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1、时序逻辑电路分析与设计 (I)孙卫强2/40内容提要o时序逻辑电路的分类o时序电路的分析方法n同步时序电路的分析方法n异步时序电路的分析方法o常用的时序逻辑电路n寄存器和移位寄存器n计数器n序列脉冲发生器n序列信号发生器o时序逻辑电路的设计方法n同步时序电路设计n异步时序电路设计3/40时序电路的分类oMealy型时序电路n输出依赖于当前 的网络状态和当 前的输入Moore型时序电路输出只依赖于电路 当前的状态，和当前 输入无关激励激励4/40时序电路举例Mealy型电路下一状态逻辑 F状态寄存器输出逻辑 G激励当前状态5/40时序电路举例Moore型电路下一状态逻辑 F状态寄存器输出逻辑 G
2、6/40时序电路的分类o同步时序电路n状态存储器中所 有触发器使用同 一个时钟p异步时序电路 n状态存储器中的触 发器不一定使用同一 个时钟7/40内容提要o时序逻辑电路的分类o时序电路的分析方法n同步时序电路的分析方法n异步时序电路的分析方法o常用的时序逻辑电路o时序逻辑电路的设计方法8/40同步时序电路的分析方法o第一步：写出各触发器的激励方程（驱动方 程）o第二步：把得到的驱动方程代入到触发器的 特性方程，得到次态方程o第三步：按照电路图得到输出方程o第四步：构建转移表，并得到状态表o第五步：得到时序电路的状态图o第六步：画出时序图9/40同步时序电路分析例1与非门反相器内置的与门 主从
3、式触发的J-K触发器10/40第一步：写出激励方程J3=Q1Q2K3=Q2同步时序电路分析例1写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图J1=(Q2Q3) K1=1 J2=Q1K2=(Q1Q3)11/40第二步：把激励方程带入触发器的特性方程， 得到次态方程激励方程JK触发器的特征方程次态方程Q1n+1=(Q2Q3)Q1 Q2n+1=Q1Q2+(Q1Q3)Q2 Q3n+1=Q1Q2Q3+Q2Q3J1=(Q2Q3) K1=1 J2=Q1K2=(Q1Q3) J3=Q1Q2K3=Q2同步时序电路分析例1写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转
4、移表画出状态 转移图画出 时序图12/40Y=Q2Q3第三步：按照电路图得到输出方程输出方程同步时序电路分析例1写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图13/40第四步：构建状态转移表Q1n+1=(Q2Q3)Q1 Q2n+1=Q1Q2+(Q1Q3)Q2 Q3n+1=Q1Q2Q3+Q2Q3Y=Q2Q3Q3Q2Q1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Y 0000010 0010100 0100110 0111000 1001010 1011100 1100001 1110001同步时序电路分析例1写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出
5、状态 转移图画出 时序图14/40第四步：构建状态转移表Q3Q2Q1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Y 0000010 0010100 0100110 0111000 1001010 1011100 1100001 1110001Q3Q2Q1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Y AB0 BC0 CD0 DE0 EF0 FG0 GA1 HA1同步时序电路分析例1写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图15/40ABCDEFGHQ3Q2Q1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Y AB0 BC0 CD0 DE0 EF0 FG0 GA1 HA1/0/0/0/0/0/0
6、/1/1第五步：得到时序电路的状态图/0,/1：表示电路状态变化前的输出同步时序电路分析例1写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图16/40QAQBQC000001010011100101110000每7个时钟周期输出一个1ABCDEFGAYCP第六步：画出时序图同步时序电路分析例1写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图17/40同步时序电路分析例1没有输入!写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图18/40同步时序电路分析例2同步时序电路分析例19/4
7、0D0=Q1X+Q0X+Q2 D1=Q2Q0X+Q1X+Q2Q1 D2=Q2Q0+Q0XY第一步：写出激励方程同步时序电路分析例2写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图20/40D0=Q1X+Q0X+Q2 D1=Q2Q0X+Q1X+Q2Q1 D2=Q2Q0+Q0XY第二步：把激励方程带入触发器的特性方程， 得到次态方程激励方程D触发器的特征方程次态方程Q0n+1=Q1X+Q0X+Q2 Q1n+1=Q2Q0X+Q1X+Q2Q1 Q2n+1=Q2Q0+Q0XY同步时序电路分析例2写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移
8、图画出 时序图21/40Z1=Q2+Q1+Q0 Z2=Q2Q1+Q2Q0第三步：按照电路图得到电路的 输出方程输出方程同步时序电路分析例2写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图22/40第四步：构建状态转移表Q0n+1=Q1X+Q0X+Q2 Q1n+1=Q2Q0X+Q1X+Q2Q1 Q2n+1=Q2Q0+Q0XYZ1=Q2+Q1+Q0 Z2=Q2Q1+Q2Q0同步时序电路分析例2写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图23/40第四步：构建状态转移表转移表状态表 同步时序电路分析例2写出 激励方程写出
9、 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图24/40第五步：画出状态转移图转移图状态表ABCDEFGH同步时序电路分析例2写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图25/40第五步：画出状态转移图转移图状态表ABCDEFGH00/1001/101*/100*/101*/1000/1001/101*/100*/001*/00*/11*/10*/11*/11*表示与该输入无关同步时序电路分析例2写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图26/40第五步：画出状态转移图转移图状态表000
10、00101001110010111011100/1001/101*/100*/101*/1000/1001/101*/100*/001*/00*/11*/10*/11*/11Q2Q1Q0XY/Z1Z2*表示与该输入无关同步时序电路分析例2写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图27/40同步时序电路的分析方法写出 激励方程写出 次态方程写出 输出方程得到状态 转移表画出状态 转移图画出 时序图按照电路写出各 个触发器的激励 方程将触发器的激励 方程代入触发器 的特性方程，得 到次态方程按照电路连接 写出输出方程利用得到的次 态方程得到状 态转移表利
11、用转移表画 出状态转移图利用次态方程 和输出方程画 出时序图28/40异步时序电路的分析完成07的加法计数 称为模8(Modulus 8)计数器, 或Divided by 8计数器异步时序电路分析例29/40异步时序电路的分析异步时序电路分析例30/40异步时序电路的分析异步时序电路分析例31/40异步时序电路分析方法o第一步：确定各触发器的驱动方程o第二步：将驱动方程代入特性方程，得到次 态方程o第三步：按照电路图得到输出方程o第四步：得到电路状态转移表o第五步：画出状态转移图32/40例5.2.4异步时序电路分析第一步：写出激励方程J0=1K0=1 J1=Q3K1=1 J2=1K2=1 J
12、3=Q1K3=33/40异步时序电路分析第二步：把激励方程带入触发器的特性方程， 得到次态方程激励方程JK触发器的特征方程J0=1K0=1 J1=Q3K1=1 J2=1K2=1 J3=Q1K3=1次态方程Q0n+1=Q0cp0 Q1n+1=Q3Q1cp1 Q2n+1=Q2cp2 Q3n+1=Q1Q2Q34/40异步时序电路分析C=Q0Q3第三步：按照电路图得到电路的 输出方程输出方程35/40异 步 时 序 电 路 分 析Q3Q2Q1Q0cp3cp2cp1cp0C000000000010001000102001010110300110001040100111105010100010601101
13、011070111000108100011110910010001110000010110Q0n+1=Q0cp0 Q1n+1=Q3Q1cp1 Q2n+1=Q2cp2 Q3n+1=Q1Q2Q3cp3如果cp信号有效则为1，否则为36/40异 步 时 序 电 路 分 析00000001Q3Q2Q1Q00cp0下降沿， Q0翻转 (01)00100110 00101010110011110001001cp1下降沿，并且 J1为高，所以Q1 翻转(01)cp1下降沿，并且J1为高， 所以Q110翻转； Q1翻转使得cp2下降沿，因 此Q2翻转cp1下降沿，并且J1为高 ，所以Q1翻转(01)Q0 10翻转,J1=1,使得 Q1 10翻转；使得Q2 10翻转；J3=1使得Q3 01翻转Q0 10翻转, J3=0 使得Q3变为0Q0n+1=Q0cp0 Q1n+1=Q3Q1cp1 Q2n+1=Q2cp2 Q3n+1=Q1Q2Q37/40异 步 时 序 电 路 分 析00000001Q3Q2Q1Q0000100110 00101010110011110001001101010111100110111111110Q0n+1=Q0cp0 Q1n+1=Q3Q1cp1 Q2n+1=Q2cp2 Q3n+1=Q1Q2
