時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì).ppt

1,第七章時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì),內(nèi)容提要： 主要介紹時(shí)序邏輯電路的通用分析和設(shè)計(jì)方法。,2,7.1概述,時(shí)序邏輯電路的定義 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)形式 時(shí)序邏輯電路的分類,主要內(nèi)容：,3,7.1.1時(shí)序邏輯電路的定義,若一個(gè)邏輯電路在任何時(shí)刻產(chǎn)生的輸出信號(hào)不僅與該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)，則稱該電路為時(shí)序邏輯電路。,4,7.1.2時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu),時(shí)序邏輯電路的一般結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。,（7.1）,（7.2）,式（7.1）是輸出方程。式（7.2）是存儲(chǔ)電路的驅(qū)動(dòng)方程或稱激勵(lì)方程。式（7.3）是存儲(chǔ)電路的狀態(tài)方程。,（7.3）,圖7-1,5,7.1.3時(shí)序邏輯電路的分類,按照電路的工作方式，時(shí)序邏輯電路可以分為同步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路兩大類。 按照電路輸出對(duì)輸入信號(hào)的依從關(guān)系，時(shí)序邏輯電路又可分為Mealy型時(shí)序電路和Moore型時(shí)序電路。,6,7.2時(shí)序邏輯電路的分析,由觸發(fā)器構(gòu)成的同步時(shí)序邏輯電路的分析方法 狀態(tài)表的兩種不同格式及填寫方法 由觸發(fā)器構(gòu)成的異步時(shí)序邏輯電路的分析方法 時(shí)序邏輯電路的分析舉例,主要內(nèi)容：,7,7.2.1時(shí)序邏輯電路的分析步驟,1由給定的邏輯電路圖寫出下列各邏輯方程式： （1）各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程。 （2）各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。 （3）時(shí)序電路的輸出方程。 2將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，求得電路的狀態(tài)方程（或次態(tài)方程）。 3根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程，列出該時(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖。 4根據(jù)電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖說(shuō)明該時(shí)序邏輯電路的邏輯功能。,8,表7-1 Mealy型電路狀態(tài)表格式,表7-2 Moore型電路狀態(tài)表格式,9,狀態(tài)圖是一種反映時(shí)序狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出取值關(guān)系的有向圖。,同步時(shí)序邏輯電路兩種模型的狀態(tài)圖,10,7.2.2同步時(shí)序邏輯電路的分析舉例,例7-1 分析圖7-2所示的同步時(shí)序邏輯電路的功能。,圖7-2 例7-1的邏 輯電路圖,11,解： 1寫出時(shí)序電路的各邏輯方程式 （1）這是一個(gè)同步時(shí)序電路，故時(shí)鐘方程可以不寫 （2）時(shí)序電路的驅(qū)動(dòng)方程,（3）時(shí)序電路的輸出方程。,2將驅(qū)動(dòng)方程代入J-K觸發(fā)器特性方程， 得到狀態(tài)方程,12,3列出該時(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖,表7-3 例7-1的狀態(tài)表,13,圖7-3 例7-1的狀態(tài)圖,圖7-4 例7-1電路的工作波形,14,4電路的邏輯功能分析 由狀態(tài)圖可知，例7-1中的邏輯電路是一個(gè)二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。圖7-4中，畫出了減計(jì)數(shù)情況下電路的工作波形。,15,7.2.3異步時(shí)序邏輯電路的分析舉例,例7-2 分析圖7-5電路所示的異步時(shí)序邏輯電路。,圖7-5 例7-2的邏輯電路圖,16,解：該電路屬于Moore型異步時(shí)序邏輯電路。 1寫出時(shí)序電路的各邏輯方程式 （1）時(shí)鐘方程 （2）驅(qū)動(dòng)方程 （3）輸出方程 2將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器特性方程，得到狀態(tài)方程 (CP由10時(shí)有效) ( 由10時(shí)有效),，,17,3列出該時(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖,表7-4 例7-2電路的狀態(tài)表,圖7-6 例7-2的狀態(tài)圖,18,圖7-7 例7-2的時(shí)序波形圖,4電路的邏輯功能分析 由狀態(tài)圖或時(shí)序圖可知，在CP脈沖作用下，Q1 Q0的數(shù)值從00到11遞增，每經(jīng)過(guò)4個(gè)CP脈沖作用后，Q1 Q0循環(huán)一次。同時(shí)在輸出端產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出脈沖Z。故該電路是一個(gè)模4加計(jì)數(shù)器。,19,7.3同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì),同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟 建立原始狀態(tài)圖的具體過(guò)程 原始狀態(tài)圖的簡(jiǎn)化方法 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例,主要內(nèi)容：,20,7.3.1同步時(shí)序邏輯電路的基本設(shè)計(jì)步驟,1由給定的邏輯功能要求求出原始狀態(tài)圖 建立原始狀態(tài)圖的具體過(guò)程如下： （1）確定時(shí)序電路模型 同步時(shí)序電路有Mealy型和Moore型兩種模型，具體將電路設(shè)計(jì)成哪種模型，有的由設(shè)計(jì)要求規(guī)定，有的由設(shè)計(jì)人員選擇。不同模型對(duì)應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)不同。 （2）分析電路的輸入條件和輸出要求，確定輸入變量、輸出變量及該電路應(yīng)包含的狀態(tài)，并用字母S0、S1、 表示這些狀態(tài)。 （3）分別以上述狀態(tài)為現(xiàn)態(tài)，確定在每一個(gè)可能的輸入組合作用下應(yīng)轉(zhuǎn)移到哪個(gè)狀態(tài)及相應(yīng)的輸出，即可求出原始狀態(tài)圖。,21,2狀態(tài)化簡(jiǎn) 對(duì)原始狀態(tài)圖進(jìn)行化簡(jiǎn)，消除多余的狀態(tài)，保留有效狀態(tài)，從而使設(shè)計(jì)出來(lái)的電路得到簡(jiǎn)化。 3狀態(tài)編碼、并畫出編碼后的狀態(tài)圖和狀態(tài)表 4選擇觸發(fā)器的類型及個(gè)數(shù) 觸發(fā)器的個(gè)數(shù)n應(yīng)滿足nlog2 M ，M為狀態(tài)的數(shù)目。 5求出電路的輸出方程和各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。 6畫出電路的邏輯電路圖，并檢查自啟動(dòng)能力。,22,7.3.2同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)舉例,例7-3 試設(shè)計(jì)一個(gè)同步8421碼的十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，采用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。 解：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，該電路沒(méi)有輸入信號(hào)，有一個(gè)輸出信號(hào)Z表示進(jìn)位信號(hào)?？芍苯拥玫綘顟B(tài)圖如圖7-18所示。,Q3Q2Q1Q0,0001,0010,0011,0111,1000,/Z,/0,/0,/0,/0,圖7-8 例7-3的 狀態(tài)圖,23,（2）由此狀態(tài)圖很容易得到相應(yīng)的輸出方程： ，以及次態(tài)卡諾圖如圖7-9所示。,（a）總次態(tài)卡諾圖,（b）Q3n+1 （c）Q2n+1,24,（d）Q1n+1 （e）Q0n+1 圖7- 9 例7-3的次態(tài)狀態(tài)圖,25,（3）由上述狀態(tài)方程可得各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程：,26,（4）由上述驅(qū)動(dòng)方程即可得到同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖如圖7-9所示。將無(wú)效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，因此該電路能夠自啟動(dòng)。,圖7-9 例7-3的邏輯電路圖,27,本章小結(jié),1時(shí)序邏輯電路一般由組合電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成。 2按照電路的工作方式，時(shí)序邏輯電路可以分為同步和異步時(shí)序邏輯電路兩大類；按照電路輸出對(duì)輸入信號(hào)的依從關(guān)系，時(shí)序邏輯電路又可分為Mealy型和Moore型時(shí)序電路。 3在Mealy型時(shí)序電路中，輸出同時(shí)取決于存儲(chǔ)電路的狀態(tài)和輸入信號(hào)；而在Moore型時(shí)序電路中，輸出只與存儲(chǔ)電路的狀態(tài)有關(guān)。 4時(shí)序邏輯電路的分析，就是對(duì)一個(gè)給定的時(shí)序邏輯電路，通過(guò)分析，確定該時(shí)序電路的邏輯功能。 5無(wú)論是同步還是異步時(shí)序電路，它們的分析過(guò)程基本相同，只是在某些細(xì)節(jié)上有所不同。,28,6同步時(shí)序邏輯電路的分析相對(duì)較簡(jiǎn)單，而異步時(shí)序邏輯電路的分析則較復(fù)雜：在確定各觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，除了考慮驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還要考慮是否有符合要求的時(shí)鐘脈沖上升沿或下降沿到來(lái)。 7時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)就是根據(jù)給定的邏輯功能要求，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。它實(shí)際上是分析的逆過(guò)程。 8同