數字邏輯電路課件w7.1時序電路分析

1、第七章 異步時序邏輯電路異步時序邏輯電路的特點及模型1. 同步時序邏輯電路的特點各觸發(fā)器的時鐘端全部連接在一起，并接在系統(tǒng)時鐘端；只有當時鐘脈沖到來時，電路的狀態(tài)才能改變;改變后的狀態(tài)將一直保持到下一個時鐘脈沖的到來，此時無論外部輸入x有無變化；狀態(tài)表中的每個狀態(tài)都是穩(wěn)定的。2. 異步時序邏輯電路的特點電路中除可以使用帶時鐘的觸發(fā)器外，還可以使用不帶時鐘的觸發(fā)器和延遲元件作為存儲元件；電路中沒有統(tǒng)一的時鐘； 電路狀態(tài)的改變由外部輸入的變化直接引起。組 合邏 輯觸發(fā)器觸發(fā)器x1Z1y1Y1YryrxnZm存儲電路組 合邏 輯延遲元件x1Z1y1Y1YryrxnZm存儲電路延遲元件根據外部輸入是脈

2、沖信號還是電平信號，可將異步時序邏輯電路分為脈沖異步時序電路和電平異步時序電路。對輸入脈沖信號的兩點限制： 在兩個或兩個以上的輸入線上不允許同時出現(xiàn)脈沖信號； 第二個輸入脈沖的到達，必須在第一個輸入脈沖所引起的整個電路響應結束之后。7.1 脈沖異步時序邏輯電路的分析分析方法基本上與同步時序邏輯電路相似，只是要注意觸發(fā)器時鐘端的輸入情況。在同步時序電路中，時鐘端的輸入僅為“ 時間”。分析步驟如下：(1) 寫出電路的輸出函數和激勵函數表達式。(2)列出電路的狀態(tài)轉移真值表或寫出次態(tài)方程組。(3) 作狀態(tài)表和狀態(tài)圖。(4) 畫出時間圖和用文字描述電路的邏輯功能。從分析步驟來看，異步時序電路的分析與同

3、步時序電路分析相同，但是每一步實施時又有所不同。下面通過例子介紹脈沖異步時序電路的分析方法。例：分析下圖所示的脈沖異步時序邏輯電路zx2xCP2D2&y1y2CP1D1解：寫出輸出函數和激勵函數表達式Z=xy2y1D2=y2CP2=xy1D1=y2CP1=x現(xiàn)態(tài)y2 y10011輸 入 x 次 態(tài)y2(n+1) y1(n+1)輸 出Z激勵函數CP2D2CP1D111110101作狀態(tài)轉移真值表:Z=xy2y1D2=y2CP2=xy1D1=y2CP1=x現(xiàn)態(tài)y2 y10011輸 入 x 次 態(tài)y2(n+1) y1(n+1)0110輸 出Z0001激勵函數CP2D2CP1D111110101110

4、01100111111000101作狀態(tài)表和狀態(tài)圖:根據轉移真值表可作出狀態(tài)圖.11000/00/00/01/001100/01/01/11/0畫時間圖和說明電路功能:(略)該電路是一個三進制計數器.例：分析下圖所示的脈沖異步時序邏輯電路zx2x1RS&yy作狀態(tài)轉移真值表解：寫出輸出函數和激勵函數表達式Z=x1yS=x1yR=x2y現(xiàn)態(tài)y0101輸 入x1 x2次 態(tài)y(n+1)1100輸 出Z激勵函數RS10100101注意轉移真值表中x1,x2取值的意義和組合情況。RS00011011Q(n+1)Q(n)10dZ=x1yS=x1yR=x2y現(xiàn)態(tài)y0101輸 入x1 x2次 態(tài)y(n+1)

5、1100輸 出Z0100激勵函數RS0100001010100101作狀態(tài)表和狀態(tài)圖根據轉移真值表可作出下列狀態(tài)表和狀態(tài)圖現(xiàn) 態(tài)y次 態(tài)/輸出(y(n+1)/Z)x1011/01/1x20/00/010 x1/0 x2/0 x2/0 x1/1畫時間圖和說明電路功能x1x2yZ該電路當連續(xù)輸入兩個或多個x1脈沖時，輸出一個或多個脈沖，其它情況下輸出為0。它是一個x1脈沖檢測器。例：試分析下圖所示的脈沖型異步時序邏輯電路。 ZQ0XJ0 CP0K0J1 CP1K1&Q1&解：（1）求輸出函數和控制函數：ZQ1J0K01J11K11CP0XCP1輸 入輸 出Q1 Q0XZ0 00 11 01 111

6、11將Ji、Ki帶入JK觸發(fā)器的特征方程中，可求得：（2）求次態(tài)方程組：脈沖型異步時序邏輯電路的JK觸發(fā)器的特征方程為：由次態(tài)方程組，可以求得狀態(tài)轉移真值表： 輸 入輸 出Q1 Q0XZ0 00 11 01 1111100110 11 00 00 0（3）作狀態(tài)表和狀態(tài)圖Q1Q0X=0X=10000/001/00101/010/01111/000/11010/000/1111100/001/011/110/14）功能描述由上述分析可知，MOD3異步二進制計數器。 例：分析下圖所示的脈沖異步時序電路CP2x(CP1)Q1zK3CJ3K1CJ1K2CJ2CP3&Q2Q3“ 1”解：寫出輸出函數和激

7、勵函數表達式注意各觸發(fā)器的跳變時刻Z Q1 Q2 Q3 xJ1=K1=1,CP1=xJ2=K2=1,CP2= Q1J3=K3=1,CP3= Q2K1CJ1CP1Q1K2CJ2CP2Q2K3CJ3CP3Q3 該式表明當CP為邏輯1時，觸發(fā)器的狀態(tài)才能發(fā)生變化，而只有當時鐘出現(xiàn)有效跳變時，CP才為邏輯1。寫出電路的狀態(tài)方程JK觸發(fā)器的次態(tài)方程為Z Q1 Q2 Q3 xJ1=K1=1,CP1=xJ2=K2=1,CP2= Q1Q1n+1J3=K3=1,CP3= Q2 Q2n+1將3個觸發(fā)器的激勵函數代入觸發(fā)器的次態(tài)方程Q1(n+1)=(J1Q1+K1Q1)CP+Q1CPQ1 x+Q1xQ2(n+1)=

8、(J2Q2+K2Q2)CP+Q2CPQ2 Q1Q1n+1+Q2Q1Q1n+1 Q3(n+1)=(J3Q3+K3Q3)CP+Q3CPQ3 Q2Q2n+1+Q3Q2Q2n+1J1=K1=1,CP1=xJ2=K2=1,CP2= Q1Q1n+1J3=K3=1,CP3= Q2 Q2n+1Q1(n+1)=(J1Q1+K1Q1)CP+Q1CPQ1 x+Q1xQ2(n+1)=(J2Q2+K2Q2)CP+Q2CPQ2 Q1Q1n+1+Q2Q1Q1n+1 Q3(n+1)=(J3Q3+K3Q3)CP+Q3CPQ3 Q2Q2n+1+Q3Q2Q2n+1Q1(n+1)Q1 Q2(n+1)Q2 Q1+Q2Q1Q3(n+1)

9、Q3 Q2Q1+Q3Q1+Q3Q2現(xiàn)態(tài)Q3 Q2 Q1次 態(tài)Q3(n+1) Q2(n+1) Q1(n+1)000001010011100101110111輸 入x11111111輸 出Z0001111011/01/01/01101/00010101000111/01/01/01/0Q1(n+1)Q1 Q2(n+1)Q2 Q1+Q2Q1Q3(n+1)Q3 Q2Q1+Q3Q1+Q3Q2作狀態(tài)表和狀態(tài)圖現(xiàn)態(tài)Q3 Q2 Q1次 態(tài)Q3(n+1) Q2(n+1) Q1(n+1)000001010011100101110111輸 入x11100000101001110010111011111111輸 出Z

10、10000000畫出時間圖和說明電路功能由狀態(tài)圖可知：該電路是一個八進制減1計數器，輸出是借位信號。x12345678Q1Q2Q3ZK1CJ1CP1Q1K2CJ2CP2Q2K3CJ3CP3Q3XQ3Q2Q1J3K3J2K2J1K1CP3CP2CP1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Z10001001101010111100110111101111例：分析下圖所示的脈沖型異步時序邏輯電路。 “1”Q0Q2J1 CP1K1J2 CP2K2J0 CP0K0&CP解：（1）求輸出函數和激勵函數：“1”Q0Q2J1 CP1K1J2 CP2K2J0 CP0K0&CPCP0=CP=1K0=J1=K1=J2=K21（2）從觸發(fā)器Q0到Q2依次寫出次態(tài)方程：Q(n+1)=(JQ+KQ)CP+QCPJK觸發(fā)器的次態(tài)方程為：CP0=1K0=J1=K1=J2=K210 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1（3）根據得到的觸發(fā)器次態(tài)方程，作狀態(tài)轉移關系表，由狀態(tài)轉移關系表作出狀態(tài)圖。 674231050 0 10 1 00 1 11 0 00 0 00 1 01 1 00 0 00 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1XQ3Q2Q1J3K3J2K2J1K1CP3CP2CP1Q3n+1Q2n+1Q1n+1100010