时序逻辑电路的一般分析方法【精选】
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时序逻辑电路的分析,就是从给定的时序电路的逻辑电路图出发,分析得到其逻辑功能。
具体讲,就是确定电路的输入和现态如何决定了电路的输出和次态,从而得到电路的状态迁移规律。
对于同步时序逻辑电路,其中的触发器在统一的时钟信号的控制下工作,电路分析过程比较简单。
★同步时序逻辑电路的分析步骤◆判断根据给定的逻辑电路图,判断其为同步时序,还是异步时序,如果是同步时序,就按照下面的步骤具体分析。
◆读图阅读电路图,明确电路中采用了何种触发器,以及输入、输出变量的情况;随后,根据电路的连接形式,得到电路的输出方程(输出由输入和现态决定的函数),以及触发器的激励方程(触发器的激励信号由输入和现态决定的函数)。
◆带入已知触发器类型,可知其特征方程的标准形式,将上一步中得到的激励方程带入触发器的特征方程,得到电路中各个触发器对应的状态方程。
此时就得到了电路对应的逻辑表达式,包括输出方程、状态方程(次态由输入和现态决定的函数)。
◆计算根据上一步得到的表达式,得到状态表,一般按照真值表的结构列写即可,也就是电路的真值表。
当然,列写时最好用整体分析的方法,在分析困难时,可能需要带入计算。
◆转换将电路的状态表(真值表)转换为状态图。
◆总结分析电路的状态图上表达出的状态迁移关系,从而总结得到电路的逻辑功能,同时,这里一般还需要判断电路的安全性如何。
时序逻辑电路的安全性,及安全性的判断,将在例题中具体介绍。
★以上分析步骤,可以简单总结为图8.2.3所示流程。
计算图8.2.3 同步时序逻辑电路的分析步骤图8.2.3重点总结了同步时序电路的分析时,每一步骤的目标和工作核心,应该不难理解。
★再强调一下:◆分析组合逻辑电路时,从逻辑电路图出发,最终得到对应的真值表,然后在真值表上总结得到逻辑功能;◆分析同步时序电路时,最终得到是对应的状态图,然后在状态图上总结得到逻辑功能。
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时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路是一类通过内部的记忆元件来实现存储功能的数字电路,它能够根据输入信号的时序变化来决定输出信号的状态。
常见的时序逻辑电路包括时钟发生器、时钟分配器、触发器、计数器等。
在设计时序逻辑电路时,需要考虑到电路的功能要求、时序要求、稳定性和可靠性。
本文将介绍时序逻辑电路的设计方法。
1.确定功能要求:首先需要明确时序逻辑电路的功能要求,即输入信号和输出信号之间的逻辑关系。
可以通过真值表、状态转换图、状态方程等方式进行描述。
根据功能要求,可以确定电路中需要使用到的逻辑门、触发器等元件。
2.确定时序要求:在时序逻辑电路中,输入信号的变化必须满足一定的时序要求,通常需要使用时钟信号来进行同步控制。
时钟信号是一个周期性的信号,控制电路在时钟的上升沿或下降沿进行状态的改变。
时序要求还包括时序逻辑电路在不同输入组合下的稳态和状态转换时的时间要求。
3.设计电路结构:根据功能要求和时序要求,可以确定时序逻辑电路的整体结构。
电路结构的设计包括将逻辑元件(例如逻辑门、触发器)按照特定的方式连接起来,以实现所需的功能。
常见的电路结构包括级联结构、并行结构、环形结构等。
4.选择逻辑元件:根据电路的功能和时序要求,选择合适的逻辑元件来实现电路的功能。
常见的逻辑元件包括与门、或门、非门、异或门等。
触发器是时序逻辑电路的核心元件,常用的触发器包括D触发器、JK触发器、T触发器等。
5.进行逻辑功能实现:将所选择的逻辑元件按照电路结构进行连接,并完成时序逻辑电路的逻辑功能实现。
这一步可以使用绘图工具进行电路图的绘制,也可以通过硬件描述语言(HDL)进行电路的逻辑设计。
6.时序优化:对设计的时序逻辑电路进行时序优化。
时序优化可以通过调整逻辑元件的连接方式、引入时序优化电路等方式来提高电路的性能和可靠性。
时序优化的目标是尽可能满足时序要求,减少信号传输延迟和功耗。
7.进行电路仿真和验证:对设计的时序逻辑电路进行仿真和验证。
第五章时序逻辑电路前面介绍的组合逻辑电路无记忆功能。
而时序逻辑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,或者说与电路以前的输入状态有关,具有记忆功能。
触发器是时序逻辑电路的基本单元。
本章讨论的内容为时序逻辑电路的分析方法、寄存器和计数器的原理及应用。
第一节时序逻辑电路的分析一、概述1、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成,结构框图如图5-1所示。
图中外部输入信号用X(x1,x2,…,x n)表示;电路的输出信号用Y(y1,y,…,y m)表示;存储电路的输入信号用Z(z1,z2,…,z k)表示;存储电2路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q(q1,q2,…,q j)表示。
图5-1 时序逻辑电路的结构框图可见,为了实现时序逻辑电路的逻辑功能,电路中必须包含存储电路,而且存储电路的输出还必须反馈到输入端,与外部输入信号一起决定电路的输出状态。
存储电路通常由触发器组成。
2、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法用于描述触发器逻辑功能的各种方法,一般也适用于描述时序逻辑电路的逻辑功能,主要有以下几种。
(1)逻辑表达式图5-1中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述:Y =F(X,Q n)Z =G(X,Q n)Q n+1=H(Z,Q n)它们依次为输出方程、状态方程和存储电路的驱动方程。
由逻辑表达式可见电路的输出Y不仅与当时的输入X有关,而且与存储电路的状态Q n有关。
(2)状态转换真值表状态转换真值表反映了时序逻辑电路的输出Y、次态Q n+1与其输入X、现态Q n的对应关系,又称状态转换表。
状态转换表可由逻辑表达式获得。
(3)状态转换图状态转换图又称状态图,是状态转换表的图形表示,它反映了时序逻辑电路状态的转换与输入、输出取值的规律。
(4)波形图波形图又称为时序图,是电路在时钟脉冲序列CP的作用下,电路的状态、输出随时间变化的波形。
应用波形图,便于通过实验的方法检查时序逻辑电路的逻辑功能。
数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)1、第六章时序规律电路本章主要内容6.1概述6.2时序规律电路的分析方法6.3若干常用的时序规律电路6.4时序规律电路的设计方法6.5时序规律电路中的竞争-冒险现象1.时序规律电路的特点2.时序规律电路的分类3.时序规律电路的功能描述方法§6.1概述一、时序规律电路的特点1、功能:任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入;还与电路原来的状态有关。
例:串行加法器:两个多位数从低位到高位逐位相加一、时序规律电路的特点2.电路结构①包含存储电路和组合电路,且存储电路必不行少;②存储电路的输出状态必需反馈到组合电路输入端,与输入变量共同确定组合规律的输出。
yi:输出信号xi:输2、入信号qi:存储电路的状态zi:存储电路的输入可以用三个方程组来描述:Z=G(X,Q)二、时序电路的分类1.依据存储电路中触发器的动作特点不同时序电路存储电路里全部触发器有一个统一的时钟源;触发器状态改变与时钟脉冲同步.同步:异步:没有统一的时钟脉冲,电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后,是异步进行的。
二、时序电路的分类2.依据输出信号的特点不同时序电路输出信号不仅取决于存储电路的状态,而且还取决于输入变量。
Y=F(X,Q)米利(Mealy)型:穆尔(Moore)型:输出状态仅取决于存储电路的状态。
犹如步计数器Y=F(Q)三、时序规律电路的功能描述方法描述方法3、规律方程式状态转换表状态转换图时序图三、时序规律电路的功能描述方法(1)规律方程式:写出时序电路的输出方程、驱动方程和状态方程。
输出方程反映电路输出Y与输入X和状态Q之间关系表达式;驱动方程反映存储电路的输入Z与电路输入X和状态Q之间的关系状态方程反映时序电路次态Qn+1与驱动函数Z和现态Qn之间的关系三、时序规律电路的功能描述方法(2)状态〔转换〕表:反映输出Z、次态Qn+1和输入X、现态Qn间对应取值关系的表格。
(3)状态〔转换〕图:(4)时序图:反映时序规律电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的有向图形。