《数字电子技术基础：第6章_时序逻辑电路_上》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术基础：第6章_时序逻辑电路_上（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章第六章 时序逻辑电路时序逻辑电路寄存器寄存器学习要点：学习要点：学习要点：学习要点：时序电路的描述方法、时序电路的描述方法、分析方法分析方法分析方法分析方法和和设计方法设计方法设计方法设计方法计数器、寄存器计数器、寄存器计数器、寄存器计数器、寄存器等中规模集成电路的逻辑功能等中规模集成电路的逻辑功能和使用方法和使用方法用中规模计数器设计用中规模计数器设计任意进制计数器任意进制计数器任意进制计数器任意进制计数器的方法的方法7475/175, 747475/175, 74194194, , 7474161/160161/160, ,74191/193/190, 7474191/193/190
2、, 742902906.1 6.1 概述概述一、时序逻辑电路的特点一、时序逻辑电路的特点1.1.功能上：功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来的状态有关与电路原来的状态有关。例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加2. 2. 电路结构上电路结构上包含存储电路和组合电路包含存储电路和组合电路存储器状态和输入变量共同决定输出存储器状态和输入变量共同决定输出二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法二、时序电路的一般结构形式与功能描述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
3、态图、时序图、逻辑图等6种方式表示，这些表示方法在本质上是相同的，可以互相转换可以用三个方程组来描述：可以用三个方程组来描述：三、时序电路的分类三、时序电路的分类1.1.根据时钟分类：同步时序电路和异步时序电路根据时钟分类：同步时序电路和异步时序电路同步：各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一个统一的时同步：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。钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。异步：各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有统一的时钟异步：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
4、时，电路中要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，是异步进行的更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的2.2.根据输出分类根据输出分类：MealyMealy型和型和MooreMoore型型简介简介简介简介MooreMoore型状态机：次态型状态机：次态= =f f ( (现态，输入现态，输入) )， 输出输出= =f f（现态）；（现态）； MealyMealy型状态机：次态型状态机：次态= =f f ( (现态，输入现态，输入) )， 输出输出= =f f（现态，输入）。（现态，输入）。MooreMoore型与型与MealyMealy型两种状态
5、机的不同点在于：型两种状态机的不同点在于：MooreMoore型状态机的型状态机的输出信号输出信号是直接由状态寄存器译码得到；是直接由状态寄存器译码得到；MealyMealy型状态机则是以现时的型状态机则是以现时的输入信号输入信号结合即将变成次态的结合即将变成次态的现态现态，编码成输出信号。，编码成输出信号。 6.2 6.2 时序电路的分析方法时序电路的分析方法6.2.1 6.2.1 同步时序电路的分析方法同步时序电路的分析方法分析：找出给定时序电路的逻辑功能分析：找出给定时序电路的逻辑功能即找出在输入和即找出在输入和CLKCLK作用下，电路的次态和输出。作用下，电路的次态和输出。一般步骤：一
6、般步骤：从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程（输入的逻辑式），得到整个电路的（输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程。驱动方程。将驱动方程代入触发器的特性方程，得到将驱动方程代入触发器的特性方程，得到状态方程。状态方程。从给定电路写出从给定电路写出输出方程。输出方程。例例1：TTL电路电路6.2.2 时序电路的描述时序电路的描述一、状一、状态转换表表0 00 00 00 00 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 01 10 00 01 11 10 00 01 11 11 10 00 00 01 10 00 01 10
7、01 10 01 10 01 11 11 10 00 01 11 10 00 00 00 01 11 11 11 10 00 00 01 10 00 00 00 00 01 10 00 01 10 02 20 01 10 00 03 30 01 11 10 04 41 10 00 00 05 51 10 01 10 06 61 11 10 01 17 70 00 00 00 00 01 11 11 11 11 10 00 00 00 0二、状态转换图二、状态转换图四、时序图（波形图）四、时序图（波形图）例例例例2 2：（4 4）列状态转换表列状态转换表（5 5）状）状）状）状态转换图态转换图0
8、0000101101011110 001/001/010/010/011/011/000/100/11 111/111/100/000/001/001/010/010/0例例例例3 3 3 3时钟方程：时钟方程：输出方程：输出方程：输出仅与电路现态有关，为穆尔型输出仅与电路现态有关，为穆尔型时序电路。时序电路。同步时序电路的时钟方程可同步时序电路的时钟方程可省去不写。省去不写。驱动方程：驱动方程：1 1写写方方程程式式2 2求状态方程求状态方程JKJK触发器的特性方程：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：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
9、计算、列状态表0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 10 0 00 1 01 0 01 1 0000011004 4画画状状态态图图、时时序序图图状态转换图状态转换图时时序序波波形形图图5 5电路功能电路功能有有效效循循环环的的6 6个个状状态态分分别别是是0 05 5这这6 6个个十十进进制制数数字字的的格格雷雷码码，并并且且在在时时钟钟脉脉冲冲CPCP的的作作用用下下，这这6 6个个状状态态是是按递增规律变化的，即：按递增规律变化的，即：0000010111111101000000000010111111101
10、00000所所以以，这这是是一一个个用用格格雷雷码码表表示示的的六六进进制制同同步步加加法法计计数器。数器。当当对对第第6 6个个脉脉冲冲计计数数时时，计计数数器器又又重重新新从从000000开开始始计计数，并产生输出数，并产生输出Y Y1 1。例例例例4 4 4 4输出方程：输出方程：输出与输入有关，为输出与输入有关，为米利型时序电路。米利型时序电路。同步时序电路，时钟方程省去。同步时序电路，时钟方程省去。驱动方程：驱动方程：1 1写写方方程程式式2 2求状态方程求状态方程T T触发器的特性方程：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：将各触发器的驱动方程代入，即得电
11、路的状态方程：3计算、列状态表计算、列状态表4 45 5电电路路功功能能由状态图可以看出，由状态图可以看出，当当输输入入X X 0 0时时，在在时时钟钟脉脉冲冲CP CP 的的作作用用下下，电电路路的的4 4个个状状态态按按递递增规律循环变化，即：增规律循环变化，即：00011011000001101100当当X X1 1时时，在在时时钟钟脉脉冲冲CP CP 的的作作用用下下，电电路路的的4 4个个状状态态按按递递减减规规律律循环变化，即：循环变化，即：00111001000011100100可可见见，该该电电路路既既具具有有递递增增计计数数功功能能，又又具具有有递递减减计计数数功功能能，是是
12、一一个个2 2位二进制同步可逆计数器。位二进制同步可逆计数器。状状态态图图时时序序图图*6.2.3 *6.2.3 异步时序逻辑电路的分析方法异步时序逻辑电路的分析方法各触发器的时钟不同时发生各触发器的时钟不同时发生例：例：TTLTTL电路电路6.3 6.3 若干常用的时序逻辑电路若干常用的时序逻辑电路6.3.1 6.3.1 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器一、寄存器一、寄存器用于寄存一组二值代码，用于寄存一组二值代码，N N位寄存器由位寄存器由N N个触发器组成，可存放一组个触发器组成，可存放一组N N位二值代码。位二值代码。只要求其中每个触发器可置只要求其中每个触发器可置1 1，置，置0
13、 0。例例1 1：例：用维例：用维- -阻触发器结构的阻触发器结构的74HC17574HC175二、移位寄存器（二、移位寄存器（代码在寄存器中左代码在寄存器中左/ /右移动右移动）具有存储具有存储 + + 移位功能移位功能应用应用寄存：移位： 数据传输速率调整,序列脉冲发生器代码转换： 串 并数值运算：左移一位，X2；右移一位，除20100 0100 二进制数二进制数1001000 0 二进制数二进制数左移补零，左移补零，乘以乘以74LS194A74LS194A：左左/ /右移，并入右移，并入/ /并出，串入并出，串入并出，串入并出，串入串出，保持，异步置零串出，保持，异步置零等功能等功能RDS1S0工作状态工作状态0XX置零置零100保持保持101右移右移110左移左移111并行输入并行输入1、扩展应用（、扩展应用（4位位 8位）位）2 2、进行运算、进行运算t=t1 Y=M+Nt=t2 Y=M2+N2t=t3 Y=M22+N2t=t4 Y=M222+N2作业作业6.2、6.5、6.9、6.10熟练熟练 QuartusII 原理图设计原理图设计操作操作
