数字电子技术时序逻辑电路（PPT 57）

第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载数字电子技术第5章时序逻辑电路范立南代红艳恩莉刘明丹中国水利水电出版社第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载第5章时序逻辑电路5.1时序逻辑电路的分析方法5.2若干常用的时序逻辑电路5.3时序逻辑电路的设计方法第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载时序电路逻辑功能上的特点：任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态有关。时序逻辑电路的框图如图5-1所示：图5-1时序逻辑电路的框图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载1）时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，其中存储电路必不可少。2）存储电路的输出和输入信号共同确定时序电路的输出。驱动方程：状态方程：输出方程：这三个方程能够全面描述一个时序电路的逻辑功能。)(),()(nnntttQXFY)(),()(nnntttQXGZ)(),()(nn1ntttQZHQ第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载直观描述时序电路中全部状态转换关系的方法：状态转换表、状态转换图和时序图。状态转换表的列写方法：任意设定电路的1组输入变量取值和1种初态，代入该电路的状态方程和输出方程，得到电路的次态和输出；以得到的次态作为新的初态，连同此时的输入变量取值，再代入状态方程和输出方程，得到新的次态和输出，直至将电路中全部状态转换关系全部列成表格即可。时序图是在一系列时钟脉冲的作用下，电路的状态和输出随时间变化的波形图。按照触发器状态翻转先后可分为：同步时序电路和异步时序电路。按照输出信号的特点不同可分为：摩尔型和米里型。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载5.1时序逻辑电路的分析方法5.1.1同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的分析是已知同步时序逻辑电路的逻辑图，找出其逻辑功能。分析步骤：1.写驱动方程；2.写状态方程；3.写输出方程。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载[例5-1]试分析图5-2所示时序逻辑电路的逻辑功能，要求①写出驱动方程、状态方程和输出方程；②列出状态转换表；③画出状态转换图；④画出时序图；⑤判断电路能否自启动？第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载解：该电路为1个摩尔型同步时序逻辑电路。写驱动方程：写状态方程：写输出方程：QKQQJQKQQJKJ1321312312111QQQQQQQQQQQQQQn31n321n31n21n231n2111n1QQY31第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载列出状态转换表：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载画出状态转换图：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载画时序图：该电路能够自启动。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载5.1.2异步时序逻辑电路的分析方法异步时序电路的分析步骤：①写时钟方程；②写驱动方程；③写状态方程；④写输出方程。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载[例5-2]试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换表，并画出状态转换图。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载解：图5-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。写时钟方程：写驱动方程：写状态方程：CPCP00QCPCP031QCP12111132132213100KQQJKJKQJKJ下降沿动作）（下降沿动作）（下降沿动作）（下降沿动作）（QQQQQQQQQQQQCPQQ0n3211n31n21n20n131n10n01n0第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载列状态转换表：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载画状态转换图：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载5.2若干常用的时序逻辑电路5.2.1寄存器1.基本寄存器图5-2双2位寄存器74LS75的逻辑图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-2所示为双2位寄存器74LS75的逻辑图。当=1时，送到数据输入端的数据被存入寄存器，当=0时，存入寄存器的数据将保持不变。如图5-3所示为4位寄存器74LS175的逻辑图。该寄存器具有异步清零功能，当=0时，触发器全部清零；当=1，出现上升沿时，送到数据输入端的数据被存入寄存器，实现送数功能。由于此寄存器是由边沿触发器构成，所以其抗干扰能力很强。CPACPARDRD第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-34位寄存器74LS175的逻辑图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2.移位寄存器移位寄存器不仅具有存储的功能，而且还有移位功能，可以用于实现串、并行数据转换。如图5-4所示为4位移位寄存器的逻辑图。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载假设串行信号输入端，依次输入1011，并设初态为0，画出电压波形图：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载5.2.2计数器计数器是能够用来记录输入脉冲的个数的逻辑电路。按照计数器中的各个触发器状态翻转先后，可分为同步计数器和异步计数器；按照计数过程中，数字的增减可分为：加法计数器、减法计数器和可逆计数器；按照计数过程中数字的编码方式可分为：二进制计数器和二-十进制计数器等。按照计数容量可分为：十进制计数器、十六进制计数器、进制计数器等。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载1.同步计数器1)同步二进制计数器第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载写驱动方程：写状态方程：写输出方程：QQQTQQTQTT01230120101QQQQQQQQQQQQQQ30121n32011n2101n101n0)()(QQQQC0123第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载状态转换表：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-4同步二进制加法计数器的状态转换图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-5同步二进制加法计数器的时序图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-8同步4位二进制加法计数器74LS161的逻辑图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载表5-1同步4位二进制加法计数器74LS161的功能表第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2）同步十进制计数器第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载写驱动方程：写状态方程：写输出方程：QQQQQTQQTQQTT03012301230101QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ3030123030121n32012011n23011301n101n0)()(QQC03第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载表5-2同步十进制加法计数器的状态转换表第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-9同步十进制加法计数器的状态转换图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载同步十进制加法计数器74LS160的逻辑图：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载异步计数器1）异步二进制计数器图5-10异步3位二进制加法计数器的逻辑图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载该计数器在计数过程中是递增计数的，且实现的是八进制。图5-11异步3位二进制加法计数器的时序图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-12异步3位二进制减法计数器的逻辑图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载该计数器在计数过程中是递减计数的，且实现的是八进制。图5-13异步3位二进制减法计数器的时序图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2）异步十进制计数器图5-14异步十进制加法计数器的逻辑图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载该计数器在计数过程中是递增计数的，且实现的是十进制。图5-15异步十进制加法计数器的时序图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载3．任意进制计数器的实现进制计数器实现为进制计数器的方法有两种：复位法和置位法。复位法的原理示意图：M第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载[例5-3]试用复位法将同步十进制加法计数器74LS160接成五进制计数器。解：第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载置位法的原理：从电路的任意状态开始，计数器接受计数脉冲，接受到第M-1个脉冲时，电路进入状态，用电路的状态发出一个置位信号，将电路预置成状态即可，置位法的接法并不唯一。[例5-4]试用置位法将同步十进制加法计数器74LS160接成五进制计数器。解：SiS1-MiS1-MiSi第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载3.移位寄存器型计数器图5-16环形计数器的逻辑图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载写驱动方程：写状态方程：该电路不能自启动。QDQDQDQD23120130QDQQDQQDQQDQ21n3311n2201n1131n00第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-17环形计数器的状态转换图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载5.2.3顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器能够产生一组在时间上有先后顺序的脉冲，用这组脉冲去控制控制器产生各种控制信号，以便控制系统按照事先规定的顺序进行一系列操作，又称为节拍脉冲发生器。可由移位寄存器构成，也可由计数器和译码器产生。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载图5-18由环形计数器构成的顺序脉冲发生器的时序图第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载5.3时序逻辑电路的设计方法时序电路的设计是根据已知逻辑功能，设计出能够实现该逻辑功能的最简单的电路。设计步骤：1）进行逻辑抽象，得出原始的状态转换图（1）根据给定的逻辑功能，确定输入变量和输出变量及电路的状态数，并用相应的字母表示。（2）定义输入、输出变量和电路的状态，并对电路的状态进行编号。（3）画出原始的状态转换图或列出原始的状态转换表。2）状态化简3）状态分配根据电路的状态数确定所用触发器数目所需满足的式子：22n1-nM第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载然后给电路的每一种状态分配与之对应的触发器状态组合。4）确定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程。确定触发器类型后，可根据实际的状态转换图求出电路的状态方程和输出方程，进而求出电路的驱动方程。5）根据得到的驱动方程和输出方程，画出相应的逻辑图。6)判断所设计的电路能否自启动。第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中国最大的资料库下载[例5-6]试设计一个带进位输出端的同步六进制计数器。解：1)进行逻辑抽象，得出原始的状态转换图：2)状态化简该电路没有等价状态，不能再化简。3)状态分配第5章时序逻辑电路www.cnshu.cn中