六章时序逻辑电路的分析与设计.ppt
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1、第六章 时序逻辑电路的分析与设计,02,一、时序电路的定义和分类,定义:任一时刻电路的输出不仅与该时刻的输入相关,而且与电路中触发器的原始状态有关。 不严格地说,时序逻辑电路就是含有触发器的电路,03,时序逻辑电路的分类,Mealy型的输出与输入X直接相关 Moore型输出与输入无关或间接相关 特殊Moore型是无输入X的电路,输出Z则可有可无,按触发器状态转换的步调分:同步与异步 按电路输出信号的特点分:Mealy和Moore,04,Mealy和Moore电路的例子 Z=XQ1Q0 ZQ1Q0,同步电路,CP 下降沿作用,二、时序电路的功能描述方法,1)逻辑方程 2)状态转移表 3)状态转移
2、图 4)时序图,06,功能描述方法之一:逻辑方程,包括: 1)激励方程 2)输出方程 3)状态方程,07,08,功能描述方法之二:状态转移表,不同电路画法不同: 1)Mealy电路 2)Moore电路 3)特殊Moore电路,09,10,Q1n1Q0n+1,0,1,Q1Q0,X,0 0 0 1 1 1 1 0,01 10 00 11,11 00 10 01,Z,0 0 1 0,Mealy型,Moore型,列表描述电路输出、次态与输入、 现态之间的关系,电路没有输入和输出时的状态表,特殊Moore型状态表,Z也可以没有,11,功能描述方法之三:状态转移图,不同电路画法不同: 1)Mealy电路
3、2)Moore电路 3)特殊Moore电路,用图形来描述电路输出、次态与输入、现态之间的关系,12,箭头旁标注的是外输入X和外输出Z:,Mealy型状态图,13,X/Z,Moore型状态图,注意: 右图没有外输入和输出,时钟来后状态无条件转移,次态就是电路的输出,14,特殊Moore型状态图,Q1Q0/Z,X,功能描述方法之四:时序图,以时序波形的形式描述电路状态、输出Z与输入X之间的关系。,15,三、时序电路的分析,16,已知时序电路图,要求找出该电路的功能,17,分析电路的最终目的是甚么?,1. 根据逻辑图写出时序电路的输出方程和各 触发器的激励方程。 2.根据已写出的激励方程和所用的触发
4、器的 特征方程,写出各触发器的状态方程。 3.根据时序电路的状态方程和输出方程,建立状态转移表,进而可以画出状态图和时序波形图。 4.根据状态图或时序图分析电路的逻辑功能。,时序电路的分析方法,18,分析步骤图示:,19,例1 分析下列时序逻辑电路的功能。,20,电路观察,21,(1)求激励方程和输出方程:,解:,(2)求状态方程:,22,根据逻辑方程填Q1 、Q0 和Z的K图如图(a)、(b)、(c)所示:,n+1,n+1,23,(3)列状态表:,将上述三表合并得Mealy标准状态表,如图(d)所示:,24,25,(4)画状态转移图:,(5)逻辑功能分析:,26,关于计数器,1. 定义:有状
5、态闭合环的时序电路 2. 模与触发器的个数的关系 3. 加法、减法、可逆计数器,27,例2 分析下列时序逻辑电路的功能。,28,电路观察,29,(1)求激励方程和输出方程:,解:,(2)求状态方程:,30,31,(3)列状态表:,(4)画状态转移图:,32,Q2Q1Q0 / Z,000/0,001/1,010/0,111/1,100/0,101/1,110/0,011/1,有效状态和无效状态的概念,(5)逻辑功能分析:,33,随着CP节拍的到来,电路在七个有效状态中循环变化,2.输出Z 也在0010111七个数中循环。说 明该电路输出一个周期的数字序列信号,结论:该电路是一个 序列信号发生器。
6、,3.电路是可自启动的。,什么是可自启动电路?,时序电路中的所有无效状态经过数个CP脉冲后都能进入有效状态环,称电路为可自启动电路。,34,000/0,001/1,010/0,111/1,100/0,101/1,110/0,011/1,可自启动电路与不可自启动电路举例,35,关于序列信号发生器,定义:能输出一个周期序列的电路; 2. 电路特点:一般无输入X,有输出Z, 属于特殊Moore型电路; 3. 结构:实质是一个模为N的计数器 加上一个组合电路构成。设周期序 列中01的个数是N。,36,例3 分析下列时序逻辑电路的功能。,37,电路观察,38,(1)求激励方程和输出方程:,解:,(2)求
7、状态方程:,39,根据逻辑方程填Q1 、Q0 和Z的K图如图(a)、(b)、(c)所示:,n+1,n+1,40,(3)列状态表:,将上述三表合并得Mealy标准状态表,如图(d)所示:,41,42,(4)画Mealy型电路的状态转移图:,00,10,11,01,0/0,X/Z,Q1Q0,1/0,0/0,1/0,0/0,0/0,1/1,1/1,(5)逻辑功能分析:,43,01状态不在有效状态环内,不考虑;,3. Z1 出现在X连续输入三个1之后,输出 代表了连续的三个1输入。,结论:该电路是一个 111 序列检测器。,2. 电路是可自启动的;,例4 分析下列时序逻辑电路的功能。,44,45,(1
8、)求激励方程和输出方程:,解:,(2)求状态方程:,46,47,(3)列特殊Moore型电路的状态表:,(4)画状态转移图:,48,49,(5)画波形图:,(6)逻辑功能分析:,由以上分析可见,该电路在CP 脉冲作用下,把宽度为T的脉冲以三次分配给Q0、Q1和Q2各端,故该电路是一个脉冲分配器。 由状态图和波形图可以看出,该电路每经过三个时钟周期循环一次,并且该电路有自启动能力。,50,已学过的时序电路,1)计数器 2)序列发生器 3)序列检测器 4)脉冲分配器,51,四、时序电路的设计,52,53,时序电路设计的最终目的是甚么?,54,一、计数器设计,计数器的设计步骤,55,例1 用D或JK
9、触发器设计模5计数器。 状态变化为:000001 011101110,解: 1. 电路无输入X 和输出Z,就是现态与次态 的状态转换。电路是特殊Moore型的; 2. 从状态情况推测,触发器应有三个; 3. 非完全描述,存在自启动问题。,56,57,(1)根据题意列特殊Moore型电路的状态表:,(2)根据状态表,画次态卡诺图, 求次态与现态的函数关系:,58,(2)根据状态表,画次态卡诺图, 求次态与现态的函数关系(续):,59,如选用D触发器实现电路,注意到D触发器如下的特征函数,对照可得激励函数:,(3)根据所选触发器特征函数的特点, 确定各触发器的激励函数。,60,(4)自启动检查,根
10、据上述K图的画圈情况或函数表达式,检查无效状态的去向,画出完整状态图,111,010,001,110,000,011,101,100,61,(5)非自启动电路变为自启动电路,方法1:根据K图和有效状态的情况,酌情改变K图的圈法,例子如下:,改变第一个K图的圈法后的状态图如下,可见电路已变为自启动的了。,63,(6)重新确定激励函数,画电路图,第一个K图的圈法改变后的激励函数:,64,方法2:直接确定无效状态的次态为有效状态中的一个,重新寻找激励函数。这种方法简单但电路将稍微复杂。,如选用JK触发器实现电路,由于JK触发器的特征函数不同,求激励函数的方法也稍有不同。,用JK触发器实现电路,66,
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