關(guān)系。 Q1n Q0nQ1n+1 Q0n+1 / YA=0A=10000 / 010 / 00100 / 101 / 01000 / 111 / 01100 / 101 / 0 時序邏輯電路的四種描述方式是可以相互轉(zhuǎn)換的2022/8/88數(shù)電課件同步時序邏輯電路的分析 分析過程的主要表現(xiàn)形式:時序邏輯電路分析的任務(wù)：分析時序邏輯電路在輸入信號的作用下，其狀態(tài)和輸出信號變化的規(guī)律，進而確定電路的邏輯功能。時序電路的邏輯功能是由其狀態(tài)和輸出信號的變化規(guī)律呈現(xiàn)出來的。所以，分析過程主要是列出電

5、路狀態(tài)表或畫出狀態(tài)圖、工作波形圖。2022/8/89數(shù)電課件分析同步時序邏輯電路的一般步驟1. 了解電路的組成：電路的輸入、輸出信號、觸發(fā)器的類型等。 2. 根據(jù)給定的時序電路圖，寫出下列各邏輯方程式：輸出方程；觸發(fā)器的激勵方程；狀態(tài)方程: 將每個觸發(fā)器的激勵（驅(qū)動）方程代入其特性方程得狀態(tài)方程。3. 根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出狀態(tài)圖和波形圖；4. 確定電路的邏輯功能。2022/8/810數(shù)電課件同步時序邏輯電路分析舉例例1: 試分析如圖所示時序電路的邏輯功能。解：(1) 了解電路組成。 電路是由兩個T 觸發(fā)器組成的同步時序電路。2022/8/811數(shù)電課件(2) 根據(jù)電路列出

6、三個方程組。輸出方程: 激勵方程組:將激勵方程組代入T觸發(fā)器的特性方程得狀態(tài)方程組：2022/8/812數(shù)電課件(3) 根據(jù)狀態(tài)方程組和輸出方程列出狀態(tài)表Q1n Q0nQ1n+1 Q0n+1 / YA=0A=10 00 0 / 00 1 / 00 10 1 / 01 0 / 01 01 0 / 01 1 / 01 11 1 / 00 0 / 1(4) 畫出狀態(tài)圖2022/8/813數(shù)電課件(5) 時序圖Q1n Q0nQ1n+1 Q0n+1 / YA=0A=10 00 0 / 00 1 / 00 10 1 / 01 0 / 01 01 0 / 01 1 / 01 11 1 / 00 0 / 1(

7、6) 邏輯功能分析觀察狀態(tài)圖和時序圖可知，電路是一個由信號A控制的可控二進制計數(shù)器。當A=0時停止計數(shù)，電路狀態(tài)保持不變；當A=1時，在CP上升沿到來后電路狀態(tài)值加1，一旦計數(shù)到11狀態(tài)，Y 輸出1，且電路狀態(tài)將在下一個CP上升沿回到00，同時在Y端輸出一個進位脈沖，故Y為進位信號，輸出信號Y的下降沿可用于觸發(fā)進位操作。2022/8/814數(shù)電課件例2：分析圖示時序電路。解: （1）了解電路組成。電路是由兩個下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器、一個異或門和一個與門組成同步時序電路。 2022/8/815數(shù)電課件（2）根據(jù)電路寫各邏輯方程式： 輸出方程: 驅(qū)動方程：（3）將驅(qū)動方程代入相應(yīng)JK觸發(fā)器的特征方

8、程，各觸發(fā)器的狀態(tài)方程： 2022/8/816數(shù)電課件（3）列狀態(tài)表Q1n Q0nQ1n+1 Q0n+1 / YA=0A=10 00 1 / 01 1 / 00 11 0 / 00 0 / 01 01 1 / 00 1 / 01 10 0 / 11 0 / 1（4）畫狀態(tài)圖2022/8/817數(shù)電課件（5）時序圖Q1n Q0nQ1n+1 Q0n+1 / YA=0A=10 00 1 / 01 1 / 00 11 0 / 00 0 / 01 01 1 / 00 1 / 01 10 0 / 11 0 / 1（6）邏輯功能分析：電路為一個可控計數(shù)器。當X=0時，進行加法計數(shù)，在CP的作用下，Q1Q0的

9、數(shù)值從0011遞增，每經(jīng)過4個時鐘脈沖后，電路的狀態(tài)循環(huán)一次。同時在Z端輸出一個進位脈沖，故Z為進位信號。當X1時，進行減1計數(shù)，Z為借位信號。 2022/8/818數(shù)電課件異步時序邏輯電路的分析1異步時序邏輯電路的分析方法及步驟2異步時序邏輯電路的分析舉例異步時序電路的分析與同步時序電路的分析類似，不同在于電路中各觸發(fā)器的時鐘不一定受統(tǒng)一時鐘的控制，故電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時必須具體考慮各觸發(fā)器的時鐘信號作用情況。例1：分析圖示電路 2022/8/819數(shù)電課件 寫各邏輯方程式： 各觸發(fā)器的時鐘方程：FF0：CP0CP，上升沿觸發(fā)； FF1：CP1Q0，僅當Q0由01時，Q1狀態(tài)才可能改變，否則Q1狀

10、態(tài)保持。 解：電路中，F(xiàn)F1的時鐘未與時鐘源CP相連，屬異步時序電路。2022/8/820數(shù)電課件 輸出方程： 驅(qū)動方程： 各驅(qū)動器的狀態(tài)方程：（CP由01時此式有效）（Q0由01時此式有效）2022/8/821數(shù)電課件 列狀態(tài)表（CP由01時）（Q0由01時）注意各觸發(fā)器CP端的情況，即是否有上升沿作用。可在狀態(tài)表中分別列出各觸發(fā)器CP的狀況，無上升沿作用時CP用0表示。 n0n1QQZ= 列狀態(tài)表n0n1QQZ=2022/8/822數(shù)電課件（4） 狀態(tài)圖：2022/8/823數(shù)電課件（5） 時序圖：（6）邏輯功能分析 由狀態(tài)圖可知：該電路一共有4個狀態(tài)00、01、10、11，在時鐘脈沖作用

11、下，按照減1規(guī)律循環(huán)變化，所以是一個4進制減法計數(shù)器，Z是借位信號。 2022/8/824數(shù)電課件典型的時序邏輯集成電路寄存器和移位寄存器1. 寄存器寄存器：是數(shù)字系統(tǒng)中用來存儲代碼或數(shù)據(jù)的邏輯部件。它的主要組成部分是觸發(fā)器。一個觸發(fā)器能存儲1位二進制代碼，存儲 n 位二進制代碼的寄存器需要用 n 個觸發(fā)器組成。寄存器實際上是若干觸發(fā)器的集合。2022/8/825數(shù)電課件無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么，只要送數(shù)控制時鐘脈沖CP上升沿到來，加在并行數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)D0D3，就立即被送入進寄存器中，即有：2022/8/826數(shù)電課件2. 移位寄存器移位寄存器是既能寄存數(shù)碼，又能在時鐘脈沖的作用下使數(shù)

12、碼向高位或向低位移動的邏輯功能部件。 移位寄存器的邏輯功能分類 移位寄存器的邏輯功能按移動方式分單向移位寄存器雙向移位寄存器左移位寄存器右移位寄存器2022/8/827數(shù)電課件（1）基本移位寄存器串行數(shù)據(jù)輸入端并行數(shù)據(jù)輸出端串行數(shù)據(jù)輸出端（a）電路2022/8/828數(shù)電課件（b）工作原理Q0n+1=DSIQ1n+1 =D1 = Q0nQ2n+1 =D2 =Qn1Q3n+1 =D3 = Qn2CP輸入Q0Q1Q2Q30D300001D2D30002D1D2D3003D0D1D2D304D0D1D2D32022/8/829數(shù)電課件時序圖為：設(shè)D3D2D1D01101 經(jīng)過4個CP脈沖作用后，從D

13、SI 端串行輸入的數(shù)碼全部移入寄存器，可以并行輸出。經(jīng)過7個脈沖后，輸出全部從DO 端串行輸出。 串入并出 串出2022/8/830數(shù)電課件（2）多功能雙向移位寄存器（a）工作原理左移：高位移向低位右移：低位移向高位多功能移位寄存器工作模式簡圖2022/8/831數(shù)電課件實現(xiàn)多種功能雙向移位寄存器的一種方案（僅以FFm為例）S1S0=00：保持；S1S0=10：高位移向低位（左移）；S1S0=01：低位移向高位（右移）；S1S0=11：并入；2022/8/832數(shù)電課件 計數(shù)器（2）計數(shù)器的分類 按脈沖輸入方式，分為同步和異步計數(shù)器。 按進位體制，分為二進制、十進制和任意進制計數(shù)器。 按邏輯功

14、能，分為加法、減法和可逆計數(shù)器。（1）計數(shù)器的邏輯功能計數(shù)器的基本功能是對輸入時鐘脈沖進行計數(shù)。它也可用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列及進行數(shù)字運算等等。（3）計數(shù)器的模概 述計數(shù)器的模也就是計數(shù)器的容量，一個計數(shù)器的模數(shù)等于其狀態(tài)數(shù)。2022/8/833數(shù)電課件同步計數(shù)器異步計數(shù)器加計數(shù)器減計數(shù)器可逆計數(shù)器二進制計數(shù)器非二進制計數(shù)器 十進制計數(shù)器 任意進制計數(shù)器加計數(shù)器減計數(shù)器可逆計數(shù)器二進制計數(shù)器非二進制計數(shù)器 十進制計數(shù)器 任意進制計數(shù)器2022/8/834數(shù)電課件1. 二進制計數(shù)器(1) 異步二進制計數(shù)器4位異步二進制加法計數(shù)器 工作原理2022/8/835數(shù)電課件結(jié)論: 計數(shù)器的功能：不僅可以計數(shù)也可作為分頻器。2022/8/836數(shù)電課件Q0在每個CP都翻轉(zhuǎn)一次FF0可采用T=1的T觸發(fā)器。Q1僅在Q0=1后的下一個CP到來時翻轉(zhuǎn)， FF1可采用T= Q0的T觸發(fā)器。Q3僅在Q0=Q1=Q2=1后的下一個CP到來時翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)F3可采用T= Q0Q1Q2的T觸發(fā)器。Q2僅在Q0=Q1=1后的下一個CP到來時翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)F2可采用T= Q0Q1的T觸發(fā)器。4位二進制計數(shù)器狀態(tài)表