同步时序逻辑电路的分析
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时序逻辑电路分类介绍时序逻辑电路是一种用于处理时序信号的电路,它由逻辑门和存储元件组成。
时序逻辑电路按照其功能和结构的不同,可以分为多种类型。
本文将对时序逻辑电路的分类进行全面、详细、完整和深入的探讨。
一、根据功能分类1. 同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指其数据在同一个时钟上升沿或下降沿进行传递和存储的电路。
这类电路广泛应用于计算机中的寄存器、时钟驱动器和状态机等。
同步时序逻辑电路具有可靠性高、稳定性强的特点。
2. 异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指其数据不依赖时钟信号而进行传递和存储的电路。
这种电路在通信系统中常用于数据传输和处理,如异步串行通信接口(UART)。
异步时序逻辑电路具有处理速度快和实时性强的特点。
二、根据结构分类1. 寄存器寄存器是一种时序逻辑电路,用于存储和传递数据。
寄存器通常采用D触发器作为存储元件,可以实现数据的暂存和移位操作。
寄存器广泛应用于计算机的数据存储和寄存器阵列逻辑器件(RALU)等。
2. 计数器计数器是一种时序逻辑电路,用于生成特定的计数序列。
计数器可以按照时钟信号对计数进行增加或减少,并可以在达到指定计数值时触发其他操作。
计数器被广泛应用于时钟发生器、频率分频器和时序控制等电路中。
3. 时序控制器时序控制器是一种时序逻辑电路,用于控制其他电路的时序和操作。
时序控制器根据输入的控制信号和当前的状态,通过逻辑运算和状态转移进行运算和控制。
时序控制器被广泛应用于计算机的指令译码和状态机的设计中。
三、根据存储方式分类1. 同步存储器同步存储器是一种时序逻辑电路,用于存储和读取数据。
同步存储器是在时钟信号作用下进行数据存取的,并且数据的读取和写入操作都在时钟的上升沿或下降沿进行。
同步存储器主要包括静态随机存储器(SRAM)和动态随机存储器(DRAM)等。
2. 异步存储器异步存储器是一种时序逻辑电路,用于存储和读取数据。
与同步存储器不同的是,异步存储器的读取和写入操作不依赖时钟信号,而是由数据访问信号和存储器内部的同步电路进行控制。
时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析:根据给定的电路,写出它的方程、列出状态转换真值表、画出状态转换图和时序图,而后得出它的功能。
同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的主要特点:在同步时序逻辑电路中,由于所有触发器都由同一个时钟脉冲信号CP来触发,它只控制触发器的翻转时刻,而对触发器翻转到何种状态并无影响,所以,在分析同步时序逻辑电路时,可以不考虑时钟条件。
1、基本分析步骤1)写方程式:输出方程:时序逻辑电路的输出逻辑表达式,它通常为现态和输入信号的函数。
驱动方程:各触发器输入端的逻辑表达式。
状态方程:将驱动方程代入相应触发器的特性方程中,便得到该触发器的状态方程。
2)列状态转换真值表:将电路现态的各种取值代入状态方程和输出方程中进行计算,求出相应的次态和输出,从而列出状态转换真值表。
如现态的起始值已给定时,则从给定值开始计算。
如没有给定时,则可设定一个现态起始值依次进行计算。
3)逻辑功能的说明:根据状态转换真值表来说明电路的逻辑功能。
4)画状态转换图和时序图:状态转换图:是指电路由现态转换到次态的示意图。
时序图:是在时钟脉冲CP作用下,各触发器状态变化的波形图。
5)检验电路能否自启动关于电路的自启动问题和检验方法,在下例中得到说明。
2、分析举例例、试分析下图所示电路的逻辑功能,并画出状态转换图和时序图。
解:由上图所示电路可看出,时钟脉冲CP加在每个触发器的时钟脉冲输入端上。
因此,它是一个同步时序逻辑电路,时钟方程可以不写。
①写方程式:输出方程:驱动方程:状态方程:②列状态转换真值表:状态转换真值表的作法是:从第一个现态“000”开始,代入状态方程,得次态为“001”,代入输出方程,得输出为“0”。
把得出的次态“001”作为下一轮计算的“现态”,继续计算下一轮的次态值和输出值。
依次类推,直到次态值又回到了第一个现态值“000”。
现态次态输出Y00101000110110010100010010101010001③逻辑功能说明:电路在输入第6个计数脉冲CP后,返回原来的状态,同时输出端Y 输出一个进位脉冲。
同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路1. 引言说到电路,大家可能会觉得有点儿高深莫测,其实它们就像生活中的各种小插曲,错综复杂但又充满趣味。
今天我们来聊聊两种电路:同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。
听起来很正式吧?其实就像两位老朋友,各有各的个性,给我们的生活带来不同的滋味。
2. 同步时序逻辑电路2.1 什么是同步电路先说说同步时序逻辑电路。
想象一下,大家一起跳舞,必须跟着节拍来对吧?这就是同步电路的工作原理。
它们依靠一个时钟信号来统一行动,一切都得在这个时钟的节奏下进行。
你想想,如果没有这个节拍,大家就会乱成一团,完全没法协调。
2.2 优点与缺点同步电路的优点可多了。
首先,它们容易设计,因为所有的动作都得听从同一个“老大”——时钟。
这样一来,故障也比较容易定位,就像在大合唱里找出跑调的那个人,轻而易举!但是,当然了,凡事都有两面。
它们在速度上可能会受到限制,因为要等时钟信号到位才能开始下一步,仿佛总得等着老大下命令。
3. 异步时序逻辑电路3.1 什么是异步电路接下来,我们来聊聊异步时序逻辑电路。
这家伙就有点儿“放飞自我”的意思。
想象一下,大家随意地跳舞,没有固定的节拍,各自随心所欲,热火朝天。
这种电路不需要时钟信号,各个部分可以独立工作,就像一场即兴表演,想跳就跳,想停就停。
3.2 优点与缺点异步电路的优点就是速度快,反应灵敏。
因为没有时钟的限制,它们可以在需要的时候马上响应,特别适合处理突发事件,像是过马路时的红绿灯,红灯一亮就得停下,绿灯一闪立马走。
可是,快可不代表好,有时候这就像在一场没有指挥的音乐会上,大家都想表现,结果弄得一团糟,容易出现竞争和冲突。
4. 比较与应用4.1 各自的应用领域那么,这两种电路究竟哪种更好呢?这就要看情况了。
同步电路一般用于那些需要稳定和可靠性的地方,比如计算机和大型系统。
而异步电路则适合需要快速反应的地方,比如一些高频交易系统或者一些需要低延迟的通信设备。
实验八同步时序逻辑电路的分析一、实验目的⑴熟悉同步时序逻辑电路的一般分析、设计方法⑵熟悉移位寄存器和同步计数器的逻辑功能二、实验预习复习触发器的功能、特点和应用三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵ 74LS00、74LS08、74LS10、74LS86、74LS74、74LS76四、实验内容和步骤1.移位寄存器型计数器⑵将集成D型触发器74LS74按图8-2接线。
电路的脉冲输入端CP接单脉冲,四个输出端Q4、Q3、Q2、Q1分别接发光二极管。
用触发器的异步清除端CLR将触发器初始状态复位为“0000”,Q4Q3Q2Q1=0000。
(同样,可以用各触发器的预置端将触发器的初始状态置为某个状态。
)逐次按动单脉冲按钮,观察在CP脉冲作用下,计数器输出端的变化状态,将结果填入自制的表中。
分析电路输出端状态变化的规律,画出状态转换图,并说明电路的功能。
实验结果:五、思考题总结同步时序逻辑电路的一般分析方法。
(1) 根据逻辑电路写出各个触发器的驱动方程,即写出每个触发器输入端的逻辑函数表达式。
(2) 根据所给触发器,将得到的驱动方程代入触发器特性方程,得到时钟脉冲作用下的状态方程。
(3) 从逻辑电路中写出输出端的逻辑函数表达式。
(4) 将任何一组输入变量的取值及电路的初始状态,代入状态转移方程中和输出函数表达式中,得到时钟信号作用下的存储电路的次态逻辑值;再以得到的次态逻辑值为初始状态,和此时的输入变量的取值,再次代入状态转移方程中和输出函数表达式中,又得到新的次态逻辑值以及电路的输出值,如此循环代入逻辑值,直到所有输入变量的取值和所有逻辑状态值全部代入。
将存储电路的状态转换以及电路的输出用表格的形式来描述它们之间的关系,称为状态转移表。
将存储电路状态之间的转换关系用图形的方式来描述,就是状态转换图。
(5) 检查状态转换图(状态转移表),如果在时钟信号和输入信号的作用下,各个状态之间能够建立联系,则说明该时序逻辑电路能够自启动,否则不能自启动。
两个外输入的检测序列的同步时序逻辑电路一、理解这个电路咱们来唠唠这个关于两个外输入的检测序列的同步时序逻辑电路哈。
这就好比是两个小伙伴在玩一个需要同步配合的游戏呢。
这个电路啊,它要对两个外部输入的检测序列进行处理。
想象一下,这两个输入就像是两条不同的信息流,而这个电路的任务就是在合适的时间点,按照一定的规则,对这些信息流进行分析和处理。
这可不像咱们平常随便处理个东西那么简单,它得遵循时序逻辑,就像咱们做事得按照一定的先后顺序一样。
比如说,先做这件事,再做那件事,而且还得是同步的,就像跳舞得跟上音乐的节奏一样。
二、设计这个电路的思路那要设计这样一个电路,咱们得从基础开始想。
首先得确定这个电路需要哪些基本的元件,就像盖房子得知道需要哪些砖头、水泥一样。
这些元件组合起来才能构建出这个电路的基本框架。
然后呢,得考虑这个电路怎么识别这两个输入序列。
这就像是咱们得区分不同的人说话一样,得有独特的方法去辨认。
可能需要一些特殊的逻辑门,或者是一些存储元件来帮忙。
而且啊,这个同步的要求可不能忽视,得找到合适的时钟信号来保证这两个输入的处理是同步进行的。
三、实际构建中的要点在实际构建这个电路的时候,线路的连接可马虎不得。
就像咱们搭积木,每一块积木的摆放位置都很重要。
线路连接错了,那这个电路可就不能正常工作了。
而且呢,对于电路的稳定性也要特别关注。
就像人需要健康的身体一样,电路也需要稳定地运行。
这可能就需要对一些参数进行调整,比如电阻、电容的值之类的。
另外,为了确保这个电路能够准确地检测这两个输入序列,可能还需要进行一些测试和调试。
就像做一道菜,做好了还得尝尝咸淡,不合适就得调整。
四、电路的应用和意义这个电路在很多地方都能发挥大作用呢。
比如说在一些自动化的设备里,它可以用来检测不同的信号,然后根据检测的结果来控制设备的运行。
这就像是设备的小管家一样,通过对输入信号的检测,来决定设备该做什么,不该做什么。
在一些通信系统里,它也能派上用场。
同步时序逻辑电路的分析
一.分析的目的:得出时序电路的逻辑功能。
二.分析的方法(步骤):
1、写方程式
(1)时钟方程:CP的逻辑式
(2)输出方程:时序电路输出逻辑表达式,它通常为现态的函数。
(3)驱动方程:各触发器输入端的逻辑表达式。
(4)状态方程:把驱动方程代入相应的触发器的特性方程,即可求出各个触发器次态输出的逻辑表达式。
2、列真值表;
3、画状态转换图;
4、画时序图;
5、逻辑功能说明:由状态表归纳说明给定的时序电路的逻辑功能;
6、检查电路能否自启动。
注意:常见时序电路:
1)计数器:同(异)步N进制加(减)法计数器。
2)寄存器
三.时序逻辑电路中的几个概念说明
1.有效状态与有效循环
有效状态:在时序电路中,凡是被利用了的状态,都称为有效状态。
有效循环:在时序电路中,凡是有效状态形成的循环,都称为有效循环。
2.无效状态与无效循环
无效状态:在时序电路中,凡是没有被利用的状态,都叫无效状态。
无效循环:在时序电路中,如果无效状态形成了循环,那么这种循环就称为无效循环。
3.电路能自启动与不能自启动
能自启动:在时序电路中,虽然存在无效状态,但是它们没有形成循环,这样的时序电路叫能够自启动的时序电路。
不能自启动:在时序电路中,既有无效状态存在,且它们之间又形成了循环,这样的时序电路被称之为不能自启动的时序电路。
在这种电路中,一旦因某种原因使循环进入无效循环,就再也回不到有效状态了,所以,再要正常工作也就不可能了。
四.同步时序电路的分析举例
例1 试分析如图所示的时序电路的逻辑功能
Y
CP
解:(1)写方程式
时钟方程: CP CP CP CP ===210 输出方程: n n n Q Q Q Y 012=
驱动方程: n
Q J 20= n Q K 20= n
Q J 01= n Q K 01=
n
Q J 12= n Q K 12=
状态方程:把驱动方程分别代入特性方程
JK 触发器的特性方程:n n n Q K Q J Q +=+1
(6-2-4),得状态方程:
n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q K Q J Q 20202000010=+=+=+ ()
n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q K Q J Q 010********=+=+=+
n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q K Q J Q 12121222212=+=+=+
(2)列状态表
依次假设电路得现态n n n
Q Q Q
012
,代入状态方程式和输
出方程式,进行计算,求出相应得次态和输出,结果见状态表
1 1 1
/0
(a)有效循环
/1
(b)无效循环
(4)画时序图
CP Q 1Q 2Q 0Y
1
00000000000
1
1
1
1
1
1111
1
1
111
(5)电路功能说明
由状态图和时序图可知,该电路是一个6次CP 脉冲一循环的顺序发生器,又称为节拍发生器。
(6)检查电路能否自启动:由状态图可知,电路不能自启动。
例2. 试分析如图所示电路的逻辑功能。
C
CP
解:
(1)写方程式:
脉冲方程: CP CP CP CP ===210 驱动方程: 100==K J
n
Q K J 011==
n o n Q Q K J 122==
输出方程: n
n n Q Q Q C 012=
状态方程:
将驱动方程(6-3-1)代入到JK 触发器的特性方程中,得到状态方程:
n
n n n Q Q K Q J Q 0000010=+=+
n
n n n n n n Q Q Q Q Q K Q J Q 010*******+=+=+
n n n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q Q K Q J Q 0212012222212++=+=+
(2)列状态表
1 0 0
1 1 1
/0
/0
/0
/0
/0
/0
/0
/1
(4)画和时序图
CP Q 1Q 2Q 0000
000011
1
1
1
1
00
1
1
1
000011
1
1
0C
(5)电路功能说明
该时序电路为3为二进制同步加法计数器,C 为进位指示端。
(6)检查电路能否自启动:
如图所示,该电路为3位二进制同步减法计数器,分析过程同二进制同步加法计数器。
例3. 分析如图6-3-12所示电路的逻辑功能。
1
CP
解:
(1)写方程式
脉冲方程: CP CP CP CP CP ====3210 驱动方程: 100==K J
n n Q Q J 031= n
Q K 01=
n n Q Q K J 0122==
n n n Q Q Q J 2103= n
Q K 03=
输出方程: n
n Q Q C 03=
(2)求状态方程
将驱动方程代入到触发器的特性方程中,得到状态方程:
n n
n n Q Q K Q J Q 0000010=+=+
n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q K Q J Q 010********+=+=+
n
n n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q Q K Q J Q 0212012222212++=+=+
n n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q K Q J Q 030123333313+=+=+
(3)进行计算,得状态表。
(4)由状态真值表可画出状态转换图。
0 0 1 1
/0
/0
/0
/0
/0/1
(5)根据状态真值表可画出时序图。
CP Q 0Q 1Q 2Q 3C。