数字逻辑及实验8

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1、本章错误 P354 图8-41：“与非门”U3C删除 18 异步时时序电电路组合逻辑电路 数字逻辑 同步时序 电路 逻辑电路 时序逻辑电路 基本模 式异步时序 （电平 ）逻辑电路脉冲模 式28 异步时时序电电路 特点：同步电路：电路有统一时钟，状态改变取 决于时钟脉冲的触发。 内部时延不得超过下一时钟 脉冲的到达时间。异步电路：电路无统一时钟，电路状态的 改变由输入信号的变化直接引起 。 速度快但设计相对困难38 异步时时序电电路8.1 基本模式和脉冲模式的异步时时序 机8.2 异步时时序机分析8.3 异步时时序机设计设计 方法8.4 数据同步8.5 异步时序电路的混合工作模式48 异步时时序

2、电电路8.1 基本模式和脉冲模式的异步时时序 机58.1 基本模式和脉冲模式的异步时时序机一、异步时时序机基本模型 图图8 -1 两种模式的设计过设计过 程类类似于同步电电 路 不同之处处：对对于时间时间 和输输入变变量有限制 基本模式 仅仅当电电路处处于稳稳定状态时态时 ，异 步电电路的输输入才能发发生变变化； 输输入采用电电平方式，同一时时刻 只能有一个输输入发发生变变化。 6一、异步时时序和基本模型 脉冲模式 同一时时刻仅仅一个输输入脉冲发发生 变变化 输输入脉冲脉宽宽要求： 脉宽宽能保证电证电 路的输输入响 应应 脉冲在新的辅辅助态态建立后应应 撤消 78.1 基本模式和脉冲模式的异步

3、时时序机二、总态总态 描述异步时时序机的行为为总态总态 与输输入有关，记为记为 ：（I，S） 总态总态 可以是稳态稳态 或不稳稳定状态态 基本模式的时时序机要求电电路到达稳稳 定总总态态之前，输输入I不能发发生变变化。辅助态88 异步时时序电电路8.1 基本模式和脉冲模式的异步时时序 机8.2 异步时时序机分析98.2 异步时时序机分析一、基本模式异步时时序电电路分析方法 一般形式 图图 8-3 门电门电 路带带反馈组馈组 成，输输入为电为电 平 信号 由于反馈馈回路的存在，输输出状态经态经 t延迟迟后将形成二次状态态，引起电电 路的进进一步变变化。变变化可反复进进行多 次，直至达到稳态稳态

4、。 描述工具 流程表描述电电路状态态的转转 换换 电电路状态态用总态总态 （I，S）表示108.2 异步时时序机分析例1）分析图图8-3电电路 （1）输输入变变量：I1、I0状态变态变 量：X1、X0输输出变变量：Z （2）导导出电电路次态态函数：X1+=X0I1+X1I0X0+=X1I1I0+X1X0I0+X0I1导导出输输出函数Z=(X0I1)11例1）分析图图8-3电电路 （3）建立流程表 X1+=X0I1+X1I0X0+=X1I1I0+X1X0I0 +X0I1Z=（X0I1）X1 X0X1+ X0+ / ZI1I0=00I1I0=01I1I0=11I1I0=10 0 0 0 1 11

5、1 000 / 1 00 / 1 00 / 1 00 / 101 / 1 01 / 1 10 / 1 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 00 / 1 设：电路初态为 X1X0=00输入序列为 I1I0=00,01,11,01,00描述电路工作的状态流程稳定态： X=X+12例1）分析图图8-3电电路输入改变仅引起总态在流程表中作相邻项的水平 移动 二次状态的改变仅引起总态在表中做垂直移动，直 至达到稳态00 / 1 11 / 0 11 / 0 00 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 10 / 101 / 1

6、 01 / 1 10 / 1 10 / 100 / 1 00 / 1 00 / 1 00 / 10 0 0 1 11 1 0I1I0=10I1I0=11I1I0=01I1I0=00X1+ X0+ / Z X1 X0 总态图： I1I0： 00 01 11 01 00(I1I0，X1X0): (00,00)(01,00)(11,01)(01,11)(00,10)(01,01)(11,11)(01,10)(00,00)13例1）分析图图8-3电电路 设：电路初态为 X1X0=00输入序列为 I1I0=00,10,11,01,11,01,00,10描述电路工作的状态流程X1 X0X1+ X0+ /

7、ZI1I0=00I1I0=01I1I0=11I1I0=10 0 0 0 1 11 1 000 / 1 00 / 1 00 / 1 00 / 101 / 1 01 / 1 10 / 1 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 00 / 1I1I0: 00 10 11 01 11 01 00 10 (I1I0,X1X0): (00,00)(10,00)(11,00)(01.00)(11,01)(01,11)(00,10)(10,00)(01,01)(11,11)(01,10)(00,00) 14例1）分析图图8-3电电路 练习：设

8、电路初态为 X1X0=01输入序列为 I1I0=01,00,10,11,01,00描述电路工作的状态流程X1 X0X1+ X0+ / ZI1I0=00I1I0=01I1I0=11I1I0=100 0 0 1 11 1 000 / 1 00 / 1 00 / 1 00 / 101 / 1 01 / 1 10 / 1 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 00 / 1I1I0: 01 00 10 11 01 00 (I1I0,X1X0): (01,01) (00,01) (10,00) (11,00) (11,00) (00,0

9、1)(00,00) (01,01) (00,00)15例1）分析图图8-3电电路 设：电路初态为 X1X0=00输入序列为 I1I0=00,10,11,01,11,01,00,10描述电路工作的状态流程X1 X0X1+ X0+ / ZI1I0=00I1I0=01I1I0=11I1I0=10 0 0 0 1 11 1 000 / 1 00 / 1 00 / 1 00 / 101 / 1 01 / 1 10 / 1 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 10 / 100 / 1 11 / 0 11 / 0 00 / 1I1I0: 00 10 11 01 11 01 00 10 (I

10、1I0,X1X0): (00,00)(10,00)(11,00)(01.00)(11,01)(01,11)(00,10)(10,00)(01,01)(11,11)(01,10)(00,00) 16例1）分析图图8-3电电路 时时序图图 图图8- 5 I1电电平每75ns翻转转一次（ta tc te th） I0电电平在135ns处处(tb)升为为高电电平，在335ns处处 (tk)降为为低电电平，后又经经135ns变变高，经经200ns变变低 输输入01时时，X0经经3级门级门 45ns延迟迟达到稳稳 态态tc te=75ns tc td（45ns）达到稳稳 态态 输输入11、00时时，X1经

11、经2级门级门 30ns延迟迟， 达到稳态稳态te th=75ns te tg(30ns)达到稳态稳态tk tm=40ns tk tl(30ns)达到稳态稳态17例1）分析图图8-3电电路 时时序图图 图图8- 5 输输入01时时，X0经经2级门级门 30ns延迟迟达到稳稳 态态th tk=35ns th tj(30ns)到达稳态稳态达到稳稳定后到输输入发发生变变化仅仅5ns的时时 间间，若电电路延迟时间迟时间 超过过35ns，则则X1X0不能 达到稳稳定输输出。 输输入11，01时时，Z经经1级门级门 15ns延迟迟达到 稳稳态态 重点考虑，异步时序电路设计中，时间问题至关重要，否则不能正常工

12、作。 188.2 异步时时序机分析 二、脉冲模式异步时时序电电路分析方法 特点： 输输入为为脉冲信号 存储单储单 元为锁为锁 存器、触发发器例2）分析图8-8电路 （1）存储电路：R-S锁存器输入变量：X、Y、Z、EC输出变量：ERR状态变量：A、B19例2）分析图图8-8电电路 （2）激励函数：SA=(Y+Z) SB=(AX) RA=(EC) RB=(EC+AZ)输输出函数：ERR=EC(B)（3）电路次态方程S-R：Qt+1=S+RQt A+=Y+Z+(EC)AB+=AX+(EC+AZ)B=AX+(EC)AB+(EC)ZB20例2）分析图图8-8电电路（4）状态转态转 移表因为为脉冲模式电

13、电路任一时时刻只允许许 单单个输输入发发生变变化，所以状态转换态转换 表可 简简化。次态态方程 状态转态转 移表输输出函数QAQBQA+ QB+ / ERR XYZEC 00 01 11 1001/0 01/0 11/0 10/010/0 11/0 11/0 10/010/0 10/0 11/0 10/000/1 00/0 00/0 00/1S0 S1 S2 S3 21例2）分析图图8-8电电路（5）建立流程表SS+ / ERR XYZEC S0 S1 S2 S3S1 / 0 S1 / 0 S2 / 0 S3 / 0S3 / 0 S2 / 0 S2 / 0 S3 / 0S3 / 0 S3 /

14、0 S2 / 0 S3 / 0S0 / 1 S0 / 0 S0 / 0 S0 / 1（6）状态图S0S1S2S3EC/1X/0(Y+Z)/0X/0Y/0Z/0EC/0(X+Y+Z)/0EC/0(X+Y+Z)/0EC/122例2）分析图图8-8电电路（7）时时序图图XYZECABERRS0S1S2S2S0S1S3S023二、脉冲模式异步时时序电电路分析方法 例3）分析图图8-13电电路 （1）存储电路：R-S锁存器输入变量：X、Y、Z、W输出变量：P状态变量：Q2、Q1 （2）激励函数：R1=Z R2=(Z+YQ1) S1=(X+Y) S2=(WQ1)输输出函数：P=Q2Z24例3）分析图图8-13电电路（3）电路次态方程S-R：Q+=S+RQ Q1+=X+Y+ZQ1Q2+=WQ1+(Z+YQ1)Q2=WQ1+ZYQ2+ZQ1Q2P=Q2Z