时序逻辑电路概述

[电路分析与电子技术基础]一、时序逻辑电路概述1.时序逻辑电路特点在时序逻辑电路中，输出信号不仅与当前的输入有关，而且与电路原来的状态有关。第十四章时序逻辑电路分析与设计X(x1,x2,…,xi)Z(z1,z2,…,zj)Y(y1,y2,…,yl)W(w1,w2,…,wk)组合逻辑电路存储电路2.时序逻辑电路功能描述方法时序逻辑电路特点表明：电路当前的输出除与输入有关外还与电路的状态有关。而电路的状态是靠触发器记忆的，因此，描述触发器的方法也适合时序逻辑电路。①逻辑方程存储电路状态方程存储电路激励函数电路输出函数表达式)(),()()(),()()(),()(1nnnnnnnnntYtWHtYtYtXGtWtYtXFtZ[电路分析与电子技术基础]②状态转移表反映时序电路输出Z(tn)和次态Y(tn)与输入信号和现态Y(tn)之间对应值表格叫做状态转移表。③状态转移图反映时序逻辑电路状态转移规律及输入、输出取值情况的几何图形。④时序图（工作波形图）用波形描述输入信号、输出信号、电路状态等取值在时间上的对应关系。3.时序逻辑电路分类①按状态改变方式同步时序逻辑电路与异步时序逻辑电路。②按输入与输出关系米里型：输出信号不仅取决于输入，而且还取决于存储电路状态；摩尔型：输出信号仅仅取决于存储电路。[电路分析与电子技术基础]二、时序逻辑电路分析给定电路驱动方程输出方程时钟方程状态方程计算说明逻辑功能触发器特征方程注意CP的有效沿状态转移表状态图时序图第一步第二步第三步第四步特别是对异步时序逻辑电路[电路分析与电子技术基础]解：按上述分析步骤分析①写时钟方程、驱动方程和输出方程时钟方程：CP1=CP2=CP驱动方程：例：试分析如图所示的同步时序逻辑电路Q2Q1ZCPX2D21D1&≥1nnnnQQXQQXDXD1221输出方程：nnQXQZ12②求状态方程：D触发器的特征方程为Q1n=D，所以状态方程为：XQQQXQnnnn111212③根据状态方程、输出方程列出状态转移表、画出状态转移图或时序图。X/Z0/01/01/00/00/01/10/01/000011110现态Q2nQ1n次态/输出(Q2nQ1n/Z)X=0X=10001101100/010/000/000/001/001/001/001/1CPXQ1Q2Z④功能说明：每当输入出现“101”序列，输出产生一脉冲信号。[电路分析与电子技术基础]三、计数器计数器是统计脉冲个数的时序电路。它用于计数、定时、分频及执行数字运算等。计数器分为除分为同步和异步计数器；也可以根据计数器功能分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；又可根据计数器长度（模值）分为二进制和非二进制计数器等。时序逻辑电路分析计数器寄存器同步二进制计数器同步二--十进制计数器集成同步计数器异步二进制计数器异步五进制计数器中规模集成异步计数器同步计数器异步计数器寄存器移位寄存器单向移位寄存器双向移位寄存器中规模集成移位寄存器串行--并行转换并行--串行转换[电路分析与电子技术基础]1.同步计数器①同步二进制计数器1JQ3C131K&&1JQ4C141K&&1JQ2C121K1JQ1C111K&ZCPRD同步二进制加法计数器的输出端Q1Q2Q3Q4nnnnnnQQQKJQQKJQKJKJ321442133122111触发器的激励信号为：将激励信号分别代入JK触发器特征方程，得到电路状态方程：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ432143214321143213213211321212112111)()(输出函数表达式：nnnnQQQQZ4321当完成一次循环后输出Z，Z为十六进制进位信号。[电路分析与电子技术基础]四位二进制加法计数器状态转移表计数脉冲序号CP现态次态输出Q4nQ3nQ2nQ1nQ4n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Z0123456789101112131415000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111100010010001101000101011001111000100110101011110011011110111100000000000000000001[电路分析与电子技术基础]同步二进制减法计数器的输出端Q1Q2Q3Q41JQ3C131K&&1JQ4C141K&&1JQ2C121K1JQ1C111K&ZCPRDnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ432143211432132113212112111nnnnQQQQZ4321[电路分析与电子技术基础]Q41J4C11KQ31J3C11K≥1Q21J2C11K≥1Q11J1C11K≥1加/减控制端MCPZ&&&&1&&&&≥1[电路分析与电子技术基础]②同步二--十进制计数器二--十进制计数器就是按BCD码规律计数的计数器，即逢十进一，简称十进制计数器。1JQ3C131KR&&1JQ4C141KR&&1JQ2C121KR1JQ1C111KR&ZCP&同步二—十进制加法计数器输出端Q1Q2Q3Q4nnnnnnnnnnnQKQQQJQQKQQJQKQQJKJ141234123123121421111，，，，nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ41412314312312132121412111nnQQZ14根据状态方程和输出方程可作出状态转移表和状态转移图。[电路分析与电子技术基础]同步二--十进制加法计数器状态转移表计数脉冲序号CP现态次态输出Q4nQ3nQ2nQ1nQ4n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+1Z0123456789000000010010001101000101011001111000100100010010001101000101011001111000100100000000000001偏离状态101010111100110111101111101111001101111011110000010101[电路分析与电子技术基础]1110/01111/11010/0/01100/111011011/10101/00110/00111/01000/01001/10100/00011/00010/00001/00000/0Q4Q3Q2Q1/Z有效状态[电路分析与电子技术基础]123456789100101010101001100110000001111000000000011CPQ1Q2Q3Q4Z由于计数器是用JK触发器构成，而JK触发器是下降沿触发，同理第9个脉冲下降沿到来时，Z变成高电平，但此时并不起作用，而是在第10个脉冲下降沿到来时起作用。[电路分析与电子技术基础]③集成同步计数器74LS1611JC11KR&&≥1&&11JC11KR&&≥1&&&1JC11KR&&≥1&&1&1JC11KR&&≥1&&1&&&LDD0D1CPD2D3CRCTPCTTQ0Q1Q2Q3CO74LS161功能表输入输出CRLDCTTCTPCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30xxxxxxxx10xx↑D0D1D2D3110xxxxxx1110xxxxx1111↑xxxx0000D0D1D2D3保持，CO=0保持计数注：↑表示触发器上升沿触发[电路分析与电子技术基础]2.异步计数器异步计数器特别关注触发器的时钟脉冲①异步二进制计数器Q4Q3Q2Q1CPRDTFF4TFF3TFF2TFF13423121QCPQCPQCPCPCP状态方程为：341423131212111QQQQQQQQQCPQQnnnnnnnn时钟方程为：现态次态输出Q4nQ3nQ2nQ1nQ4n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+1有效时钟00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000CP1CP1,CP2CP1CP1,CP2,CP3CP1CP1,CP2CP1CP1,CP2,CP3,CP4CP1CP1,CP2CP1CP1,CP2,CP3CP1CP1,CP2CP1CP1,CP2,CP3,CP4[电路分析与电子技术基础]②异步五进制计数器CPCPKQQJQCPKJCPCPKQJnnnn3312312221131,1,,1,1,1,各触发器的激励输入和时钟为：状态方程为：CPQQQQQQQCPQQQnnnnnnnnnn3121312121311Q3Q2Q1000001010110101100011111图14-16异步五进制计数器状态转移表序号现态次态有效时钟Q3nQ2nQ1nQ3n+1Q2n+1Q1n+101234000001010011100001010011100000CP1,CP3CP1,CP2,CP3CP1,CP3CP1,CP2,CP3CP1,CP3偏离现态101110111010010000CP1,CP2,CP3CP1,CP3CP1,CP2,CP3RDCP计数脉冲1111Q3Q3Q2Q11KC11JR31KC11JR21KC11JR1[电路分析与电子技术基础]③中规模集成异步计数器以二--五--十进制计数器74LS290为例R0AR0BS9AS9BCP1CP0111111Q3Q3Q2Q1Q01KC11JRDSDFF31KC11JRDSDFF21KC11JRDSDFF11KC11JRDSDFF0&&≥1≥1FF3，FF2，FF1构成五进制计数器。FF0为一单独T’触发器。两个与非门输出可使各触发器异步清0或置1。异步清0：R0A=R0B=1，且R9A=R9B=0时，各触发器RD端均为0，使各触发器输出为0异步置9：R9A=R9B=1，且R0A=R0B=0时，使触发器FF0，FF3的SD端和触发器FF1，FF2的RD端为0，使Q3Q2Q1Q0=1001计数：R0AR0B=0，且R9AR9B=0时，各触发器RD和SD端均为1，此时电路实现计数功能。二进制计数：由CP0输入计数脉冲，Q0输出，可完成一位二进制计数五进制计数：由CP1输入计数脉冲，Q3，Q2，Q1输出。十进制计数：将二、五进制计数器按异步方式串接，不同连接方式可实现不同编码（8421BCD码或5421BCD码）的十进制计数。8421BCD码：CP0输入计数脉冲，Q0接CP1。5421BCD码：CP1输入计数脉冲，Q3接CP0。[电路分析与电子技术基础]四、寄存器和移位寄存器寄存器常用来暂时存放数据、指令等。除此以外，有时为了处理数据的需要，寄存器的各位数据需要依次移位，具有移位功能的寄存器称为移位寄存器。1.寄存器Q3Q2Q1Q0RD清零CP寄存指令D3D2D1D0C1R1DC1R1DC1R1DC1R1DQ3Q2Q1Q0=D3D2D1D02.移位寄存器移位寄存器分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。①单向移位寄存器并行输出Q3Q2Q1Q0串行输入D串行输出FF3FF2FF1FF0CPRD1DC1R1DC1R1DC1R1DC1RnnnnnnnQQQQQQDQ21311201110[电路分析与电子技术基础]12345678CPD1011Q01Q11Q20Q310111011并行输出10114101013100102