电子技术及其应用基础数字电路系统分析教学课件PPT

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1、第5章 数字电路系统分析5-1、基本分析概念基本分析概念 5-2、组合逻辑系统分析组合逻辑系统分析5-3、同步时序逻辑系统分析同步时序逻辑系统分析5-4、异步时序逻辑系统分析异步时序逻辑系统分析7/21/20241电子系 骆丽5-1-1、分析目标及分析模型、分析目标及分析模型5-1-2、分析技术分析技术 5-1-3、仿真分析的概念仿真分析的概念5-1、基本分析概念基本分析概念7/21/20242电子系 骆丽建立逻辑系统的物理和数学模型建立逻辑系统的物理和数学模型分析行为和参数特性分析行为和参数特性5-1-1、分析目标及分析模型、分析目标及分析模型数字电路和系统逻辑模型电路模型逻辑行为特性参数特

2、性逻辑功能实现条件参数模型分析起点分析起点目标目标过程过程(1) (1) 逻辑模型逻辑模型提供数字电路系统逻辑结构和特征提供数字电路系统逻辑结构和特征(2) (2) 物理模型物理模型实现逻辑系统的数字电路实现逻辑系统的数字电路(3) (3) 参参数数模模型型从从逻逻辑辑模模型型和和物物理理模模型型分分析析的的结结果果中提炼出来的基本参数中提炼出来的基本参数. . F = ABCFBAC&74LS10FBAC&74LS007/21/20243电子系 骆丽(1) (1) 建模技术建模技术 根据物理模型建立逻辑和参数模型(2) (2) 电路分析技术电路分析技术 分析电气特性对逻辑行为特性的影响(3)

3、 (3) 逻辑分析技术逻辑分析技术 分析逻辑模型，总结逻辑行为特性和时间相关特性5-1-2、分析技术分析技术 1、分类分类 数字电路和系统逻辑模型电路模型逻辑行为特性参数特性逻辑功能实现条件参数模型7/21/20244电子系 骆丽(1) 电气特性分析电气特性分析 影响时间特性 影响输出的逻辑电平要求: 上升时间和下降时间之和小于信号的有效宽度 电平满足标准逻辑电平2、电路分析技术、电路分析技术5-1-2、分析技术分析技术例例5-1-2例例5-1-1高电平低电平上升时间下降时间10%90%50%脉冲宽度高电平低电平上升时间10%90%7/21/20245电子系 骆丽(2) 逻辑行为特性分析逻辑行

4、为特性分析 建立逻辑模型(3) 物理模型化简物理模型化简 简化电路结构和参数2、电路分析技术、电路分析技术5-1-3、分析技术分析技术D = (D = (TH +TL)/2例例5-1-3 理想逻辑模型 A Y D D 延迟效应 90%10%THTL简化结构简化参数7/21/20246电子系 骆丽(1) 逻辑结构分析逻辑结构分析 前向或反馈 组合或时序3、逻辑分析技术、逻辑分析技术5-1-3、分析技术分析技术YB 1CBDADBEFFE&1&举例:741174293 BQAQBQCQDA 1R01R02Clock7432&组合逻辑XZ记忆逻辑ZYXQ7/21/20247电子系 骆丽(2) 逻辑行

5、为分析逻辑行为分析 写出逻辑模型, 如逻辑表达式、状态方程、状态图等3、逻辑分析技术、逻辑分析技术5-1-3、分析技术分析技术举例: A0 Y0 Y1 Y2 Y3 A1 & & & & 1 1 A0010100110111101111011110A0Y0Y1Y2Y3真值表(1) 这是一个组合逻辑电路(2) 实现对输入信号的译码功能逻辑表达式100AAY= =101AAY= =102AAY= =103AAY= =逻辑图7/21/20248电子系 骆丽(3) 时间参数分析时间参数分析 分析数字电路和结构中的延迟 分析毛刺问题 (竞争和冒险)3、逻辑分析技术、逻辑分析技术5-1-3、分析技术分析技术

6、举例:YB 1CBDADBEFFE&1&延迟差 = 最大延迟-最小延迟 = 2最大延迟：3最小延迟：例例5-1-47/21/20249电子系 骆丽(4) 逻辑模型化简逻辑模型化简3、逻辑分析技术、逻辑分析技术5-1-3、分析技术分析技术举例:电路的逻辑模型QQQ1111化简后的逻辑模型QQQ17/21/202410电子系 骆丽5-1-4、仿真分析的概念仿真分析的概念1、仿真模型的分类、仿真模型的分类 利用EDA工具中的模型进行逻辑分析，如电路图、真值表和状态图。 物理模型仿真布局模型 逻辑模型仿真高级模型2、仿真中的元素、仿真中的元素 EDA基本逻辑门和MSI器件 用户建立的功能模块例例5-1

7、-6例例5-1-57/21/202411电子系 骆丽5-2、组合逻辑系统分析组合逻辑系统分析5-2-1、基本概念、基本概念5-2-2、基本功能模块基本功能模块5-2-3、含、含功能模块的组合逻辑行为分析功能模块的组合逻辑行为分析5-2-4、时间特性分析时间特性分析组合逻辑XZ7/21/202412电子系 骆丽5-2-1、基本概念、基本概念1、结构分析、结构分析2、逻辑行为分析、逻辑行为分析 建立逻辑模型 分析逻辑行为3、时间特性分析、时间特性分析 分析毛刺问题例例5-2-2例例5-2-3例例5-2-17/21/202413电子系 骆丽5-2-2、基本功能模块基本功能模块1、加法器、加法器 2、

8、算术运算单元、算术运算单元ALU3、编码器编码器4、译码器译码器5、比较器比较器6、数据选择器数据选择器7、数据分配器数据分配器 8、其他其他 奇偶校验发生器奇偶校验发生器/检查器检查器 函数发生器函数发生器7/21/202414电子系 骆丽1、加法器、加法器(1) 1位加法器位加法器 半加器半加器 BACOS0000010110011110全加器全加器 ACOBS COCICIACOBS COCIBACOS00000001010100101110100011011011010111115-2-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202415电子系 骆丽1、加法器、加法器(2) 多位并行加法

9、器多位并行加法器级联加法器级联加法器 超前进位加法器超前进位加法器CI0S2A1SCOAB CISCOAB CISCOAB CICO3S0S1A2B2B1A0B0S2A1SCOA B CISCOA B CISCOA B CICI0CO3S0S1A2B2B1A0B05-2-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202416电子系 骆丽1、加法器、加法器(3) 常用常用MSI加法器加法器 1位加法器位加法器4位位并行加法器并行加法器 1A1B1YCI1C0(a) 逻辑符号逻辑符号1C12Y2C11A1BCI1C0COCONC2YVCC1C01BNC1A1C11YGND74183114782C12C

10、02B2A(b) 引脚图引脚图B3Y3VCCY0A1B1Y1A0B0C074283114A3Y2A2B2 COCI03A03B03 ABC0YC4C4GND89B0A0B3B2A2Y2A3VCCY1B17483114GNDC0C4Y3Y0A189(a)逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图5-2-2、基本功能模块基本功能模块例例5-2-47/21/202417电子系 骆丽2、算术运算单元、算术运算单元ALU选择选择输出输出加加减减非非ABC0PVCCB0A0B1A1S0S1S274181120B3A3B2A2GGND1011F0F1F3F2ALU003A03B03FABS0FP1S12S2GCI

11、C0(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图S2S1S0功能功能000清除清除001B-A010A-B011A+B100A B101A+B110AB111置入置入5-2-2、基本功能模块基本功能模块例例5-2-57/21/202418电子系 骆丽3、编码器编码器X 2YX/YEN(1) 十十-二进制编码器二进制编码器I0Y0I101ENDEC/BIN23I2I3ENY112举例:一个4线-2线编码器5-2-2、基本功能模块基本功能模块逻辑符号逻辑符号7/21/202419电子系 骆丽3、编码器编码器(2) 十十-二进制优先编码器二进制优先编码器 举例: 一个 8线-3线优先编码器5-2-2

12、、基本功能模块基本功能模块(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图7/21/202420电子系 骆丽3、编码器编码器(3) 十进制十进制-BCD优先编码器优先编码器 01HPRI/BCD234568ABCD7919VCC76548CB7414711623DNCAGND89举例: 一个十进制-BCD优先编码器5-2-2、基本功能模块基本功能模块例例5-2-6(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图7/21/202421电子系 骆丽4、译码器译码器2X YX/YEN(1) 二二-十进制译码器十进制译码器 举例: 一个双 2线-4线译码器12BIN/DECEN0123ABGY0Y2Y3Y1V

13、CC1Y01B1A1G1Y11Y21Y374139116GND892Y02B2A2G2Y12Y22Y35-2-2、基本功能模块基本功能模块(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图7/21/202422电子系 骆丽4、译码器译码器(2) BCD-十进制译码器十进制译码器(4线线-10线译码器线译码器) 12BCD/DEC0123A0A1Y0Y2Y3Y14A2A38456Y5Y6Y47Y78Y89Y9VCCY3Y2Y1Y0Y4Y5Y67442116GND89A3A2A1A0Y9Y8Y75-2-2、基本功能模块基本功能模块(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图7/21/202423电子系

14、骆丽4、译码器译码器(3) BCD-7段数码译码器段数码译码器 bcdefagabcdefgabcdefgVCCVCCBI/RBOLTCBRBIDA74248116GND89bagfcde12BIN/7-segabcABbca4CD8defefdggLTRBIBI/RBO5-2-2、基本功能模块基本功能模块(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图共阴共阴共阳共阳7/21/202424电子系 骆丽4、译码器译码器(3) BCD-7段数码译码器段数码译码器 12BIN/7-segabcABbca4CD8defefdggLTRBIBI/RBO灭灯灭灯灭零灭零灯测试灯测试5-2-2、基本功能模块基

15、本功能模块例例5-2-7bcdefag逻辑符号逻辑符号7/21/202425电子系 骆丽5、比较器比较器(1) 1位比较器位比较器AFA=BBFABCOMPFAB5-2-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202426电子系 骆丽5、比较比较器器(2) 多位比较器多位比较器 AB=FA=BFABFAB0COMPA0A1FABA2A33A0B0B1B2B33BABA=BABABABFA=BFAB16981VCCGNDA0B0A1B1A2B2A3B3ABA=BABFAB举例: 一个4位比较器74855-2-2、基本功能模块基本功能模块(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图7/21/2024

16、27电子系 骆丽6、数据选择器数据选择器MUXABYMUXB1A0A1B0Y0Y1SelSel举例: 一个双4选1数据选择器 7415301MUXD0D0GY101A0A1GEN2D23D3Y2DB1DB0Y1VCCDA2DA3A!G1DA1DA0Y2GND7415311689DB2DB3A0G25-2-2、基本功能模块基本功能模块(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图7/21/202428电子系 骆丽6、数据选择器数据选择器举例: 一个一个8选选1数据选择器数据选择器7415101MUXD0D1GY01A0A1GEN2D23D3WD4D5D6D745672A2A0A1A2VCCD0D1

17、D2D3YWGGND7415111689D7D6D5D45-2-2、基本功能模块基本功能模块例例5-2-8(a) 逻辑符号逻辑符号(b) 引脚图引脚图7/21/202429电子系 骆丽7、数据分配器数据分配器DMUXY0Y1DMUXG1Y0Y1G0D0D1选择选择选择选择D举例:一个2线-4线数据分配器12BIN/DECEN0123ABGY0Y2Y3Y112DMUX0123ABDY0Y2Y3Y15-2-2、基本功能模块基本功能模块输入输出GBAY3Y2Y1Y01dd111100011100011101010101101101 11输入 输出D B AY3 Y2 Y1 Y0 1 d d1 1 1

18、 1 0 0 01 1 1 0 0 0 11 1 0 1 0 1 01 0 1 1 0 1 10 1 1 1 7/21/202430电子系 骆丽8、其他其他举例: 一个 9位奇偶校验发生器 74180(1) 奇偶校验发生器奇偶校验发生器/检查器检查器012k+1/2kABFEVG3G4EVENODD2C3DFODEFGH456743345-2-2、基本功能模块基本功能模块逻辑符号逻辑符号7/21/202431电子系 骆丽8、其他其他可以用译码器或编码器来实现(2) 函数发生器函数发生器举例1:D0&D2D1D3 111YE1F1VCC01MUXD0D1Y01FEG2D23D3035-2-2、基

19、本功能模块基本功能模块7/21/202432电子系 骆丽8、其他其他举例2:Y0& 111FA1B1Y1Y2Y312BIN/DEC0123ABY0Y2Y3Y1输入输入输出输出BAY3Y2Y1Y0F00000110100100100100111100015-2-2、基本功能模块基本功能模块可以用译码器或编码器来实现(2) 函数发生器函数发生器7/21/202433电子系 骆丽1、加法器的应用、加法器的应用 2、编码器的应用编码器的应用 3、译码器的应用译码器的应用 4、比较器的应用比较器的应用 5、数据选择器的应用数据选择器的应用 5-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为

20、分析7/21/202434电子系 骆丽1、加法器的应用、加法器的应用 COCI03A03B03 COCI03A03B03 C8Y0Y1Y2Y3Y5Y6Y7Y4A3A2A1A0B3B2B1B0A7A6A5A4B7B6B5B4(1) 加法器的扩展加法器的扩展 级联加法器级联加法器74LS2835-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析A + B = Y7/21/202435电子系 骆丽1、加法器的应用、加法器的应用(2) 加法器的扩展加法器的扩展 超前进位加法器超前进位加法器 COCIPQ Y0A0B0C0 COCIPQ C2A1B1& 1Y15-2-3、含功能模块的组合

21、逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/202436电子系 骆丽1、加法器的应用、加法器的应用(2) 减法器减法器 COCI03A03B03 A30B30Y301111VCCC474LS2835-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/202437电子系 骆丽2、编码器的应用编码器的应用I158Y1001HPRI/BIN2Y113456G1ENa7Y12123EO1GS1Y2001HPRI/BIN2Y213456G2ENa7Y22123EO2GS2G&EOGS&Y3Y1Y0Y2I70III74LS148编码器的扩展编码器的扩展5-2-3、含功能模块的

22、组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/202438电子系 骆丽2、编码器的应用编码器的应用5-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析编码器的扩展编码器的扩展7/21/202439电子系 骆丽3、译码器的应用译码器的应用74LS138(1) 译码器的扩展译码器的扩展5-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/202440电子系 骆丽3、译码器的应用译码器的应用74LS138的功能表的功能表5-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析(1) 译码器的扩展译码器的扩展7/21/202441电子系 骆丽

23、3、译码器的应用译码器的应用5-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析(1) 译码器的扩展译码器的扩展7/21/202442电子系 骆丽3、译码器的应用译码器的应用(2) 地址译码器地址译码器12BIN/OCTEN0123A4A5GY0Y2Y3Y1CSA3A2A1A0ROM164Y3Y2Y1Y0ICSA3A2A1A0ROM164Y3Y2Y1Y0IICSA3A2A1A0ROM164Y3Y2Y1Y0IIICSA3A2A1A0ROM164Y3Y2Y1Y0IVA3A2A1A0D3D2D1D05-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/2024

24、43电子系 骆丽4、比较器的应用比较器的应用 比较器的扩展比较器的扩展FAB3COMPPQP=QPQ2 1 03 2 1 0PQ3COMPPQP=QPQ2 1 03 2 1 0PQB2B3B4B5A0A1B0B1III74LS855-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/202444电子系 骆丽5、数据选择器的应用数据选择器的应用(1) 数据选择器的扩展数据选择器的扩展74LS153GY1A0A1DA4DB4DC4DD4Y201MUX01GEN2301MUX01GEN23DA3DB3DC3DD3DA1DB1DC1DD1DA2DB2DC2DD2Y3Y45-2-

25、3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/202445电子系 骆丽5、数据选择器的应用数据选择器的应用(2) 函数发生器函数发生器74LS15101MUXD0D1Y01ABGEN2D23D3WD4D5D6D745672C1VCCDFA0A1A2G5-2-3、含功能模块的组合逻辑行为分析含功能模块的组合逻辑行为分析7/21/202446电子系 骆丽5-3、同步时序逻辑系统分析同步时序逻辑系统分析 统一的时钟 次态由时钟、激励和现态共同决定 状态转换稳定5-3-1、基本概念、基本概念5-3-2、基本功能模块基本功能模块5-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模

26、块的同步时序逻辑行为分析5-3-4、时间特性分析时间特性分析记忆逻辑ZYXQ7/21/202447电子系 骆丽5-3-1、基本概念、基本概念例例5-3-1例例5-3-2例例5-3-31、结构分析、结构分析2、逻辑行为分析、逻辑行为分析 建立逻辑模型 电路图电路图逻辑图逻辑图 逻辑图逻辑图方程方程 （输出、状态、激励方程）输出、状态、激励方程） 方程方程功能表功能表 功能表功能表状态表和状态图状态表和状态图 分析逻辑行为3、时间特性分析、时间特性分析 分析毛刺问题记忆逻辑ZYXQ7/21/202448电子系 骆丽例例5-3-1 1 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析QQYZX 1&1&QQ

27、DCCLKZ = XQ1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 逻辑图 方程Qn+1= D =Yn输出方程:激励方程:状态方程: 7/21/202449电子系 骆丽例例5-3-1 1 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析QQYZX 1&1&QQDCCLK1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 功能表CLKXQnQn+1Zn 0000 0110 1010 1101其他其他0000其他其他0110其他其他1000其他其他1111Z = XQ7/21/202450电子系 骆丽例例5-3-1 1 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 状态表和状态图CLKXQnQn+1Zn 0000

28、 0110 1010 1101Other0000Other0110Other1000Other1111QQYZX 1&1&QQDCCLKXQn 0 1 0 0/01 1/01/0 0/1Qn+1/Zn 0 1 A A/0 B B/0A/1B/0XQnQn+1/ZnX/Zn7/21/202451电子系 骆丽例例5-3-1 1 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析QQYZX 1&1&QQDCCLKQ000101111XCP101010000012345678Z0010000001X/Zn1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 时序图时序图7/21/202452电子系 骆丽例例5-3-1 1 同步时序同

29、步时序逻辑行为分析逻辑行为分析2）分析逻辑行为）分析逻辑行为 X=0，系统处于保持状态，输出为系统处于保持状态，输出为0。 X=1，系统在时钟控制下在状态系统在时钟控制下在状态A和和B之间转换，之间转换，其输出在其输出在0和和1之间变化。之间变化。QQYZX 1&1&QQDCCLK这是一个这是一个1 1位的同步二进制计数器位的同步二进制计数器X/Zn7/21/202453电子系 骆丽例例5-3-2 2 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析输出方程: Q = Q2激励方程 :1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 逻辑图 方程1 DLCP1 1S0 1R 1S 1R 1S 1R Q12C1C1C1S

30、0 = DL, S1 = Q0 , S2 = Q1R0 = DL, R1 = Q0 , R2 = Q1状态方程 : Qin+1= Si +RiQinQ0n+1= DLQ1n+1= Q0nQ2n+1= Q1n7/21/202454电子系 骆丽例例5-3-2 2 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 功能表CP QLQ0nQ1nQ2nQ0n+1Q1n+1Q2n+10 0000000 0010000 0100010 0110010 1000100 1010100 1100110 1110111 0001001 0011001 0101011 0111011 1001

31、101 1011101 1101111 111111Q = Q2Q0n+1= DLQ1n+1= Q0nQ2n+1= Q1n1 DLCP1 1S0 1R 1S 1R 1S 1R Q12C1C1C17/21/202455电子系 骆丽例例5-3-2 2 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 状态表和状态图CPQLQ0nQ1nQ2nQ0n+1Q1n+1Q2n+10 0000000 0010000 0100010 0110010 1000100 1010100 1100110 1110111 0001001 0011001 0101011 0111011 1001101

32、 1011101 1101111 1111111 DLCP1 1S0 1R 1S 1R 1S 1R Q12C1C1C1111/1011/1111111/0011/0110110/1010/1101110/0010/0100101/1101/0100/1100/01011010001000001/1001/0000/1000/00DLQ0nQ1nQ2nH/1D/1HH/0D/0GG/1C/1FG/0C/0EF/1F/0E/1E/01DCBAB/1B/0A/1A/00DLQ0nQ1nQ2nQ0n+1Q1n+1Q2n+1/Qn7/21/202456电子系 骆丽例例5-3-2 2 同步时序同步时序逻辑

33、行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 状态表和状态图1 DLCP1 1S0 1R 1S 1R 1S 1R Q12C1C1C1H/1D/1HH/0D/0GG/1C/1FG/0C/0EF/1F/0E/1E/01DCBAB/1B/0A/1A/00DLQ0nQ1nQ2nQ0n+1Q1n+1Q2n+1/QnA1/00/0FBECGDH0/10/00/11/10/10/01/01/10/10/01/01/11/11/07/21/202457电子系 骆丽例例5-3-2 2 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 时序图1 DLCP1 1S0 1R 1S 1R 1

34、S 1R Q12C1C1C1A1/00/0FBECGDH0/10/00/11/10/10/01/01/10/10/01/01/11/11/04352Q0Q1Q2QCDL17/21/202458电子系 骆丽例例5-3-2 2 同步时序同步时序逻辑行为分析逻辑行为分析2）分析逻辑行为）分析逻辑行为 这是一个3位的串入/串出移位寄存器。1 DLCP1 1S0 1R 1S 1R 1S 1R Q12C1C1C14352Q0Q1Q2QCDL17/21/202459电子系 骆丽例例5-3-3 3 时间特性分析时间特性分析XCPYQ100111Z10100000001000110000100001111101

35、2345678011QQYZX 1&1&QQDCCLKZ = XQ7/21/202460电子系 骆丽5-3-2、基本功能模块基本功能模块1、寄存器寄存器 2、移位寄存器移位寄存器 串入串入/串出串出 串入串入/并出并出 并入并入/串出串出 并入并入/并出并出 双向双向3、计数器计数器7/21/202461电子系 骆丽1、寄存器寄存器数据数据寄存器寄存器输入使能输出使能 电平控制寄存器电平控制寄存器 边沿控制寄存器边沿控制寄存器 输入使能寄存器输入使能寄存器 输出使能寄存器输出使能寄存器 输入输入/输出使能寄存器输出使能寄存器使能输出数据电平控制寄存器电平控制寄存器使能输出数据边沿控制寄存器边沿

36、控制寄存器5-3-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202462电子系 骆丽1、寄存器寄存器(1) 电平控制寄存器电平控制寄存器D0ENC1OELED1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q71DQ5D5VCCD1D0Q0OEQ1Q2D274373120Q6D6D7Q7D4GND1011D3Q3Q4LE输入 输出 OE LE D Q 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 d Qn 1 d d Z DLE1DQC11OEEN5-3-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202463电子系 骆丽1、寄存器寄存器D0RC1CLRCLKD1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3

37、Q4Q5Q6Q71DQ5D5VCCD1D0Q0CLRQ1Q2D274273120Q6D6D7Q7D4GND1011D3Q3Q4CLKDCLK1DQC11CLR11R5-3-2、基本功能模块基本功能模块(2) 边沿控制寄存器边沿控制寄存器7/21/202464电子系 骆丽寄存器实例寄存器实例 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。CLKOED3D2D1D01ENENENENC11DC11DC11DC11D 这是一个4位的寄存器 是边沿触发的寄存器 具有三态输出 这是一个4位的具有三态输出的边沿触发控制寄存器。7/21/202465电子系 骆丽2、移位寄存器移位寄存器b0b1b2b3b4b5b

38、6b7左移/串出 串入/左移并入串入/右移右移/串出并出左移寄存器左移寄存器 右移寄存器右移寄存器5-3-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202466电子系 骆丽2、移位寄存器移位寄存器SRG4ACLR01S0S1MRQABCDSRSLC4CLKQBQCQD1,4D3,4D3,4D3,4D3,4D2,4DGND74194816VCC19BCDACLRSL SR S1S0QAQBQCQDCLK5-3-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202467电子系 骆丽移位寄存器实例移位寄存器实例 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。 4位串入/串出移位寄存器 是边沿触发的移位寄存器 这这是

39、是一一个个4位位的的边边沿沿触触发发控控制制串入/串出移位寄存器。1ACLK11S1RDMD0D1D2D3&BDLD0RC11S1RC11S1RC11S1RC101237/21/202468电子系 骆丽3、计数器计数器 同步计数器同步计数器 异步计数器异步计数器 加加计数器计数器 减减计数器计数器 基本计数器基本计数器 移位寄存器构成的计数器移位寄存器构成的计数器 边沿触发边沿触发 并行输出并行输出ABCDFE/0/0/0/0/1/0/0/0/0/1/0/0/05-3-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202469电子系 骆丽3、计数器计数器ABCDQAQBQCQDCTRDIV161CTP

40、CPCTTC5/2,3,4+G4G4M2M1CT=0COLDCR1,5D 1234CTP74161816VCC1QAQBQCQDCLKCRQAQBQCQDCTTGND9LDCO5-3-2、基本功能模块基本功能模块输入 输出 CRLD CTPCTTCPDCBA QCn+1 QCn+1 QBn+1 QAn+1 功能0ddddd d d d0 0 0 0 清除10ddDCBADCB A置入1111 d d d dQDnQCnQBnQAn+1 加计数110ddd d d dQDnQCnQBnQAn保持11d0dd d d d保持 QDnQCnQBnQAn7/21/202470电子系 骆丽3、计数器计数

41、器ABCDQAQBQCQDCTRDIV16G3G22+CT=0COCPUCR3D12481-CPDG1BO1CT=152CT=0LDQD74193816VCC1CRBOCOLDQBBQACPDCPUQCCGND9DA5-3-2、基本功能模块基本功能模块7/21/202471电子系 骆丽计数器实例计数器实例0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 13n 2n 2n 0n3n+12n+11n+10n+1Zn012345

42、67891011121314150 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 000000000000000011111111011011100101110101001100000000001001000110100010101100111/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。3）画出状态图）画出状态图7/21/202472电子系 骆丽计数器实例计数器

43、实例/01111111011011100101110101001100000000001001000110100010101100111/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。4）分析逻辑行为）分析逻辑行为 CPCKQZCKQF2RJCKQF0RCKQF1RRDF3QJJ&J&RQQQ 如果RD= 0, Q3 Q2 Q1 Q0 =0, 清除 如果RD= 1, CP=, 计数 如果RD= 1, CP, 保持 如果Q3 Q2 Q1 Q0 =1111, Z=1 如果Q3 Q2 Q1 Q0 1111, Z=0这是一个模16的同步计数器7/

44、21/202473电子系 骆丽计数器实例计数器实例 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。CP1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 逻辑图 方程激励方程 :输出方程:状态方程 : Qin+1= JiQin +KiQinCKQZCKQF2RJCKQF0RCKQF1RRDF3QJJ& J&RQQQ17/21/202474电子系 骆丽计数器实例计数器实例 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。Qin+1= JiQin +KiQinCKQZCKQF2RJCKQF0RCKQF1RRDF3QJJ& J&RQQQ17/21/202475电子系 骆丽计数器实例计数器实例 试分析下面电路的功能试分析下面电路的

45、功能。2）列出状态转换表）列出状态转换表0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 000000000000000013n 2n 1n 0n3n+12n+11n+10n+1Zn01234567891

46、011121314157/21/202476电子系 骆丽1、寄存器的应用寄存器的应用2、移位寄存器的应用移位寄存器的应用3、计数器的应用计数器的应用5-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析7/21/202477电子系 骆丽1、寄存器的应用寄存器的应用(1) 总线接口总线接口5-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析7/21/202478电子系 骆丽1、寄存器的应用寄存器的应用A74373D0D1D2D3D4D6D7D5Y0Y1Y2Y3Y4Y6Y7Y5OELE74373D0D1D2D3D4D6D7D5Y0Y1Y2Y3Y4Y6Y

47、7Y5OELE74139BENCSENRWY0Y2Y3Y111III5-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析(1) 总线接口总线接口7/21/202479电子系 骆丽2、移位寄存器的应用移位寄存器的应用(1) 并并/ /串转换或串串转换或串/ /并转换并转换74194ABCDS1SL SRS0QAQBQCQDCLRCLK74194ABCDS1SLSRS0QAQBQCQDCLRCLKData0IIIQ0Q7CLRCLK101Q1Q2Q3Q4Q5Q6DataCLRQ0CLKQ1Q2Q3Q4Q5Q6Q71234567812345-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行

48、为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析7/21/202480电子系 骆丽2、移位寄存器的应用移位寄存器的应用(2) 计数器计数器( (模数模数/ /环形计数环形计数) ) 74194ABCDS1SL SRS0QAQBQCQDCLRCLKCLRCLK10 1CLRQACLKQBQCQD12345671235-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析7/21/202481电子系 骆丽2、移位寄存器的应用移位寄存器的应用(2) 计数器计数器( (模数模数/ /环形计数环形计数) )74194ABCDS1SL SRS0QAQBQCQDCLRCLKCLK1S100015-

49、3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析7/21/202482电子系 骆丽2、移位寄存器的应用移位寄存器的应用(2) 计数器计数器( (模数模数/ /环形计数环形计数) )74194ABCDS1SL SRS0QAQBQCQDCLRCLKCLK1S1000115-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析7/21/202483电子系 骆丽3、计数器的应用计数器的应用(1) 模模n n计数器计数器 反馈预置法 74161ABCDCTPLDCTTQAQBQCQDCRCPCP101&CO000000000000000100000010010

50、000110000011001110000100110000101010011100000000011010000110001001011101011115-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析7/21/202484电子系 骆丽3、计数器的应用计数器的应用74161ABCDCTPLDCTTQAQBQCQDCRCPCP1011CO000000000000000100000010010000111010000000001001000010000110011110110000000011000000110111111110010101005-3-3、含功能模块的同

51、步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析(1) 模模n n计数器计数器 反馈预置法 7/21/202485电子系 骆丽3、计数器的应用计数器的应用74161ABCDCTPLDCTTQAQBQCQDCRCPCP&CO100000000000000010000001001000011010010010000000010000000011101000110010111100000000011000000110101001010101111115-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析(1) 模模n n计数器计数器 反馈清零法 7/21/202486电子系

52、骆丽3、计数器的应用计数器的应用74161ABCDCTPLDCTTQAQBQCQDCRCPCP&CO1CRQACLKQBQCQD12345678901295-3-3、含功能模块的同步时序逻辑行为分析含功能模块的同步时序逻辑行为分析(1) 模模n n计数器计数器 反馈预置法 7/21/202487电子系 骆丽5-4、异步时序逻辑系统分析异步时序逻辑系统分析 脉冲异步逻辑系统脉冲异步逻辑系统 电平异步逻辑系统电平异步逻辑系统记忆逻辑ZYXQ延迟ZYXQ7/21/202488电子系 骆丽 没有统一的时钟 同时只有一个输入有效 状态转换稳定 5-4-1、基本概念、基本概念5-4-2、基本功能模块基本功

53、能模块5-4-3、含功能模块的异步时序逻辑行为分析含功能模块的异步时序逻辑行为分析5-4、异步时序逻辑系统分析异步时序逻辑系统分析记忆逻辑ZYXQ7/21/202489电子系 骆丽5-4-1、基本概念、基本概念例例5-4-1记忆逻辑ZYXQ1、结构分析、结构分析2、逻辑行为分析、逻辑行为分析 建立逻辑模型 分析逻辑行为3、时间特性分析、时间特性分析 分析毛刺问题7/21/202490电子系 骆丽1、二进制异步计数器、二进制异步计数器2、十进制异步计数器十进制异步计数器5-4-2、基本功能模块基本功能模块例例5-4-2Q0Q1Q2Q3G3G22+CT=0S92S913DG1CP1CTRDIV10

54、CP0R02R0174LS2907/21/202491电子系 骆丽5-4-3、含功能模块的异步时序逻辑行为分析含功能模块的异步时序逻辑行为分析Q0Q1Q2Q3074290R02R01S92S91CP1CP00CLKCLKQ3Q2Q1Q0CP1C1SQ0&1J1K1JRTC1T&S91S92R01R02CP0R 1 1RRSQ1Q2Q3S1KS1117/21/202492电子系 骆丽例例5-4-1 1 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析输出方程: Z = XQ1Q2激励方程:1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 逻辑图 方程状态方程： Qn+1= CD+CQnC1Q1X11D&1&ZC1

55、1DIIIQ27/21/202493电子系 骆丽例例5-4-1 1 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析Z = XQ1Q21）建立逻辑模型）建立逻辑模型 功能表11001111011000001100101Q1n Q2n CP1CP2ZnQ1n+1Q2n+11100dQ2n1010dQ1n11110XC1Q1X11D&1&ZC11DIIIQ27/21/202494电子系 骆丽例例5-4-1 1 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 状态表和状态图11001111001000001100101Q1n Q2n CP1CP2ZnQ1n+1Q2n+

56、11100dQ2n1010dQ1n11110XC1Q1X11D&1&ZC11DIIIQ27/21/202495电子系 骆丽例例5-4-1 1 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 时序图Z = XQ1Q2C1Q1X11D&1&ZC11DIIIQ2123456CP2XZCP1Q2Q17/21/202496电子系 骆丽例例5-4-1 1 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析2）分析逻辑行为分析逻辑行为C1Q1X11D&1&ZC11DIIIQ2 X=I0, 系统处于保持状态。 X= I1, 如果初始状态不是状态B ，则系统在A , C和D之间周期

57、循环。 X= I1, 如果初始状态是状态B ，则系统永远停留在状态B 。 这是一个模3的脉冲异步计数器，但不能自启动。7/21/202497电子系 骆丽例例5-4-2 2 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析输出方程:激励方程:状态方程: 1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 逻辑图 方程TJKF2F0F1F3CP1C1SQ0&1J1K1JRTC1T&S91S92R01R02CP0R 1 1RRSQ1Q2Q3S1KS1117/21/202498电子系 骆丽例例5-4-2 2 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型F2F0F1F3CP1C1SQ0&1

58、J1K1JRTC1T&S91S92R01R02CP0R 1 1RRSQ1Q2Q3S1KS1117/21/202499电子系 骆丽例例5-4-2 2 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 功能表F2F0F1F3CP1C1SQ0&1J1K1JRTC1T&S91S92R01R02CP0R 1 1RRSQ1Q2Q3S1KS1117/21/2024100电子系 骆丽例例5-4-2 2 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 状态表和状态图F2F0F1F3CP1C1SQ0&1J1K1JRTC1T&S91S92R01R02CP

59、0R 1 1RRSQ1Q2Q3S1KS1110000000000000101000001011110000000010001100001107/21/2024101电子系 骆丽例例5-4-2 2 脉冲异步时序脉冲异步时序逻辑行为分析逻辑行为分析2）分析逻辑行为分析逻辑行为 两个异步计数器 一个是模5异步计数器 另一个是模2异步计数器F2F0F1F3CP1C1SQ0&1J1K1JRTC1T&S91S92R01R02CP0R 1 1RRSQ1Q2Q3S1KS111000000001010000101111100011000110 这是一个模2和模5的脉冲异步计数器，可以连接成模10的计数器。7/2

60、1/2024102电子系 骆丽例例5-2-1 建立逻辑模型建立逻辑模型A1Y1A2Y2A3Y3A6Y6A5Y5A4Y4VCCGND7404A1B1Y1A2B2Y2B4A4Y4B3A3Y3VCCGND74001781417814A0A1Y0Y1Y2Y3 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 A1 & & & & 1 1 逻辑图7/21/2024103电子系 骆丽例例5-2-2 组合组合逻辑行为分析逻辑行为分析1）建立逻辑模型）建立逻辑模型 表达式表达式 = =+ += =BABABAW= =ABCWY 1 CBAY1Y00001100000101001110010111011101001101011 真

61、值表真值表 Y0Y1A& 111& 111&1&BCW= = =+ += =CBAWCWCWCY0 = = AB+BC+AC7/21/2024104电子系 骆丽例例5-2-2 组合组合逻辑行为分析逻辑行为分析2）分析逻辑行为）分析逻辑行为 CB AY1Y00001100000101001110010111011101001101011 三个数相加的三个数相加的1位加法器位加法器 Y0 是和位是和位Y1 是进位是进位或者或者 带低位进位的带低位进位的1位加法器位加法器 Y0是和位是和位 Y1是进位是进位Y0Y1A& 111& 111&1&BCWY1= = A B CY0= = AB+BC+AC7

62、/21/2024105电子系 骆丽例例5-2-3 延迟时间延迟时间分析分析 B A C F 3）表达式）表达式1）标注逻辑值）标注逻辑值2）真值表）真值表BACF01 1010101010101011011100010101017/21/2024106电子系 骆丽例例5-2-3 延迟时间延迟时间分析分析 B A C F 4）选择电路）选择电路非均匀延迟非均匀延迟 F B A C & & 1 1 均匀延迟均匀延迟 F B A C 1 & & 1 1 1 7/21/2024107电子系 骆丽例例5-2-4 加法器加法器CBAZY00000001010100101110100011011011010

63、11111=1C=1YBA& 1Z 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。 这是一个这是一个1位全加器。位全加器。7/21/2024108电子系 骆丽例例5-2-5 ALU10011000011110101010101010110011001 011001111000011000011111111000000FBAS1S0ORNOTANDNXOR1BA& 1FS01&=1S11& 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。1 这是一个实现这是一个实现1位逻辑或、非、与和异或的位逻辑或、非、与和异或的ALU7/21/2024109电子系 骆丽例例5-2-6 编码器编码器 试分析下面电路的功能

64、试分析下面电路的功能。&0& 1&11111123EIA0GSEOA1 1 1 这是一个这是一个4线线-2线线优先优先编码器编码器7/21/2024110电子系 骆丽例例 5-2-7译码器译码器 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。ABCD& 1K0K1K2K3K4K5K6K7 1& 1&111K0 = AK5 = 0K6 = 0K7 = 07/21/2024111电子系 骆丽例例5-2-7 译码器译码器 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。K0 = AK5 = 0K6 = 0K7 = 07/21/2024112电子系 骆丽例例5-2-7译码器译码器 试分析下面电路的功能试分析下面

65、电路的功能。这是一个译码器这是一个译码器二进制二进制-BCD(2位位)7/21/2024113电子系 骆丽例例 5-2-8 数据选择器数据选择器 试分析下面电路的功能试分析下面电路的功能。A&CBD 1 111Y0Y1E1F F是一个使能信号是一个使能信号 如果F=1, Y1=Y0 =0, 不使能 如果F=0, Y1 和Y0 由E, A,B,C,D确定 E是一个选择信号是一个选择信号 如果E=1, Y1=B, Y0 =D 如果E=0, Y1=A, Y0 =C 这是一个双这是一个双2选选1数据选择器数据选择器01MUXABY1EFENY201AB7/21/2024114电子系 骆丽例例5-1-1

66、Cin rin ro Co r1r2Vin V1 V2 Vo V1VinV2VoVoet1t2t1t27/21/2024115电子系 骆丽例例5-1-2V10.2V2VTTL不能正常工作不能正常工作7/21/2024116电子系 骆丽例例5-1-3VDDNMOSPMOSABY7/21/2024117电子系 骆丽ABABCF毛刺毛刺例例5-1-4 冒险冒险: 出现毛刺现象 静态冒险静态冒险: 输入改变期间出现的短暂冒险 动态冒险动态冒险: 多个输入的不均匀延迟而引起的冒险竞争竞争: 多个输入的不均匀延迟FBAC&AB7/21/2024118电子系 骆丽74HC373D0 174HC373D7D8D15Q0Q7Q8Q15VCCVCCRCS74HC32例例5-1-5EDA工具中的电路模块。工具中的电路模块。 16位位数据总线的控制电路数据总线的控制电路 7/21/2024119电子系 骆丽EDA工具中的逻辑元件。工具中的逻辑元件。串行移位串行移位/并行置并行置入控制信号入控制信号时钟时钟1BCDQC CDQC CDQC CDQC CD使能使能串行输入串行输入SA并行置入并行置入QQA11111111111&例例5-1-64位异步置入计数器仿真位异步置入计数器仿真7/21/2024120电子系 骆丽