北京航空航天大学《数字电子技术基础》ppt5.ppt

1、第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路5-1 导论导论 5-3 同步时序数字电路的设计同步时序数字电路的设计 5-2 时序电路分析时序电路分析 5-4 常用时序逻辑器件常用时序逻辑器件 n n组合逻辑电路某一时刻的输出只取决于此时刻的组合逻辑电路某一时刻的输出只取决于此时刻的组合逻辑电路某一时刻的输出只取决于此时刻的组合逻辑电路某一时刻的输出只取决于此时刻的 输入。输入。输入。输入。n记忆元件记忆元件(触发器触发器触发器触发器)是时序逻辑电路的基本元件。是时序逻辑电路的基本元件。是时序逻辑电路的基本元件。是时序逻辑电路的基本元件。n n时序逻辑电路某一时刻的稳定输出不仅取决于当时序逻辑电路某一

2、时刻的稳定输出不仅取决于当时序逻辑电路某一时刻的稳定输出不仅取决于当时序逻辑电路某一时刻的稳定输出不仅取决于当 时的输入，还取决于时的输入，还取决于时的输入，还取决于时的输入，还取决于过去的输入过去的输入(历史状态历史状态)。时序逻辑电路与组合逻辑电路的区别时序逻辑电路与组合逻辑电路的区别5-1 导论导论【例【例】输出方程：输出方程：Y=XQn驱动（激励）方程：驱动（激励）方程：D=XQn+XQn=X Qn状态（特征）方程：状态（特征）方程：Qn+1=D=XQn+XQn=X Qn1XCPYDQQ&15-2 时序电路分析时序电路分析n n根据电路图列出电路输出函数，触发器激励根据电路图列出电路输

3、出函数，触发器激励根据电路图列出电路输出函数，触发器激励根据电路图列出电路输出函数，触发器激励 函数函数函数函数(控制函数、驱动方程控制函数、驱动方程控制函数、驱动方程控制函数、驱动方程)n n根据电路输入和触发器激励函数求状态方程根据电路输入和触发器激励函数求状态方程根据电路输入和触发器激励函数求状态方程根据电路输入和触发器激励函数求状态方程n n画状态表、状态图，时序图画状态表、状态图，时序图画状态表、状态图，时序图画状态表、状态图，时序图n n分析电路外特性和功能分析电路外特性和功能分析电路外特性和功能分析电路外特性和功能1、同步电路分析、同步电路分析分析下面电路的逻辑功能分析下面电路的

4、逻辑功能输出方程：输出方程：驱动方程：驱动方程：D=X Qn状态表状态表0 11 11 10 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Qn+1 ZQn X DZ=XQn状态方程：状态方程：Qn+1=D=X Qn状态转换图状态转换图 X/Z功能：功能：X=0,保持保持 X=1,计数计数010/11/10/11/0【例【例1】Q DCPZX.=1&CP【例【例2】分析下面电路的逻辑功能分析下面电路的逻辑功能D2Q1nD1Q0nD0Q2n000001110111011100假设初始状假设初始状态态:“0 0 0”Q2Q1Q0 QCP D QCP D QCP DCPQ2Q1Q0QQQ.01

5、0101有效有效循环循环无效循环无效循环状态表状态表Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+10 0 00 0 10 0 10 1 10 1 11 1 11 1 11 1 01 1 01 0 01 0 00 0 0Q2Q1Q00 0 00 0 10 1 11 1 11 1 01 0 0时序图时序图000 001 011 111 110 100 000CPQ0Q1Q2电路功能：电路功能：不能自启动的六进制计数器不能自启动的六进制计数器【例【例3】分析下面电路的逻辑功能分析下面电路的逻辑功能D2=Q1nD1=Q0nD0=Q0nQ1nQ2n=(Q0n+Q1n)Q2n Q DQ Q D Q DC

6、PQ2Q1Q0QQ.&CPCPCPCPCP状态图状态图000001101110111010011100Q2Q1Q0整理后的状态图整理后的状态图能自启动的六进制计数器能自启动的六进制计数器000001110111101011010100D2=Q1nD1=Q0nD0=Q0nQ1nQ2n=(Q0n+Q1n)Q2n【例【例4】分析下面电路的逻辑功能分析下面电路的逻辑功能Y=AQ1nQ2nAQ1nQ2n=AQ1nQ2n+AQ1nQ2nQ2n+1=D2=A Q1n Q2nQ1n+1=D1=Q1nD1Q1Q1CPD2Q2Q2CP=1=1ACPY.&1&状态表状态表10/000/1 1 101/011/0 1

7、 000/010/0 0 111/101/0 0 010AQ2nQ1n010/0100/0110/0000/11/11/01/01/0逻辑功能：可逆四进制计数器逻辑功能：可逆四进制计数器Q2n+1Q1n+1/YY=AQ1nQ2nAQ1nQ2n=AQ1nQ2n+AQ1nQ2nQ2n+1=D2=A Q1n Q2nQ1n+1=D1=Q1n状态图状态图Q2nQ1n A/Y 2 2、异步时序电路的分析、异步时序电路的分析、异步时序电路的分析、异步时序电路的分析【例【例1】分析下面异步时序电路的逻辑功能。分析下面异步时序电路的逻辑功能。时钟方程时钟方程:CP0=CP2=CP CP1=Q0 J0K0Q0Q0

8、J0K0Q0J1K1Q1Q1J2K2Q2Q2.CP驱动方程：驱动方程：J0=Q2n J1=Q0n J2=Q1nQ0nK0=1 K1=1 K2=1状态方程：状态方程：Q1n+1=Q1nQ0n Q2n+1=Q2nQn1Q0n Q0n+1=Q2nQ0n （CP）（CP ）（Q0 ）状态转换表状态转换表QQn n2 2QQn n1 1QQn n0 0QQ2 2n+1n+1 QQ1 1n+1n+1QQ0 0n+1n+10 0 0100 0 101000 1 01100 1 10011 0 00001 0 10101 1 01 1 1010000状态转换图状态转换图00000101001110010111

9、0111 Q1n+1=Q1nQ0n Q2n+1=Q2nQn1Q0n Q0n+1=Q2nQ0n （CP）（CP ）（Q0 ）电路为异步五进制加法计数器电路为异步五进制加法计数器5-3 同步时序数字电路的设计同步时序数字电路的设计设计步骤：设计步骤：n根据设计要求建立状态转换图或原始状态图。根据设计要求建立状态转换图或原始状态图。n进行状态化简。进行状态化简。n画电路图。画电路图。n进行状态分配。进行状态分配。n写出驱动方程和输出方程。写出驱动方程和输出方程。n若是计数器，检查电路能否自启动。若是计数器，检查电路能否自启动。同步计数器的设计同步计数器的设计同步计数器的设计同步计数器的设计 对对对对

10、CPCP脉冲计数，一个脉冲变化一次状态脉冲计数，一个脉冲变化一次状态脉冲计数，一个脉冲变化一次状态脉冲计数，一个脉冲变化一次状态n n计数器的种类：计数器的种类：计数器的种类：计数器的种类：同步计数器，异步计数器同步计数器，异步计数器加法计数器、减法计数器加法计数器、减法计数器加法计数器、减法计数器加法计数器、减法计数器可逆计数器等可逆计数器等可逆计数器等可逆计数器等二进制计数器二进制计数器二进制计数器二进制计数器(模为模为模为模为2 2n n),),十进制计数器十进制计数器十进制计数器十进制计数器,任意进制计任意进制计任意进制计任意进制计数器等数器等数器等数器等n n计数器是应用最多的一类标

11、准器计数器是应用最多的一类标准器计数器是应用最多的一类标准器计数器是应用最多的一类标准器件件件件【例【例1】设计一个同步六进制计数器。设计一个同步六进制计数器。1、状态图、状态图S0S1S2S3S4S52、状态分配、状态分配(状态编码状态编码)000001010011100101加法计数器加法计数器自然态序编码自然态序编码101100011010001000减法计数器减法计数器111100000110001010注意：注意：状态分配方式不同，所设计的电路结构也不同。状态分配方式不同，所设计的电路结构也不同。Q2Q1Q0状态表：状态表：状态表：状态表：CP Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1

12、Q0n+110 0 00 0 120 0 10 1 030 1 00 1 140 1 11 0 051 0 01 0 161 0 10 0 0求驱动方程求驱动方程Q2nQ1nQ0n00 01 11 1001选用选用D触发器触发器11 Q2n+1=Q1nQ0n+Q2nQ0n 11Q2nQ1nQ0n00 01 11 1001=D2Q1n+1=Q1nQ0n+Q2nQ1nQ0n=D1 111Q2nQ1nQ0n00 01 11 1001Q0n+1=Q0n=D0电路图电路图电路图电路图Q1n+1=Q1nQ0n+Q2nQ1nQ0nD1=D0=Q0n+1=Q0nQ2n+1=Q1nQ0n+Q2nQ0nD2=D2

13、CPQ2Q2RDRDCPD1CPQ1Q1RDD0CPQ0Q0RD.&11.&11检查能否自启动检查能否自启动检查能否自启动检查能否自启动Q2Q1Q0110111 100000001010011100101110111可以自启动可以自启动Q1n+1=Q1nQ0n+Q2nQ1nQ0nD1=D0=Q0n+1=Q0nQ2n+1=Q1nQ0n+Q2nQ0nD2=选用选用JK触发器触发器 方法一：由激励表求驱动方程方法一：由激励表求驱动方程Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1J2 K2 J1 K1 J0 K00 0 00 0 10 0 10 1 00 1 00 1 10 1 11 0 01 0

14、 01 0 11 0 10 0 00 0 1 0 1 10 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1Q2nQ1nQ0n00 01 11 1001J2=Q1nQ0n 1 Q2nQ1nQ0n00 01 11 1001K2=Q0n同理同理J1=Q2nQ0nK1=Q0nJ0=K0=1方法二：方法二：直接从次态求驱动方程直接从次态求驱动方程Q2nQ1nQ0n00 01 11 100111 Q2n+1=Q2nQ1nQ0n+Q2nQ0nJ2=Q1nQ0nK2=Q0n 11Q2nQ1nQ0n00 01 11 1001Q1n+1=Q1nQ0n+Q2nQ1nQ0nJ1=Q2nQ0nK1=Q0n 111Q2n

15、Q1nQ0n00 01 11 1001Q0n+1=Q0nJ0=K1=1检查能否自启动检查能否自启动检查能否自启动检查能否自启动000001010011100101111110 其结果与方法一相同其结果与方法一相同【例【例2】X X为控制端，求一个五状态加为控制端，求一个五状态加为控制端，求一个五状态加为控制端，求一个五状态加1 1、加、加、加、加2 2计数器。计数器。计数器。计数器。分析：分析：X=0X=0时，计数顺序：时，计数顺序：时，计数顺序：时，计数顺序：0 01 12 23 34 40 0X=1X=1时，计数顺序：时，计数顺序：时，计数顺序：时，计数顺序：0 02 24 41 13 3

16、0 012304状态图状态图00000111111 10 00 04 44 43 33 32 22 21 1XQn0 101234状态表状态表12304状态图状态图0000011111XQn0 1000001010001010011010011100011100000100000001Qn+1Qn+1XQ 0n+110010XXX01001XXXQ1nQ2nQ0n0001111000011110【例【例1】设计一个二进制序列检查器，要求当输入连续出设计一个二进制序列检查器，要求当输入连续出 现三个现三个“1”或三个以上或三个以上“1”时，电路输出为时，电路输出为“1”，否，否则输出为则输出为“0”。S0初态或序列失败后的状态初态或序列失败后的状态S1X出现一个出现一个“1”后的状态后的状态S2X连续出现两个连续出现两个“1”后的状态后的状态0/0S0S11/00/0S21/00/01/1【例【例2】设计一个串行数据检测器。其输入是与时钟设计一个串行数据检测器。其输入是与时钟同步的串行数据同步的串行数据X，其输出是其输出是Z。仅当输入出现仅当输入出现11100序列时，输出才为序列时，输出