第七章时序逻辑电路

第七章时序逻辑电路

一、概述

1、时序逻辑电路的特点

逻辑功能特点：任何时刻的输出不仅取决于该时刻的输入信号，而且与电路原有的状态有关。

电路结构特点：由存储电路和组合逻辑电路组成。

2、时序逻辑电路的类型

同步时序逻辑电路：所有触发器的时钟端连在一起，所有触发器在同一个时钟脉冲CP控制下同步工作。

异步时序逻辑电路：时钟脉冲CP只触发部分触发器，其余触发器由电路内部信号触发。因此，触发器不在同一时钟作用下同步工作。

米利型电路：输出不仅取决于存储电路的状态，还和电路的输入信号有关。

摩尔型电路：输出仅仅取决于存储电路的状态。

3、时序逻辑电路的各种方程和图表

时钟方程

驱动方程：各触发器输入信号的逻辑表达式。

输出方程：时序电路的输出逻辑表达式。

状态方程：将驱动方程代入相应触发器的特性方程中所得到的方程

状态转换真值表：简称状态转换表，是反映电路状态转换的规律与条件的表格。

填写方法：将电路现态的各种取值代入状态方程和输出方程进行计算，求出相应的次态和输出，从而列出状态转换表。如现态起始值已给定，则从给定值开始计算；如没有给定，则可设定一个现态起始值依次进行计算。

状态转换图：用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态，用箭头表示状态转换的方向，箭头旁的标注表示状态转换的条件，从而得到的状态转换示意图。

时序图：在时钟脉冲CP作用下，各触发器状态变化的波形图。

二、时序逻辑电路的分析方法

1、同步时序逻辑电路的分析方法

a、根据给定的电路，写出它的输出方程和驱动方程，并求状态方程；

b、列状态转换真值表；

c、分析逻辑功能；

d、画状态转换图和时序图。

2、异步时序逻辑电路的分析方法

异步与同步时序电路的根本区别在于前者不受同一时钟控制，而后者受同一时钟控制。因此，分析异步时序电路时需写出时钟方程，并特别注意各触发器的时钟条件何时满足。

三、计数器

1、计数器的作用与分类

计数器(Counter)用于计算输入脉冲个数，还常用于分频、定时等，其分类如下：

按时钟控制方式不同分：同步计数器和异步计数器。（同步计数器比异步计数器的速度快得多。）

按计数增减分：加法计数器、减法计数器、加/减计数器

按计数进制分：二进制计数器、十进制计数器、N进制计数器

2、计数器的计数规律举例

下面分别是二进制加法计数器和二进制减法计数器的计数规律：

下面是8421码十进制计数器和任意进制（五进制）计数器计数规律：

计数的最大数目称为计数器的“模”，用M表示，模也称为计数长度或计数容量。

n个触发器有n2种输出，最多可实现模n2计数器，五进制计数器也称模5计数器；十进制计数器则为模10计数器；3位二进制计数器为模8计数器。

3、同步计数器

（1）、3位二进制同步加法计数器

下图为同步3位二进制同步加法计数器的电路图：

串行进位：触发器负载均匀并行进位：低位触发器负载重电路分析:

a、逻辑电路图只由T触发器构成，且T触发器的特性方程为：n

n

n Q

T

Q

T

Q+

=

+1。

b、由图可知，各触发器的驱动方程为：n

j

i

j

i

Q

T∏-

=

=

1

，即：

n

n

n Q

Q

T

Q

T

T

1

2

1

;

;1=

=

=

c、将各触发器的驱动方程带入相应触发器的特性方程，得到各触发器的状态方程为：

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

2

2

2

1

1

2

1

1

1

1

1

+

=

+

=

=

+

+

+

d、电路的输出方程为：n

n

n Q

Q

Q

C

1

2

=

根据上述，可列出电路的状态转换表：

（2）、3位二进制同步减法计数器

下图为同步3位二进制同步减法计数器的电路图：

电路分析：

与二进制加法计数器相比，各触发器的驱动方程变为：n j i j i Q T ∏-==1

0 ，

其状态转换表如下：

（3）、二进制可逆同步计数器

二进制可逆同步计数器是加法计数器和减法计数器的合并，并通过控制电路选择加、减计数功能。如上图，当0/=D U 时，实现加计数器功能；当1/=D U ，实现减计数器功能。 （4）、十进制加法同步计数器

（5）、十进制减法同步计数器

4、异步计数器

5、集成计数器

6、任意进制计数器的构成

目前常见的集成计数器有十进制、4位二进制、12位二进制等。若现在有M 进制计数器，需构成N 进制计数器，此时有N M >和N M <两种情况。 （1）、N M >的情况

在M 进制计数器的计数过程中，只要跳过

)N M -（个状态，就可以获得N 进制计数器。 集成计数器一般都有置零输入端和置数输入端，可以利用这两个输入端来跳过

)N M -（个状态实现N 进制计数器，分别称为反馈复位法和反馈置数法。

当输入第 N 个计数脉冲时，利用置 0 功能对计数器进行置 0 操作，强迫计数器进入计数循环，从而实现 N 进制计数。这种计数器的起始状态值必须是零。

当输入第 N 个计数脉冲时，利用置数功能对计数器进行置数操作，强迫计数器进入计数循环，从而实现 N 进制计数。这种计数器的起始状态值就是置入的数，可以是零，也可以非零，因此应用更灵活。