数字电路技术时序逻辑电路分析(正式)总结

同步时序逻辑电路的分析
④ 写出状态转换表
状态转换表
Qn 1 Qn+13 Qn+1 2 Qn+11 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 Y 0 0 0 0 0 0 1 1
Qn3 0 0 0 0 1 1 1 1
器件实例：74LS194 左/右移，并行输入，保持，异步
置零等功能
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6.3.1、移位寄存器 （代码在寄存器中左右移动）
SQ1 S1S0 Q1 S1S0 Q0 S1S0Q2 S1S0 D1
S1 S1
S0
S0
RQ1 SQ1 Q1n1 SQ1
通过控制S1,S0 就可以选择194的工作状态
D边沿触发器是最简单的数据寄存器。在 CP脉冲作用下， 它能够寄存一位二进制代码。
当 D=0时，在CP脉冲的边沿将 0寄存在 D触发器中；
当 D=1时，在CP脉冲作用下将 1寄存在 D触发器中。 24
6.3.1 常用的时序逻辑电路-寄存器
一、寄存器： ①用于寄存一组二值代码，N位寄存器由N个触发器组成， 可存放一组N位二值代码 ②只要求其中每个触发器可置1，置0
第六章 时序逻辑电路
1
第六章 时序逻辑电路
6.1 概述
6.2 时序逻辑电路的一般分析方法
6.3 若干常用的时序逻辑电路
6.4 时序逻辑电路的设计方法
2
6.1 概 述 一、 时序逻辑电路特点
1.
功能上：任何一个时刻的输出状态不仅取决于该时刻的输入
信号，还与电路原来的状态有关。 例如： 串行加法器，两个多位数由高到低依次相加。
21
6.2.2
同步时序逻辑电路分析
6、画波形图
CP Q0 Q1
Q2
22
6.3 常用的时序逻辑电路-寄存器
一、数据寄存器 二、移位寄存器 三、集成寄存器
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6.3.1 常用的时序逻辑电路-寄存器
一、寄存器： ① 用于寄存一组二值代码，N位寄存器由N个触发器组成， 可存放一组N位二值代码 ② 只要求其中每个触发器可置1，置0
② 写出输出方程为 Y=Q2Q3
J3=Q1n Q2n ，K3=Q2n n 1 n n ③ 代入JK触发器的特征方程 Q JQ KQ 中，得状态方程为：
Q1n+1=Q2Q3 Q1 Q2n+1=Q1 Q2 + Q1Q3 Q2 Q3n+1=Q1Q2Q3 + Q2Q3 12
例题中电路无输入变量，次态和输出只取决于电路的初态，设初态 为Q3Q2Q1=000，代入其状态方程及输出方程，得： Q1n+1= 0 • 0 • 0 =1 • 1=1 Q2n+1= 0 • 0 + 0 • 0 • 0=0 Y=0 • 0=0 Q1n+1= 0 • 0 • 1 =0 Q2n+1= 1• 0 + 1 • 0 • 0=1 Q3n+1= 1 • 0 • 0 + 0 • 0=0 再以010为初态，代入得 Q1n+1= 1 • 0 • 0 =0 • 0=1
移位 CP 脉冲
CP 0 1 2 3 4
DI Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1
从CP上升沿开始到输出新状态的建立需要经过一段传输延迟时 间，所以当CP上升沿同时作用于所有触发器时，它们输入端的 状态都未改变。 于是，F1按Q0原来的状态翻转， F2按Q1原来的状态翻转， F3按 Q2原来的状态翻转，同时，输入端的代码存入F0，总的效果是 寄存器的代码依次右移一位。例如在四个CP周期内输入代码依 次为1011， 27
Q0 Q1 Q2 Q3
S0 S1 DIR
CP RD 74LS194 D0 D1 D2 D3 DIL
RD 0 1 1 1 1
S1 X 0 0 1 1
S0 工作状态 X 置零 0 保持 1 右移 0 左移 1 并行输入
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6.3.1、移位寄存器 （代码在寄存器中左右移动）
扩展应用 （四位 八位）
并行数据输入
② 写出输出方程为 Y=Q2Q3
J3=Q1n Q2n ，K3=Q2n
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同步时序逻辑电路的分析
③ 写出状态转换表
状态转换表
J2 0 1 0 1 0 1 0 1 k2 0 1 0 1 1 1 1 1 J3 K3 Qn+1 3 Qn+1 2 Qn+1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 Y 0 0 0 0 0 0 1 1
8
同步时序逻辑电路的分析
分析：找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CP作用下，电路的次态和输出。 一般步骤 ：
5. 根据状态转换表，画出状态转换图。
9
例1
1
1J C1F1 1K
Q1
1J F2 C1 & 1K
Q2
1J F3 C1 1K
Q3 33
&
1
Y
CP
① 写电路的驱动方程： J1=Q2nQ3n ，K1=1 J2=Q1n ，K2=Q1n Q3n
/1 111
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同步时序逻辑电路的分析
000 /1 111 /0 /1 110 /0 101 /0 100 001 /0 010 /0 011 /0
每经过七个时钟触发脉冲以后输出端 Y从低电平跳变为高电平， 且电路的状态循环一次。
若电路初态为111，代入方程得： Q3Q2Q1=000，Y=1 ，经一个 CP作用后仍能进入有效状态，这叫计数器具有自启动能力。 逻辑功能： 电路具有对时钟信号进行计数的功能，且计数容量 等于七，称为七进制计数器。 16
2. 将驱动方程代入触发器的特性方程，得到触发器状 态
3. 从给定电路写出输出方程
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同步时序逻辑电路的分析
分析：找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CP作用下，电路的次态和输出。 一般步骤 ：
4. 若将任何一组输入变量及电路初态的取值代入状 态方程和输出方程，即可算得电路次态和输出值： 以得到的次态作为新的初态，和这时的输入变量取 值一起，再代入状态方程和输出方程进行计算，又 可得到一组新的次态和输出值。如此继续，将结果 列为真值表形式，便得到状态转换表。
与X、Q有关 仅取决于电路状态
5
6.2 时序逻辑电路分析方法
分析步骤

同步时序逻辑电路分析举例
6
同步时序逻辑电路的分析
分析：找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CP作用下，电路的次态和输出。
一般步骤 ： 1. 从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程 （触发器输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程
6.3.1、移位寄存器 （代码在寄存器中左右移动）
1、具有存储和移位的功能
串行 DI 输入 FF0 1D C1 并 出 Q0 行 FF1 1D C1 Q1 FF2 1D C1 Q2 FF3 1D C1 输 Q3 DO串行 输出
移位 CP 脉冲
经过4个CP信号后，串行输入的四位代 码全部移入了移位寄存器，并在四个输 出端得到并行输出代码。利用移位寄存 器可实现代码的串行—并行转换。若再 加4个CP信号，寄存器中的四位代码还 可以从串行端依次输出。 28
2. 电路结构上： ① 包含存储电路和组合电路 ② 存储器状态和输入变量共同决定输出
3
6.1 概 述 二、 时序电路的一般结构形式与功能描述方法
x1 xn 输入信号 组合逻辑电路
y1 yi
q1
qk 存储电路的 输出信号 存储电路
z1
zj
输出信号
存储电路的 输入信号
Z = G（X，Qn） Qn+1= H（Z，Qn）
Qn3 0 0 0 0 1 1 1 1
11
Qn2 0 0 1 1 0 0 1 1
Qn1 0 1 0 1 0 1 0 1
J1 1 1 1 1 1 1 0 0
k1 1 1 1 1 1 1 1 1
例1
1
1J F1 C1 1K
Q1
1J F2 C1 & 1K
Q2
1J F3 C1 1K
Q3 33
&
1
Y
CP
① 写电路的驱动方程： J1=Q2nQ3n ，K1=1 J2=Q1n ，K2=Q1n Q3n
例1
74 LS 75 cp 高电平期间, Q 随D 改变
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6.3.1 常用的时序逻辑电路-寄存器
例2
74 LS 175 CP 将存入D0-D3 , 与此前后 的状态无关, 有异步置 0 功能
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.3.1、移位寄存器 （代码在寄存器中左右移动）
1、具有存储和移位的功能
串行 DI 输入 FF0 1D C1 并 出 Q0 行 FF1 1D C1 Q1 FF2 1D C1 Q2 FF3 1D C1 输 Q3 DO串行 输出
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6.2.2
5.画状态图
同步时序逻辑电路分析
101
Q2Q1Q0
/1 111
000 /1
/0
001
/0
010 /0 /1
/1 110
100
/0
011
20
6.2.2
同步时序逻辑电路分析
可以看出，000、001、010、011、100这五个
状态构成了一个循环，即每输入五个脉冲就
循环一周，通常这种时序逻辑电路称为五进 制计数器，并且这五种状态称为有效状态， 其余的三种状态称为无效状态。如果设初态 为111（无效状态），经一个CP作用后仍能进 入有效状态，这叫计数器具有自启动能力。
左移 右移 串行输入 串行输入
DIR D0 D1 D2 D3 DIL S1 S0 S1 S0 74LS194 Q0 Q1 Q2 Q3 CP RD
DIR D0 D1 D2 D3 DIL S1 S0 74LS194 Q0 Q1 Q2 Q3 CP RD CP RD
并行数据输出
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6.3.2、计数器
用于计数、分频、定时产生节拍脉冲等
6.3.1、移位寄存器 （代码在寄存器中左右移动）
1、具有存储和移位的功能
并 FF0 1D C1 Q0 FF0 1D C1 行 Q1 FF0 1D C1 输 Q2 FF0 1D C1 出 Q3 DO串行 输出 串行 D I 输入
移位 CP 脉冲
应用 ： 代码转换， 串 并
数据运算
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6.3.1、移位寄存器 （代码在寄存器中左右移动）
Qn2 0 0 1 1 0 0 1 1
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同步时序逻辑电路的分析
⑤ 画出状态图
状态转换图：更形象表示时序电路的逻辑功能。 →代表转换方向，输入变量取值写出斜线之上，输出 值写在斜线之下。
Q3 Q2 Q1
代表状态
000 /0 /1 110 /0 101 /0 100 001 /0 010 /0 011 /0
4
驱动方程 状态方程 输出方程
Y
= F（X，Qn）
6.1 概 述 三、 时序电路的分类
1、同步时序电路 与 异步时序电路
同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的 cp, 状 态变化发生在同一时刻 异步：没有统一的 cp, 触发器状态的变化有先有后
2、Mealy型 和 Moore型 Mealy型： Y=F(X, Q) Moore型： Y=F（Q）
同步时序逻辑电路的分析
时序图： 在时钟脉冲序列作用下电路状态，输出状态随时间变化的波形图叫 做时序图。 CP
Q1 t
Q2
t
Q3
t
Y
t
17
t
例2
Y Q2
Q2
FF2 1J ＆ C1 1K
Q1
FF1 1J C1 1K
Q0
FF0 1J C1 1K CP
1.驱动方程 J0=Q2n J1=K1=Q0
n
2.状态方程 K0=1 将驱动方程代入JK触发器特征方程
Q3n+1= 0 • 0 • 0 + 0 • 0=0
又以100为初态，代入得
Q2n+1= 0 • 1 + 0 • 0 • 1=1
Q3n+1= 0 • 1 • 0 + 1 • 0=0 如此继续，依次得到100，101，110，000，又返回最初设定的初态， 列出其状态转换表。若电路初态为111，代入方程得： 13 Q3Q2Q1=000，Y=1
分类：按时钟分，同步、异步
按计数过程中数字增减分，加、减和可逆
按计数器中的数字编码分，二进制、二-十进 制
按计数容量分，十进制，60进制。。。
Q
状态方程
n 1
JQ KQ
n
Q0n+1 = Q2nQ0n Q1n+1 = Q0nQ1n+Q0nQ1n Q2n+1 = Q0nQ1nQ2n
J2=Q0nQ1n
K2=1
18 3. 输出方程
Y=Q2n
6.2.2
同步时序逻辑电路分析
4.列状态转换表
Q2n 0 0 0 0 1 1 1 1 Q1n 0 0 1 1 0 0 1 1 Q0n 0 1 0 1 0 1 0 1 Q2n+1 0 0 0 1 0 0 0 0 Q1n+1 0 1 1 0 0 1 1 0 Q0n+1 1 0 1 0 0 0 0 0 Y 0 0 0 0 1 1 1 1