第七章-时序逻辑电路课件

下一页总目录章目录返回上一页第七章时序逻辑电路7.1时序电路概述7.2计数器7.3寄存器和移位型计数器7.4顺序脉冲发生器下一页总目录章目录返回上一页电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，当输入信号消失后，电路状态仍维持不变。这种具有存贮记忆功能的电路称为时序逻辑电路。一、时序逻辑电路的特点及功能描述方法第一节概述（1）时序逻辑电路的特点下一页总目录章目录返回上一页w1Wk（2）时序电路逻辑功能表示方法输入信号输出信号存储电路现在输入信号——触发器的同步驱动信号存储器的现在输出信号——触发器的现态下一页总目录章目录返回上一页(3)时序电路的分类同步时序电路与异步时序电路同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的CP,状态变化发生在同一时刻异步：没有统一的CP,触发器状态的变化有先有后下一页总目录章目录返回上一页(4)时序逻辑电路功能的描述方法时序电路的逻辑功能可用逻辑方程式、状态表、状态图、时序图、卡诺图和逻辑图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。1）逻辑方程式包括]tQ,tF[XtYnnn输出方程]tQ,tG[WtQnn1n状态方程]tQ,tH[XtWnnn驱动方程触发器的次态触发器的现态下一页总目录章目录返回上一页读法：处于现态Qn的时序电路，当输入为X时，该电路将进入输出为Y的次态Qn+1。2）状态表（也叫状态转换表）输入现态次输态出Q(tn)X(tn)Q(tn+1)/Y(tn)【表示方法1】下一页总目录章目录返回上一页如果将任何一组输入变量和电路初态的取值代入状态方程和输出方程，就可以算出电路的次态Qn+1和现态下的输出值Y；把得到的次态做为新的初态，和这时的输入变量取值一起再代入状态方程和输出方程进行计算，又得到一组新的次态和输出值。就这样继续下去，把全部的计算结果列成真值表的形式，就得到了状态转换表。【表示方法2】输入现态次态输出XQ1nQ0nQ1n+1Q0n+1Y★※※＃＃◆★＃＃▲▲◆★▲▲……◆………………下一页总目录章目录返回上一页在状态转换图中用圆圈表示电路的各个状态，用箭头表示状态转换的方向。同时，还在箭头旁注明了状态转换前的输入变量取值和输出值。通常把输入变量取值写在斜线以上，把输出值写在斜线以下。3）状态图（也叫状态转换图）比如：Q1Q0X/Y00010/01/10/11/0下一页总目录章目录返回上一页1.时序电路的分析步骤：电路图写方程（1）时钟方程（对异步时序电路而言）（2）各触发器的驱动方程（3）输出方程各触发器的状态方程状态图、状态表或时序图判断电路逻辑功能1234二、分析时序电路逻辑功能的基本方法下一页总目录章目录返回上一页2.同步时序逻辑电路的分析举例例1：试分析如图的时序电路。YQ1Q1Q2Q21JC11K1JC11K1JC11K&Q0Q0CPFF0FF1FF2下一页总目录章目录返回上一页时钟方程：CPCPCPCP012nnQQY21nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212输出方程：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YQ1Q1Q2Q21JC11K1JC11K1JC11K&Q0Q0CPFF0FF1FF2下一页总目录章目录返回上一页②求状态方程JK触发器的特性方程：nnnQKQJQ1将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQ202020000100101011111112121222212nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212驱动方程：下一页总目录章目录返回上一页0001000101112YQQQnnn0001010101112YQQQnnn0001001101112YQQQnnn0001011101112YQQQnnn1100100101112YQQQnnn1100110101112YQQQnnn0000101101112YQQQnnn③计算、列状态表现态次态输出nnnQQQ012101112nnnQQQY00000101001110010111011100101110111100001010011000001100nnnnnnnnQQYQQQQQQ212100111120000111101112YQQQnnn下一页总目录章目录返回上一页④画状态图、时序图状态图000→001→011/1↑↓/0100←110←111/0/0/0/0(a)有效循环010101(b)无效循环/0/1排列顺序：/YnnnQQQ012下一页总目录章目录返回上一页时序图CPQ0Q1Q2Y下一页总目录章目录返回上一页有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个状态是按递增规律变化的，即：000→001→011→111→110→100→000→…所以这是一个用格雷码表示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Y＝1。⑤电路功能下一页总目录章目录返回上一页第二节计数器计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，可累计输入脉冲的个数，可用于定时、分频、时序控制等。分类加法计数器减法计数器可逆计数器(按计数功能)异步计数器同步计数器(按计数脉冲引入方式)二进制计数器十进制计数器N进制计数器(按计数制)下一页总目录章目录返回上一页二、同步计数器按二进制的规律累计脉冲个数，它也是构成其它进制计数器的基础。要构成n位二进制计数器，需用n个具有计数功能的触发器。（一)同步二进制计数器同步计数器：计数脉冲同时接到各位触发器，各触发器状态的变换与计数脉冲同步。下一页总目录章目录返回上一页nnnnnQQQTKJQQTKJQTKJTKJ12344412333n122211114位二进制同步加法计数器的电路连接规律：驱动方程输出方程nnnQQQQC123n41、同步二进制计数器下一页总目录章目录返回上一页nnnnnQQQTKJQQTKJQTKJTKJ12344412333n12221111求状态方程驱动方程1、同步二进制计数器T触发器的特性方程nn1TTQQQn将驱动方程代入特性方程n4123n4123n44n441n4n312n312n33n331n3n2n1n2n1n22n221n2n1n1n1n11n111n1TTTTTT11TTQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQnnnnnnnnnn下一页总目录章目录返回上一页4位二进制同步加法计数器若计数脉冲频率为f0，则Q1、Q2、Q3、Q4端输出脉冲的频率依次为f0的1/2、1/4、1/8、1/16。因此又称为分频器。n1n2n3n4QQQQC/nQ1nQ2nQ3nQ4下一页总目录章目录返回上一页二进制数Q3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001101010111011121100131101141110151111160000脉冲数(C)二进制加法计数器状态表从状态表可看出：最低位触发器F0每来一个脉冲就翻转一次；F1：当Q0=1时，再来一个脉冲则翻转一次；F2：当Q0=Q1=1时，再来一个脉冲则翻转一次。①同步二进制加法计数器F3：当Q0=Q1=Q3=1时，再来一个脉冲则翻转一次。根据二进制加法运算规则可知：在多位二进制数末位加1，若第i位以下皆为1时，则第i位应翻转。并行进位下一页总目录章目录返回上一页原理：根据二进制减法运算规则可知：在多位二进制数末位减1，若第i位以下皆为0时，则第i位应翻转。由此得出规律，若用T触发器构成计数器，则第i位触发器输入端Ti的逻辑式应为：1...011TQQQTiii2.同步二进制减法计数器1Q2Q3Q4Q&&CP&下一页总目录章目录返回上一页四位二进制同步加法计数器级间连接的逻辑关系触发器翻转条件J、K端逻辑表达式J、K端逻辑表达式F0每输入一C翻一次F1F2F3J0=K0=1Q0=1J1=K1=Q0Q0=Q1=1J2=K2=Q1Q0Q0=Q1=Q2=1J3=K3=Q1Q1Q0J0=K0=1J1=K1=Q0J2=K2=Q1Q0J3=K3=Q2Q1Q0（加法）（减法）下一页总目录章目录返回上一页（二）同步十进制计数器十进制计数器：计数规律：“逢十进一”。它是用四位二进制数表示对应的十进制数，所以又称为二-十进制计数器。四位二进制可以表示十六种状态，为了表示十进制数的十个状态，需要去掉六种状态，具体去掉哪六种状态，有不同的安排，这里仅介绍广泛使用8421编码的十进制计数器。下一页总目录章目录返回上一页二进制数Q3Q2Q1Q0脉冲数(C)十进制数0123456789100000000100100011010001010110011110001001000001234567890十进制加法计数器状态表1.同步十进制加法计数器下一页总目录章目录返回上一页RDQJKQF1QJKQF2CP计数脉冲QJKQF3QJKQQ4F4Q3Q2Q1C&十进制同步加法计数器1.同步十进制加法计数器下一页总目录章目录返回上一页RDQJKQF1QJKQF2CP计数脉冲QJKQF3QJKQQ4F4Q3Q2Q1C&十进制同步加法计数器1.同步十进制加法计数器111KJnnQQQJ121n42K，nnQQKJ1233nnnnQQQQJ141234K，nQQC1n4下一页总目录章目录返回上一页nnnnnnnnQQQQJQQKJQQQJKJ1412341233121n4211KK1，，驱动方程输出方程nQQC1n41.同步十进制加法计数器下一页总目录章目录返回上一页求状态方程驱动方程JK触发器的特性方程nn1KJQQQn将驱动方程代入特性方程nnnnnnnnQQQQJQQKJQQQJKJ1412341233121n4211KK1，，n41n4123n44n441n4n312n312n33n331n3n2n1n21n4n22n221n2n1n1n1n11n111n1KJKJKJ11KJQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQnnnnnnnnn1.同步十进制加法计数器下一页总目录章目录返回上一页画状态转换图n1n2n3n4QQQQC/00000001/00010/00011/00100/0/1/10110/00111/0/010001001/011101111/0110010101011/0/1/011010101/0n41n41231n4n312n3121n3n21n21n41n2n11n1QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQnnnnnnnnnn十进制计数器能自启动下一页总目录章目录返回上一页Q1Q2Q3Q4CC12345678910十进制计数器工作波形下一页总目录章目录返回上一页器件实例：74160工作状态X0XXX置0（异步）10XX预置数（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111计数ETEPDLRCLKD下一页总目录章目录返回上一页异步二进制加法计数