7.第六章 时序逻辑电路(73)[1]
数字电路逻辑设计 第6章 时序逻辑电路
四、时序电路分类 • 1、同步时序电路 2、异步时序电路
X “1” CP Q1 1J =1 1J
从控制时序状态的脉冲源来分： 从控制时序状态的脉冲源来分：
存储电路的状态转换是在统一时钟控制下同步 进行的， 进行的，所有触发器有一个统一的时钟源
。
没有统一时钟， 没有统一时钟，存储电路状态变化不是同时 发生的。 发生的。
n n J1 = Q3 ⋅ Q2 n n K1 = Q3 ⋅ Q2
0 0 0 1 1 0 0 0
1 1 0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 1 1
1 1 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1
0 0 0 1 1 0 1 0
0 1 1 1 0 0 0 0
n n J2 = Q3 ⋅ Qn K2 = Q3 1 n J3 = Q2 ⋅ Qn 1
n K3 = Q2 由逻辑图写出电路的激励函数、 一、由逻辑图写出电路的激励函数、状态方程和输出方程
★这一步不能出错，否则后续分析是在错误方程中，分析出错误结果。 这一步不能出错，否则后续分析是在错误方程中，分析出错误结果。
相同为1 Q n+1 ＝X ⊙ Q n CP↓ 相异为0 从工作波形中可以看出： 从工作波形中可以看出： 虽然输入信号X、CP完全相同，但由于T触发器 原来状态不同： Q n =0,z=0 CP Q n =1,z有变化
X
Q=0
Z Q =1
Z
由此可见：在相同的外部输入条件 由此可见： 存储电路的状态不同， 下，存储电路的状态不同，输出结 果完全不同，与组合电路有明显的 果完全不同， 区别。 区别。 时序电路的输出不仅取决于当时的 输入信号（ CP）， ），还取决于电 输入信号（ X、CP），还取决于电 路内部存储电路（ 触发器） 路内部存储电路（T触发器）的原 来状态， 来状态，
数字电路与系统设计第6章 时序逻辑电路
第6章 时序逻辑电路
3.移位寄存器型计数器
图6-16 环形计数器的逻辑图
第6章 时序逻辑电路
写驱动方程：
D 0 Q3 Q D1 0 D 2 Q1 D3 Q 2
n 1 Q0 D 0 Q3 n 1 Q1 D1 Q0 n 1 Q2 D2 Q1 Qn 1 D Q2 3 3
写状态方程：
写输出方程：
C Q3 Q2 Q1 Q0
第6章 时序逻辑电路
状态转换表：
第6章 时序逻辑电路
图6-4 同步二进制加法计数器的状态转换图
第6章 时序逻辑电路
图6-5 同步二进制加法计数器的时序图
第6章 时序逻辑电路
图6-8 同步4位二进制加法计数器74LS161的逻辑图
第6章 时序逻辑电路
第6章 时序逻辑电路
6.1 时序逻辑电路的分析方法 6.1.1 同步时序逻辑电路的分析方法
同步时序逻辑电路的分析是已知同步时序逻辑电路的逻辑 图，找出其逻辑功能。 分析步骤： 1.写驱动方程； 2.写状态方程； 3.写输出方程。
第6章 时序逻辑电路
[例6-1]试分析图6-2所示时序逻辑电路的逻辑功能， 要求①写出驱动方程、状态方程和输出方程；②列 出状态转换表；③画出状态转换图；④画出时序 图；⑤判断电路能否自启动？
1 3 2 1
n1 2 1 2 1 3
n1
2
Q
n1
3
Q Q Q Q Q
1 2 3 2
3
注意Q端顺序和 X,Y的标法 第4步: 求状态转换图 有时还要画电 路的工作波形图， 也叫时序图。
X
第6章 时序逻辑电路
第5步： 求时 序图
时序逻辑电路
001
011
010
有效状态：
使用的状态
100
110
111
101
000，001，011，100，110，111
无效状态： 未使用的状态101，010
有效循环：
在CP脉冲作用下，电路在有效状态中的循环
无效循环：
在CP脉冲作用下，电路在无效状态中的循环
Q3Q2Q1
000
001
011
010
100
110
111
有效循环
初态 Q3 Q2 Q1 000 001 011 111 110 100 101 010
Q3n+1 0 0 1 1 1 0 0 1
次态 Q2n+1
0 1 1 1 0 0 1 0
Q1n+1 1 1 1 0 0 0 0 1
000
001
011
010
无效循环
100
110
111
101
Q3Q2Q1
000
Q3
1
1 1 0 1
问题：来一个CP沿能否移两位或多位？ 答：不能。
因为触发器从CP 到达时接收数据，到 输出端建立新状态，需要传输时间。
当输出端新状态建立后该CP已过去， 待下一个CP到来时才能移到下一位。
双向移位存放器 74LS194
功能： 左移、右移； 并行送数； 保持； 异步清0
74LS194逻辑图
3 画状态转换表
初态
次态
QQ12nn11
Q1 Q3 Q2
Q3n1 Q1Q2 Q3
CP Q1 CP
Q3 Q2 Q1 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 000001
第六章 时序逻辑电路
Y Q* 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1
0 0 1 0 0
图6.2.2
6.2.时序逻辑电路的分析方法
三、时序图： 在时钟脉冲 序列的作用下， 电路的状态、输 出状态随时间变 化的波形叫做时 序图。由状态转 换表或状态转换 图可得图6.2.3所 示 图6.2.3
6.2.时序逻辑电路的分析方法
K1 1
6.2.时序逻辑电路的分析方法
（2) 状态方程：
JK触发器的特性方程
Q J Q K Q
*
将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得出电 路的状态方程，即
K1 1 J 1 ( Q 2 Q 3 ) , K 2 ( Q 1Q 3 ) J 2 Q1 , J QQ , K 3 Q2 1 2 3
设初态Q3Q2Q1=000，由状态方程可得：
CLK Q3 Q2 Q1 Q *3 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 1 0 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0
Q *2 Q *1 Y 0 1 0
Q 1 * ( Q 2 Q 3 ) Q 1 Q 2 * Q 1 Q 2 Q 1Q 3 Q 2 Q * Q Q Q Q Q 1 2 3 2 3 3
1 1 0 0 1 0 0
0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 1 1
由状态转换表可知，为七进制加法计数器，Y为进位 脉冲的输出端。
6.2.时序逻辑电路的分析方法
二、状态转换图： 将状态转换表以图形的方式 直观表示出来，即为状态转换图 由状态转换表可得状态转换图 如图6.2.2所示
CLK Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1
第六章时序逻辑电路
6.1 概述
2) 状态转换图 将状态转换表的形式表示为状态转换图，对于Mealy型电路 的状态转换图---是以小圆圈表示电路的各个状态，圆圈中填 人存储单元的状态值，圆圈之间用箭头表示状态转换的方向， 在箭头旁注明输入变量取值和输出变量的计算值，输入和输 出用斜线分开，斜线上方写输入值，斜线下方写输出值(参见 图6-2（a）)。对于Moore型电路的状态转换图---是以小 圆圈表示电路的各个状态和输出，圆圈中填人存储单元的状 态值和输出值，状态值和输出值之间用斜线分开，圆圈之间 用箭头表示状态转换的方向，在箭头旁注明输入变量取值(参 见图6-2（b）)。 3) 时序图 为了便于通过实验方法检查时序电路的功能，把在时钟序列 脉冲作用下存储电路的状态和输出状态随时间变化的波形画 出来，称为时序图。
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6.2 时序逻辑电路的分析
[例6-3 已知异步时序逻辑电路的逻辑图如图6-12所示， 试分析它的逻辑功能，画出状态转换图，说明逻辑功能的特 点，检查电路能否自启动? 解：由图6-12逻辑图可知:CP1=CP3=CP,CP2=Q1因此该 时序电路是异步的,它以Q3、Q2、Q1作为输出，因此它是 Moore型电路。 具体分析如下： 1)写出各触发器驱动方程
注意:各触发器均为下降沿触发方式,因此状态方程只有在它 的时钟输入脉冲下降沿到来时才成立,若是它的时钟脉冲下降 沿未到来,各触发器只能维持原状态不变。 3)根据状态方程和时钟方程，列出状态转换表，如表6-5所 示
用求解相关方程、求真值表、画状态图和时序图等方法才能
找出电路中触发器输出端的状态变化规律及输出变量的变化 规律。
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6.2 时序逻辑电路的分析
第6章时序逻辑电路(全)
第6章 时序逻辑电路内容摘要本章系统讲授时序逻辑电路的基本工作原理和分析、设计方法。
从电路结构和逻辑功能等方面概要地讲述了时序逻辑电路的特点、分类及其逻辑功能的表示方法。
详细介绍了时序逻辑电路电路的具体分析方法和步骤。
重点讲述了同步时序逻辑电路的设计方法和设计步骤，包括原始状态表的建立、状态表的化简、状态分配、求取驱动方程等。
分别介绍了计数器、寄存器、顺序脉冲发生器及序列信号发生器等各类常用中规模时序集成逻辑器件的工作原理和使用方法。
6.1 时序逻辑电路概述6.1.1 时序逻辑电路特点逻辑电路有两大类：一类是组合逻辑电路；另一类是时序逻辑电路。
组合逻辑电路的输出只与当时的输入有关，而与电路以前的状态无关。
时序逻辑电路是一种与时序有关的逻辑电路，它以组合电路为基础，又与组合电路不同。
时序逻辑电路的特点是，在任何时刻电路产生的稳定输出信号不仅与该时刻电路的输入信号有关，而且还与电路过去的状态有关。
所以时序逻辑电路都是由组合电路和存储电路两部分组成。
下面分析图6-1所示的电路说明时序逻辑电路的特点。
电路由两部分组成：一部分是由一位全加器构成的组合电路，一部分是由D 触发器构成的存储电路。
A i ，B i 为串行数据输入，S i-1为串行数据输出。
A 0，B 0作为串行数据输入的第一组数送入全加器，产生第一个本位和输出S 0及第一个进位输出C 0，当CP 上升沿到达时，C 0作为D 触发器的驱动信号到达Q 端，成为全加器第二次相加的C i-1信号。
可见，全加器执行A i ，B i ，C i-1三个数的相加运算，D 触发器负责记录下每次相加后的进位结果。
由以上分析可知，图6-1的逻辑功能是串行加法器。
它的结构、特点与组合电路完全不同。
时序逻辑电路的结构如图6-2所示，它由组合逻辑和存储电路两部分构成。
图中X (x 1,x 2,…,x i )为时序电路的外部输入；Y （y 1，y 2，…，y j ）为时序电路的外部输出；Q （q 1，q 2,…, q l ）为时序电路的内部输入（或状态）；Z （z 1，z 2，…，z k ）为时序电路的内部输出（或称驱动）。
数字电子技术第六章时序逻辑电路
Qn1 J Qn K Qn
n 1
则求 Q2 时应得
___
n 1
Q2
a
Qn 2
Q2n
两式相比得
J ,
__
K
第六章 时序逻辑电路
故
___
Q n1 2
x Q2n
xQ1nQ2n
J2 x
_____
K2 xQ1n
___
Q1n1 xQ2n Q1n xQ1n
__
J1 xQ2n K1 x
第六章 时序逻辑电路
由图 6 - 15(a)~(d)可得
___ ___
Q4n1 Q1nQ2nQ3n Q4n Q1n Q4n
___ ___
___
Q3n1 Q1nQ2n Q3n Q1n Q3n Q2n Q3n
___ ______
Q1nQ2n Q3n Q1nQ2n Q3n
___ ___ ___
Q2n1 Q1n Q4n Q2n Q1n Q2n
___
Q1n1 Q1n
第六章 时序逻辑电路
由此得各触发器的激励函数为
J 4 Q1nQ2nQ3n
J3 Q1nQ2n
第六章 时序逻辑电路
根据方程可得出状态迁移表，如表 6 - 2 所示，再由表得 状态迁移图， 如图 6 -5 所示。
表 6 – 2 例 2 状态表
Q3n
Q2n
Q1n
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
Q n1 3
0 0 0 1 0 0 0 0
第六章-时序逻辑电路的分析和设计
Ii
j 组合 电路 E 存储电路
k
m
O S
第六章 时序逻辑电路分析和设计
输出方程:
O＝f1(I，Sn)
表达输出信号与输入信号、状态变量的关系式
激励方程: E＝f2(I，Sn)
表达激励信号与输入信号、状态变量的关系式
状态方程 : Sn+1＝f3(E，Sn)
表达存储电路从现态到次态的转换关系式
111
Q2Q1Q0
101
010
110
100
111
110
由图可见，001、010、100、三个状态形成闭合回路，电路正常工作时，其状态总是按照回路
中的箭头方向循环变化。这三个状态构成了有效序列，称作有效状态。其余的5个状态称为无
效状态。无论电路的初始状态如何，经过若干CP脉冲后，总能进入有效序列。电路具有的这
第六章 时序逻辑电路分析和设计
6.2 时序逻辑电路的分析
6.2.1 分析同步时序逻辑电路的一般步骤 6.2.2 同步时序逻辑电路分析举例
第六章 时序逻辑电路分析和设计
6.2 时序逻辑电路的分析
时序逻辑电路分析的任务： 分析时序逻辑电路在输入和时钟信号的作用下，其状态
和输出信号变化的规律，进而确定电路的逻辑功能。 分析过程的主要表现形式:
(2) 根据电路列出三个方程组
输出方程组:
Y=AQ1Q0
激励方程组: T0=A T1=AQ0
将激励方程组代入T触发器的特性方程得状态方程组
Qn1TQnTQnTQn
Q0n1 AQ0n Q1n1 ( AQ0n )Q1n
第六章 时序逻辑电路分析和设计
(3) 根据状态方程组和输出方程列出状态表
清华数字电路课件第六章-时序逻辑电路
YF(Q)
仅取决于电路
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。
6.2.时序逻辑电路的分析方法
(4）状态转换表：
Q Q12n n 1 1 D D12Q A1Q1Q2
A＝0时
Y [ A Q 1 ( Q 2 ) ( A Q 1 Q 2 ) ] A Q 1 Q 2 A Q 1 Q 2 A＝1时
Q2 Q1 Q2* Q1* Y
00 0 1 0 01 1 0 0 10 1 1 0 11 0 0 1
J3 Q1Q2,
K3 Q2
6.2.时序逻辑电路的分析方法
（2) 状态方程：
JK触发器的特性方程
Q *JQ KQ
将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得出电 路的状态方程，即
J1 (Q2Q3), K1 1
J2 Q1,
K2 (Q1Q3)
J3 Q1Q2,
K3 Q2
(3)输出方程：
QQ2*1*Q(1QQ22Q3)Q1QQ31Q2 Q3*Q1Q2Q3 Q2Q3
YQ2Q3
6.2.时序逻辑电路的分析方法
6.2.2时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、状态 机流程图和时序图
从例题可以看出，逻辑电路的三个方程应该说已 经清楚描述一个电路的逻辑功能，但却不能确定电路 具体用途，因此需要在时钟信号作用下将电路所有的 的状态转换全部列出来，则电路的功能一目了然
数电——第六章时序逻辑电路
数电——第六章时序逻辑电路华北电力大学数电课件6.时1逻辑电序路的本概念基6.2同步时序逻电路辑分析的63同步.序时逻电辑的路设6.4异步时计序辑电逻的路析6.5分干若型的时序逻典辑成电路集6.6用Vrielo描g时述逻序辑路某电67.时逻序辑可编程辑器件逻华北电力大学数电课件《字电数技子基础术》第六章序时辑电路逻主：何讲钧玉教学基本要求.1熟掌握练时序辑逻电路的述描方及式其相互转换。
2熟.练掌时序逻辑握电路分的析方法.熟练3掌握时序辑电逻的路设计法方4.熟掌练握型典序逻时辑路计电数、寄存器、移位器寄存器逻的辑功能及应其。
用5.正确解理时可编程器件的原理及序应其用6.会学Virelog用HLD设计时电序路及序可编程逻辑器时件的法。
方《华北电力大学数电课件字数电子术技基础》六章第时逻序辑路主电讲：玉何6钧1时序.逻电辑的路基本念概6.11.时序逻电路辑的模与分类型1时.电序路的般一化型模输信入号I(I1=I2,…Ii),Iji组合路km电E存电储路S出输信号=I(1,OO2,…jO)O激信励E号=E1(,2,EEk…)结构征状态信特S=号(S,1S2,…mS)某电路由合电组路和存电储路组成。
某路存在电馈。
反华北电力大学数电课件数字《子技电术基础》i合组路电第章六时序辑逻电j路OS主讲：何玉钧IkmE存储电路时电路序是状依态赖，故的又为称状态机。
信号之间的系：关输出程:方O=1fI(,),输S信出号与入输信号状态变量的、关；系励激程方:=f2(E,S),激I励信号输入与信、号状变量态的关；状系方态程:S+n1=3(E,fnS),储存电路从态到次现的转换关系式态序电路时的要主征特:.电路1组合电路和由存电储路组成2。
.电的路状与态时间因相素关即电，路在一任刻时状态不的仅是当输前信入的函号，数还是电以前状路的态数。
函华北电力大学数电课件主讲何玉钧:2.异步时序电路与同步时电路序同步序电路：时存储路里电有触发器有一所个一的统钟源时它，的状态们同在一时刻新更。