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1、第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路时序电路的概述 组合电路存储电路Z1 ZnW1WhY1YkX1 Xn 时序电路的结构存储电路 输入信号存储电路 输出信号时序电路 输出信号时序电路 输入信号时钟信号1、时序电路的结构和特点电路在某一时刻的输出取决于该时刻电路的输入还取决于前一时刻电路的状态时序电路结构特点：组合电路+触发器，并 具有反馈通道。时序电路的概述 组合电路存储电路Z1 ZnW1WhY1YkX1 Xn 输出方程：Z（tn）= FX（tn），Y（tn）状态方程：Y（tn+1）= GW（tn），Y（tn）驱动方程:W（tn）= HX（tn），Y（tn） 时序电路的结构现态，或原状态次态
2、或新状态式中：tn、tn+1表示相邻的两个离散时间1、时序电路的结构和特点电路的状态与时间顺序有关2、时序电路逻辑功能的表示方法时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式、状态表、卡诺图、 状态图、时序图和逻辑图6种方式表示，这些表示方法在本质上 是相同的，可以互相转换。逻辑表达式有：输出方程状态方程激励方程3、时序电路的分类 （1）根据输出分类穆尔型时序电路的输出仅仅决定于电路的现态，与电 路当前的输入无关。米里型时序电路的输出不仅与现态有关，而且还决定 于电路当前的输入。Z（tn）=FY（tn）穆尔型（Moore）电路FX（tn），Y（tn）米里型（Mealy）电路Z组合电路触发器CPXYQZ组合电
3、路触发器CPYQ3、时序电路的分类（2）根据时钟分类时序电路同步：存储电路里所有触发器由一个统一的时钟脉冲源控制异步：没有统一的时钟脉冲同步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一 个统一的时钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。异步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有 统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化，电路状态改变时，电路中 要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。 时序逻辑 电路图写时钟方程、驱动方 程和输出方程状态方程状态图、状态 表或时序图判断电路逻辑 功能1235 时序电路的分析步骤：计算4(1)分析时序电路的关键在于存储电路，所以要先写出
4、存储电路的 输入表达式（即驱动方程）W（tn）。假设电路中的存储单元是J-K触发器，那就要看一看J端、K端 与谁相连，并用表达式写出来。 (2)写出时钟方程（即各个触发器时钟信号的逻辑表达式） (2)写出输出函数表达式Z（tn）。写出存储电路的输出表达式，即状态转移方程Y(tn)。假设电路中使用的存储电路是J-K触发器，则状态转移方程就 是J-K触发器的特征方程。将先前得到的J、K表达式代入即可。第一节 时序逻辑电路的分析方法例例时钟方程：输出方程：输出仅与电路现态有关，为 穆尔型时序电路。同步时序电路的时钟 方程可省去不写。驱动方程：1写 方 程 式2求状态方程JK触发器的特性方程：将各触发
5、器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：3计算、列状态表0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 10 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 00 0 0 0 1 1 0 03计算、列状态表0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 10 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 00 0 0 0 1 1 0 04状态图0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1
6、 1 10 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 00 0 0 0 1 1 0 04状 态 图有效状态：在时序电路中，凡是被利用了的状态，都叫有效状态。有效循环：在时序电路中，凡是有效状态形成的循环，都称为有 效循环。 无效状态：在时序电路中，凡是没有被利用的状态，都叫无效状态。无效循环：在时序电路中，凡是无效状态形成的循环，都称为无 效循环。4状 态 图能自启动：在时序电路中，虽然存在无效状态，但它们之间没有形 成循环，这样的时序电路叫做能够自启动的时序电路。不能自启动：在时序电路中，既有无效状态存在，它们之间又形 成了循环，这样的时序电路叫
7、做能够自启动的时序电路。本例题所示的时序电路是一个不能自启动的时序电路。该电路一旦因某种原因（如干扰）而落入无效循环，就再也回不 到有效状态了。当然，也就不可能有效工作了。5 5时 序 图电路功能有效循环的6个状态，这是一个以某种规律表示的 的六进制同步加法计数器。当对第6个脉冲计数时，计 数器又重新从000开始计数，并产生输出Y1。6 6例例输出方程：输出与输入有关，为 米利型时序电路。同步时序电路，时钟方程省去。驱动方程：1写 方 程 式2求 状 态 方 程T触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程即得电路的状态方程：代入3计算、列状态表4画状态图 时序图4由状态图可以看出，当输入X 0时，
8、在时钟脉冲CP的作用下 ，电路的4个状态按递增规律循环变化，即： 0001101100 当X1时，在时钟脉冲CP的作用下，电路的4个状态按递减规 律循环变化，即：0011100100 可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功能，是 一个2位二进制同步可逆计数器。画状态图 时序图5电路功能设计 要求原始状 态图最简状 态图画电 路图检查电 路能否 自启动1246时序电路的设计步骤：时序电路的设计步骤：选触发器，求时 钟、输出、状态 、驱动方程5状态 分配3化简5.1.2 时序逻辑电路的设计方法设计和分析互为逆过程：在设计中，应根据具体逻辑问题，设 计出实现这一逻辑功能要求的电路，力求最简
9、。追求高性价比。设计一个串行数据检测电路，当连续输入3个或3个以上 1时，电路的输出为1，其它情况下输出为0。例例输入和输出之间的关系： X：1101 1110 0100 连续3个1，输出为1。 Z：0000 0110 0000 输入只要是0，输出为0根据文字描述的设计要求，建立原始状态图，形成原始状态转换表。 需要确定的三个问题： 确定输入和输出变量，以字母表示。确定系统的状态数，以字母表示。系统有几个状态，就需 要几个触发器。根据设计要求，确定每一个状态在现态条件下，状态转 换方向，得出原始状态图。这三个问题的解决是相互联系的，目前尚无确定的步骤，常采 用试凑法，因此应把注意力放在状态图的
10、正确性，不必过分考虑 多余状态。确保状态没有遗漏。1进行逻辑抽象 建立原始状态图S0S1S2S3设电路开始处于初始状态为S0。 第一次输入1时，由状态S0转入状态S1，并输出0； 若继续输入1，由状态S1转入状态S2，并输出0； 如果仍接着输入1，由状态S2转入状态S3，并输出1； 此后若继续输入1，电路仍停留在状态S3，并输出1。 1/0X/Y1/01/11/1电路无论处在什么状态， 只要输入0，都应回到初始状态 ，并输出0，以便重新计数。0/00/00/00/01进行逻辑抽象 建立原始状态图 确定输入和输出变量根据已知条件：设输入为X，并以串行方式输入 设输出为Z, 并以串行方式输出 确定
11、系统状态数（确得状态没有遗漏） 确定每一个状态在规定条件下的转换方向什么是规定条件？ 由题意给出 连续输入3个或3个以上1,输出为1.否则为0 S0是接收0以后状态， 再接收0仍停留在S0。 只要接收1个1，由S0S1， S1再接收0返回S0。 连续接收2个以上1，状态转换S2。 若再接收0，返回S0。 连续接收3个以上1，状态转换S3。 连续接收3个以上1，停留在S3。 若再接收0，返回S01进行逻辑抽象 建立原始状态图原始状态图中，凡是在输入相同时 ，输出相同、要转换到的次态也相同的 状态，称为等价状态。状态化简就是将 多个等价状态合并成一个状态，把多余 的状态都去掉，从而得到最简的状态图
12、 。所得原始状态图中，状态S2和S3等 价。因为它们在输入为1时输出都为1， 且都转换到次态S3；在输入为0时输出 都为0，且都转换到次态S0。所以它们 可以合并为一个状态，合并后的状态用 S2表示。状态化简2检查原始状态图中的状态是否有多余 状态，即是否有等价状态。若有等价状态 ，可以进行化简，得出最简的状态图。什么是等价状态：状态分配3时序电路的状态是用触发器状态的不同组合来表示的，因 此首先确定触发器的级数n，即用几个触发器。（a）选择触发器的级数的原则：N个触发器共有2n个状态组合，要获得M个状态组合，必须取 2n-1M 2n本例状态数为3，M=3，即213 22，取n2，表示用两级
13、触发器。224共有四种状态：00，01，10，11分配的原则是：最后的逻辑图最简多余状态不产生死循环 如果状态选择不合适，出现死循环，就要修改设计。本例选：S000，S101，S210。代入状态化简后状态转 换图、表。将字母形式变换为代码形式，得出代码形式的状态 转换图（表）。给出逻辑变量赋值以后的代码形式状态转图、表。(只用三种状态）状态分配3S0=00 S1=01 S2=104选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程选用2个CP下降沿触发的JK触发器，分别用FF0、FF1表示。采用 同步方案，即取：输 出 方 程状 态 方 程比较，得驱动方程：驱动方程4选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程
14、得驱动方程：电 路 图5检查电路能否自启动6将无效状态11代入输出 方程和状态方程计算：电路能够自启动 。输出方程时序逻辑 电路图写时钟方程、驱动方 程和输出方程状态方程状态图、状态 表或时序图判断电路逻辑 功能1235 计算4第一节 时序逻辑电路的分析方法例例电路没有单独的输出，为穆尔型时序电路。异步时序电路，时钟方程：驱动方程：1写 方 程 式2求 状 态 方 程D触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：3计算、列状态表3计 算 、 列 状 态 表4画状态图、时序图4画状态图、时序图45电路功能由状态图可以看出，在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状态 按递减规律循环变化，即： 000111110101100011010001000 电路具有递减计数功能，是一个3位二进制异步减法计数器。画状态图、时序图本节小结： 时序
