数字电子技术 第5章 时序逻辑电路的分析

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5.8异步计数器
1.异步计数器的概念：异步计数器中的 触发器不会同时改变状态，因为它们没 有共同的时钟脉冲
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2. 三位异步二进制计数器
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波形图
Q0:2分频 Q1:4分频 Q2:8分频
Q0 Q1’ Q2
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3.四位异步十进制计数器
1 CP 2 3 4 5 6 7 8 9 10
起译码 作用
电路分析： Di输入的数据，在cp 上升沿作用下,逐位 向左移动，经过4个 脉冲，将把输入的第 1个数传送到输出D0。
电压波形
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5.5.MSI移位寄存器
M=0 M=1
串行输出
74LS95右移 移位寄存器
并 行 输 出
(1)电路形式：电路接成串行移位右移，并行输入，并行输出。 (2)工作原理：当方式控制M=1时，允许数据以并行方式输入，在cp2作用下，并 行存入J-K FF，并以并行方式输出Data.Q0~Q3。当M=0时，并行输入被禁止， 允许串行输入到J-K FF，在cp1作用下逐位右移。
1
1
1
1
4位异步二进制计数器(74LS93)
电路特点： 74LS93是一个MSI.模2×8进制计数器。从电路形式上看，第1 个FF为2进制，第2~4个FF是8进制计数器。采用两个时钟脉冲 CPA，CPB，有2个复位输入端，为方便灵活使用。
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74LS93应用
用74LS93构成模16计数器。 将QA(第一级FF输出)作为CPB 使用，成为模16计数器。
(4)将驱动方程分别代入J-K FF的特性方程：
001 000 (2)时序电路的输出为Q3Q2Q1
(3)各FF的驱动方程： J1=Q3 K1=1 J2=1 K2=1 J3=Q2Q1 K3=1
010
n+KQ Qn+1=JQ011 n
100
得：Q1n+1=Q3n Q1n (cp1↓ )
状态转换图 Q2
n+1=Q n 2
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4位异步模12计数器 (采用部分译码，部分反馈复位法)
CP
Q3 0 0
Q2 0 0
Q1 0 0
Q0 0 1 12个状态 循环
因为电路中的J-K FF全接 成T-FF形式，J=K=1，所 以4位T-FF属二进制计数 方式，模12计数器。
0 1
11 12
1 1
0 1
1 0
1 0 正常的次态 45
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10
Mealy型状态机描述方法
状态方程： 状态 =F ( 记忆的当前状态, 输入信号); 输出方程： 输出 =G (记忆的当前状态, 输入状态);
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（2）Moore(摩尔)型状态机框图
输出方程： y(tn)=F[w(tn
Moore型状态机输出只与当前记忆状态有关，与输入无关。
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Moore型状态机描述方程:
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时序逻辑电路的特点
• 1.除了有组合逻辑电路以外,还有存储电路, (由F.F.组成)具有记忆过去输入信号的能 力 • 2.存储电路的状态反馈到输入端与输入信号 共同决定其组合电路部分的输出.
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1.两个简单的时序逻辑电路的结构
时序逻辑=存储元件+组合逻辑
1
1
1
5
时序逻辑=组合逻辑电路+存储元件
由状态方程可得状态转换表： 设初始状态：Q1nQ0n=00
Q1 n Q0 n
0 00 01 10 11 00 01 10 11
En 1 01 10 11 00
S1
S2
S3 S0
Q1n+1
Q0n+1
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状态转换图
Max=0 En=1 En=1 En=1 S0 S1 En=1 Max=0 S3 En=1 S2
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时序逻辑电路的结构框图的另一种形式 （有存储元件输出的）
wL
Zm
Xi
Comb. LogicFra bibliotekMemory Logic
Qn
Yk
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3.时序逻辑电路的两种类型
1.Mealy型时序逻辑电路(状态机)的框图 输出方程： y(tn)=F[x(tn),w(tn)]
Mealy型状态机输出不仅与记忆状态有关，而且与当前输入有关。
因为图中J-K FF接成D-FF形式，故此：D=DiM+s· M，时钟：cp=M· clk1+M· clk2
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5.6 74LS194双向移位寄存器
R/ L =1 =0
左移 右移
(1)电路形式：为了使74LS95 能向左移位，将QD接到C输 入，QC接到B输入，QB接到A 输入端，就可实现双向移动。 (2)双向移位：当R/L=1时，右 移；当R/L=0时，左移。 (3)电路中D-FF的驱动方程： Di=[R/L· i+1+R/L· i-1] (cp↑ ) Q Q
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3.Mealy型同步时序电路的分析
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驱动方程： D0=Q0nEn+ Q0nEn D1=Q1nEn+ Q1nQ0nEn + Q1nQ0nEn 次态方程： Q0n+1= D0 Q1n+1= D1 状态方程： Q0n+1=(Q0n⊕ En) ↑cp Q1n+1=(Q1nEn+Q1nQ0nEn+Q1nQ0nE n) ↑cp
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(4)用74LS194实现8位双向移位寄存器
右移输入
左移输入
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5.7计数器
• 1.计数器概述: • 定义: 连接在一起能够完成数据计数操作的一组触 发器叫作计数器。 • 模: 用于技术的触发器数及它们的连接方式，决定 可能计数的状态数称作模。计数器完成一个计数 周期就指定了状态序。
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2.计数器的分类
0 1 0
时序波形图：
Q1nQ0n Q1n+1Q0n+1 B=Q1 输入cp数 将驱动方程带入J-K FF的特性方程：Qn+1=JQ+KQ (1) (2)
(3)
00 得到状态方程：
01 10
00
0 1
0
0 1 1 1
Q0n+1= Q1n Q0n (↓)
10
01
Q n+1= (4) 1
Q1n Q0n (↓) 00
En=1 (F) Max=1
Max=0
输出方程：F=Q1Q0En=1 只有在En =1，Q1Q0 =11时，F=1
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同步Moore型时序逻辑电路
状态转换图： 状态转换表： 时钟方程：cp0=cp1=cp 设初始状态为Q n 1 n 驱动方程：J =Q 1KQ0 =00 =1 1
0 0 J1=Q00 K1=1 1 输出方程：B=Q1 0 1 0 1 1 1
(cp2↓ )
Q3n+1=Q3n Q2n Q1n (cp3↓ )
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异步时序逻辑电路（详见书上例5.2.4）
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5.4移位寄存器
概述：本章将学习寄存器和移位寄存器的概念和工作原理 其中移位寄存器：74LS95；双向移位寄存器：74LS194 1.移位寄存器的分类： (1).串行输入/串行输出移位寄存器 (2).串行输入/并行输出移位寄存器 (3).并行输入/串行输出移位寄存器 (4).并行输入/并行输出移位寄存器 (5).双向移位寄存器 (6). 移位寄存器的应用
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3.具体的计数器件
• • • • • • • • 74LS93 74LS160 74LS161 74LS163 74LS190 74LS191 74LS193 74LS290 4位二进制计数器 同步十进制(加法)计数器 4位同步二进制计数器 4位二进制计数器, 有同步复位 单时钟同步,十进制加减(可逆)计数器 模16二进制可逆计数器 双时钟同步,模16可逆计数器 十进制计数器(2-5-10异步计数器)
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例2. 同步Moore型时序逻辑电路
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电路的状态转换图
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电路的时序图
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例3.同步Mealy型时序逻辑电路
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状态转换图
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5.3异步时序逻辑电路的分析 :
• 异步时序逻辑电路的特殊问题 : 1.异步时序电路中,F.F.时钟不是全部接于同一CLK脉冲源, 因此电路的状态方程必须将每个F.F.的时钟信号作为一个 变量写入; 2.此状态方程所表示的逻辑功能只有在它的CLK输入触发信 号到来时才起作用,并且只有F.F.边沿到来时状态方程才 成立,这决不是一个CLK变量与其它变量相与的逻辑关系.
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•
1.
同步与异步时序电路的差别
从电路的结构上看，有一个以上的CLK信号，用前面 的FF输出作为后面FF的CLK信号。 每个FF的状态只与它的输入信号和连的CLK信号有关。
2.
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例1.分析下述逻辑电路的功能
F.F.1
F.F.2
F.F.3
(1)时钟方程：cp1=cp3=cp cp=Q1(↓) 电路状态转换真值表
第5章 时序逻辑电路的分析
1
Chapter 5. 本章任务
• 1 学习时序逻辑电路的分析方法；
• ２学习时序逻辑电路的设计方法； • ３学习中规模集成电路的应用；计数器、寄存 器、移位寄存器、顺序脉冲发生器等
2
5.1时序逻辑电路概述
• 时序逻辑电路定义：时序逻辑电路是一种 在任何时刻的输出, 不仅取决于该时刻电路 的输入,而且与电路过去的输入有关的逻辑 电路.因此时序逻辑电路必须具有存储功能.
输出 =G (当前记忆状态);
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4.时序逻辑电路的特点
与组合逻辑电路相比，时序逻辑电路有如下两 个特点： （1）有存储功能的电路 （2）状态反馈到组合电路输入