13时序电路的分析与设计课件

第 5 章 时序电路的分析与设计
z1n f1( x1n , x2n , , xnn , q1n , q2n , , qnj )
z2n
f2 ( x1n , x2n , , xnn , q1n , q2n , , qnj )
…
zmn fm ( x1n , x2n , , xnn , q1n , q2n , , qnj )
Q0
第 5 章 时序电路的分析与设计
③ 列状态表， 画状态图。
Q n 1 1
X
Q0
Q1
Q n 1 0
Q0
Z X Q1 Q0
第 5 章 时序电路的分析与设计
X
Q1Q0 0
1
00 0 1
X
Q1Q0 0
1
00 1 1
X
Q1Q0 0
1
00 0 1
01 1 0
01 0 0
01 0 0
11 0 1
11 0 0
ai bi
Ci－ 1
∑
CI CO
Si Ci
电路。ai、bi为串行数据输入， si为串行数据输出，si=ai+bi+ci-1，
FF
Q
1D
或si= ai+bi+Q。
C1 CP
第 5 章 时序电路的分析与设计
ai bi
Ci－ 1
Q
∑
CI CO FF 1D
Si Ci
C1 CP
Mealy型串行加法器电路
第 5 章 时序电路的分析与设计
Moore型时序电路的输出函数为 Z = F（Q），如图所示的 Moore型串行加法器电路。在该电路中串行数据输出si=Q1。 Mealy型串行加法器电路和Moore型串行

2021/8/13
24
（2）顺序负脉冲
第24页/共114页
2021/8/13
25
5.2 二进制计数器
5.2.1 异步二进制计数器 5.2.2 同步二进制计数器
第25页/共114页
2021/8/13
26
5.2 二进制计数器
计数器：用以统计输入时钟脉冲CP个数的电路。 计数器的分类：
1．按计数进制分 二进制计数器：按二进制数运算规律进行计数的 电路称作二进制计数器。 十进制计数器：按十进制数运算规律进行计数的 电路称作十进制计数器。 任意进制计数器：二进制计数器和十进制计数器 之外的其它进制计数器统称为任意进制计数器。
出 Q1 Q2
Q3
0
1
0000
1
1
1000
2
0
1100
3
1
0110
4
0
1011
5
0
0101
6
0
0010
7
0
0001
8
0
0000
第13页/共114页
2021/8/13
14
④ 时序图
2021/8/13
并行图5输-5出 4位右移位寄存器时序图
第14页/共114页
串行输出
15
（2）左移位寄存器
串行 输入
2021/8/13
图5-4 4位右移位寄存器
第12页/共114页
同步时序 逻辑电路
13
② 工作过程
指③逐位状将依态数次表码输11入01）右。移串行输入给寄存器（串行输入是
在接收数表码5-前2 ，4从位右输移入位端寄输存入器状一态个表负脉冲把各触
发器置为0状态（称为清零）。

Y F (Q)
仅取决于电路状态
6.2.时序逻辑电路的分析方法
6.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路的分析：就是给定时序电路，找出该电 路的逻辑功能，即找出在输入和CLK作用下，电路的次 态和输出。由于同步时序逻辑电路是在同一时钟作用 下，故分析比较简单些，只要写出电路的驱动方程、 输出方程和状态方程，根据状态方程得到电路的状态 表或状态转换图，就可以得出电路的逻辑功能。
图6.1.2
6.1 概述
三、时序逻辑电路的分类：
根据触发器动作特点可分为同步时序逻辑电路和 异步时序逻辑电路。在同步时序逻辑电路中，存储电 路中所有触发器的时钟使用统一的CLK,状态变化发生 在同一时刻，即触发器在时钟脉冲的作用下同时翻转; 而在异步时序逻辑电路中，触发器的翻转不是同时的 没有统一的CLK,触发器状态的变化有先有后。
C Q0Q3
01000000 01011010 01100100 01111110
clk3 Q0
此电路为异步十进 制计数器
10000000 10011011 0 00 00 0 0 0
6.2.时序逻辑电路的分析方法
(6)状态转换图
/0 1110 1111
Q3Q2Q1Q0
/C/1/0Fra bibliotek/0/0
0000 0001 0010 0011
6.1 概述
图6.1.1
可以用三个方程组来描述
y1 f1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
①
输出方程 Y F ( X ,Q)
y
j
f1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
6.1 概述
图6.1.1

《数字电子技术》精品课程——第6章
FF0
FF1
1J
Q0 1J
Q1
时序逻辑电路的分析与设计
&Z
FF2
1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
1K
Q0
Q1
Q2
CP
➢驱动方程：
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
② 求状态方程
JK触发器的特性方程：
Qn1 JQ n KQn
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
简化状态图（表）中各个状态。 （4）选择触发器的类型。
（5）根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
（6）根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。
返回 （7）检查电路能否自启动。
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
2．同步计数器的设计举例
驱动方程： T1 = X T2 = XQ1n
输出方程: Z= XQ2nQ1n
（米利型）
2.写状态方程
T触发器的特性 方程为：
Qn1 TQn TQn
Q 1nQ1QX21nn TX1QQ1n1nXTQX11nQ1n X Q1n
Q1n
Qn1 2
T2 Q2n
T2Qn2
T Q n 将T1、 T2代入则得X到Q两1n Q2n XQ1nQn2
0T1 = X0 0 0 0 0 0
0
求T1、T2、Z
0T2
0
=ZX=01QX1nQ10 2nQ010n
0 0
0 1
1 0
0 0
由状态方程
求Q2n+1 、 Q1n+1

CP0 CP0 CP1 CP3 Q0 CP2 Q1
写驱动方程： J 0 K 0 1
J1 J2
Q3 K2
1
K1
1
J 3 Q1Q2
K3 1
写状态方程：
Q0n1 QQ1n2n11
n
Q0
Q3
n
Q2
n
Q1
（CP0 下降沿动作） （Q0 下降沿动作） （Q1下降沿动作）
Q3n 1
Q1Q2
画时序图： 该电路能够自启动。
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。
[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。
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：
Q3n（Q0
下降沿动作）
列状态转换表：
画状态转换图：
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
图5-2所示为双2位寄存器74LS75的逻辑图。当 CPA = 1时，
送到数据输入端的数据被存入寄存器，当CPA =0时，存入
寄存器的数据将保持不变。
2n-1 M 2n
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。
1.同步计数器 1)同步二进制计数器

0
Q0
0
0
1
1
0
0
Q1
0
0
Q2
0
0
1
0
0
0
Z
0
0
1
0
逻辑功能分析：异步5进制加法计数器。
电气与信息工程系
【解2】利用状态转换图分析
（l）写出驱动方程、时钟方程和状态方程
J2 Q1nQ0n
J1 1
J0
Q
n 2
K2 1
K1 1
K0 1
CP2 CP
CP1 Q0 CP0 CP
将驱动方程代入的特性方程 Qn1JQnKQn可得状态方程：
x1
z1
组合逻辑
xi
电路
zj
q1
w1
存储电路
ql
wk
信号间的逻辑关系可以用 三个向量方程来表示:
输出方程：
Z( tn ) = F[X(tn),Q(tn)]
电路输出变量逻辑式
驱动方程：
W( tn ) = H[X(tn),Q(tn)]
各触发器输入端的逻辑式
状态方程：
Q(tn+1) = G[W(tn),Q(tn)]
"1" 1K
RD Q0
RD
FF1 1J Q1 & C1 1K
RD Q1
FF2
1J Q2 C1 1K
RD Q2
Z &
电气与信息工程系
FF0
1J Q0
CP
C1
"1" 1K
RD Q0
RD
FF1 1J Q1 & C1 1K
RD Q1
（1）写出各触发器的驱动方程：

Q JQ C KQ
CP
J K AQn AQn ，A与Qn是异或关系
A与Qn相同时， J K 0 Qn1 Qn 具有保持原状态功能
A与Qn不同时，J K 1 Qn1 Qn 具有计数功能
时序逻辑电路
特点:
在数字电路中,凡就是任一时刻得稳定输出不仅决定 于该时刻得输入,而且还与电路原来得状态有关者,都 叫做时序逻辑电路,简称时序电路。
3、动作特点: 在CP=1得全部时间里,输入信号 得变化都对主触发器起控 制作用,所以当CP下降沿到达时从触发器得状态不仅仅由 此时刻输入信号得状态决定,还必须考虑整个CP=1期间输 入信号得变化过程。
三、 主从RS、JK触发器
主从RS触发器 的图形符号
S
1S
Q
CP C1
R
1R
Q
主从JK触发器 的图形符号
4. 根据状态转换情况总结电路功能。
例:时序电路见下图, FF1～FF3为主从JK触发器、下降沿动作。 分析其逻辑功能。输入端悬空时等同逻辑1。
1J
Q1
C1
1K
Q1 &
FF1
1J
Q2
C1
1K
Q2
FF2
& 1J Q3 &
1
Y
C1
1K
Q3
FF3 CP
J1 Q2 • Q3
K1 1
1、驱动方程 J2 Q1
RD
0–t1： RD=0、 SD=1
Q=1、Q=0
SD t1 t2 t3 t4 t5 t
t1–t2： RD= SD=0
保持Q=1、Q=0
t2 –t3： RD=1、 SD=0
Q
t
Q=0、Q=1

注：
电路的现态和次态是针对某一时刻而言的，且பைடு நூலகம்时刻的次 态
即为下一时刻的现态。
若电路的初态不同，则尽管输入序列相同，状态转换序列
和
第14页/共201页
14
②Moore型电路状态表 由于Moore型电路的输出仅与现态有关。即不论输入如
何变化，对一个给定的现态，总有相同的输出。故将输出 单独作为一列。其状态表格式如下：
Q1n
Q0n
A
Q Q n1 n1 10
Y
000000
001100
010001 011010
100001
101110
110001
111010
23
第23页/共201页
（2）将状态转换真值表转换为状态表
状态转换真值表
Q1n
Q0n
A
Q Q n1 n1 10
Y
000000
001100
010001 011010
现态 y
次态/输出 输入x
y (n1) z
现态y
A B C D
次态/输出 y (n1)
z
X=0
X=1
D/0
C/1
B/1
A/0
B/1
D/0
A/0
B/1
某电路的状态表
12
第12页/共201页
表格左边列出现态；右边的顶部列出电路输入X的
全部组合；表格的内部则列出对应不同输入组合和现态下y (n1)
的次态
y2 y1 = 10 （记为C）
y2 y1 = 11 （记为D）
并且该电路的状态表如前页所示。
从状态表中可知：若电路的初始状态为A，当输入X =
1 时，在时钟脉冲的作用下，电路将进入次态C，且输出Z

（4）有时，有了电路的输出方程，还不能获得电路逻辑功 能的完整印象。此时，可用状态转换表、状态转换图和时序图 等来描述时序电路状态转换全部过程，从而确定时序电路的逻 辑功能。
【例15-2】试分析下图所示时序电路的逻辑功能，写出它 的驱动方程、状态方程和输出方程。FF1、FF2、FF3三个触发 器下降沿动作，输入端悬空时相当于接高电平。
（4）选定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动 方程和输出方程
设计具体的电路前需选定触发器的类型。选择触发器类 型时应考虑到器件的供应情况，并应力求减少电路中使用的 触发器种类。
根据状态转换表或状态转换图、分配的状态编码、触发 器的类型就可以写出电路的状态方程、驱动方程和输出方程 了。
（5）根据得到的方程画出逻辑图
下图为图例15-2所示电路的状态转换图。在状态转换图 中以圆圈表示电路的各个状态，以箭头表示状态转换的方向。 同时，在箭头旁注明状态转换前的输入变量取值和输出值。 通常将输入变量取值写在斜线以上（无输入变量时无需标 注），输出值写在斜线以下。
（3）时序图
为了便于用实验观察的方法检查时序电路的逻辑功能， 还可以将状态转换表的内容画成时间波形的形式。在输入信 号和时钟脉冲序列作用下，电路状态、输出状态随时间变化 的波形图称为时序图。
【例15-3】试列出例15-2所示电路的状态转换表。
【解】由图可见，该电路无输入逻辑变量（注意： 不要把CP当作输入逻辑变量，因为它只是控制触发器状 态转换的操作信号），所以电路的次态和输出只取决于 电路的初态。设电路的初态为Q3Q2Q1=000，代入电路状 态方程和输出方程得
QQ32nn11
0 0
电工电子技术
时序逻辑电路的分析和设计
有一类逻辑电路，它在任何时刻的输出状态，不仅取决于 该电路当时的输入状态，还与电路前一时刻的输出状态有关。 具备这种逻辑功能的电路称为时序逻辑电路，简称时序电路。 时序逻辑电路由门电路和记忆元件（或反馈支路）共同构成， 即时序电路由组合数字电路和存储电路两部分组成，而存储电 路一般是由各类触发器组成的。

保
保
计
出
Q1 Q0 00 D1 D0 持 持 数
功能表
自动化学院应用电子教学中心
47
四位二进制同步加法计数器74LSl61
符号图
74LS161输出及进位时序图
自动化学院应用电子教学中心
48
四位二进制同步加法计数器74LSl61
符号图
①引脚简介 ②输出数据说明 ③异步清零功能 ④同步预置数功能 ⑤进位输出功能 ⑥工作方式选择
74LS194符号图
74LS194是4位双向移位存放器，能根据需要将 数码左移，也能将数码右移。同时还具有并行预置数、 清零等辅助功能，能较好的满足实际应用需要。在应 用中也可根据具体情况选用8位类似的移位存放器。
自动化学院应用电子教学中心
41
4位双向移位存放器74LS194
输入
输出
CR S1
S0 DSL DSR CP D0
J0Q0n 1Q0n 1Q0n Q0n J1Q1n Q0nQ1n Q0nQ1n
ZQ0 Q1
自动化学院应用电子教学中心
状态方程 输出方程
8
例5.2.1 时序逻辑电路分析
mi
tn
Q1
Q0
tn1
Q1
Q0
tn
Z
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
2
1
0
1
1
0
3
1
1
0
0
1
状态转换表
自动化学院应用电子教学中心
9
例5.2.1 时序逻辑电路分析
Q
n 2
Q
n 1