第5章 时序电路,计数器 寄存器顺序脉冲发生器,本章重点1.时序电路的特点和逻辑功能的表示方法2.同步时序电路的基本分析方法和设计方法3.二进制计数器和十进制计数器4.用集成二进制计数器构成N进制计数器的方法5.移位寄存器和寄存器形计数器,概 述,一、时序电路的特点,1. 逻辑功能特点,输 入,输 出,任何时刻电路的输出，不仅和该时刻的输入信号有关，而且还取决于电路原来的状态。,2. 电路组成特点,(1)存储电路（主要是触发器，必不可少）,(2)组合逻辑电路（可选）,时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的,二、时序逻辑电路分类,1. 按逻辑功能划分：,计数器、寄存器、读/写存储器、顺序脉冲发生器等。,2. 按时钟控制方式划分：,同步时序电路,各触发器共用一个时钟 CP，要更新状态的触发器同时翻转。,异步时序电路,各触发器状态的变化不是同步发生的，可能有一部分电路有公共的CP时钟信号，也可能完全没有公共的CP时钟信号。,3. 按输出信号的特性划分：,Moore型,Mealy型,电路输出仅取决于现态,电路输出不仅与现态有关，还取决于输入信号,三、时序电路逻辑功能表示方法,1. 逻辑表达式,(1) 输出方程,(2) 驱动方程,(3) 状态方程,2. 状态表、卡诺图、状态图和时序图,时序电路的状态其实就是构成时序电路的各触发器的状态,5.1 时序电路的基本分析和设计方法,5.1.1 时序电路的基本分析方法,一. 分析的一般步骤,给定时序电路,时钟方程,驱动方程,状态图,时序图,输出方程,状态方程,计算状态表,特性方程,功能说明,二. 分析举例,列写方程式,时钟方程,输出方程,(同步),(Moore 型),例 1求图示电路的状态图和时序图。,解,方法1,驱动方程,驱动方程,特 性 方 程,状态方程,计算状态转换表,0 0 0,1,0 0 1,1,0 1 1,1,1 1 1,1,1 1 0,1,0,1 0 0,0 1 0,1,1 0 1,1,0 1 0,1,简化状态表,画状态图,000,/1,001,/1,011,/1,111,/1,110,/1,100,/0,有效状态和有效循环:电路正常工作所出现的状态称为有效状态；有效状态形成的循环称为有效循环。,010,/1,101,/1,无效状态和无效循环：没有被利用的状态称为无效状态；无效状态所形成的循环称为无效循环。,电路能否自启动?,能自启动：,存在无效状态，但没有形成循环。,不能自启动：,无效状态形成循环。,本电路不能自启动！,画时序图,CP触发,Q2,Q1,Q0,000,001,011,111,110,100,000,Y,初态为000时启动，即可在图示6个状态内循环 - 非自然态序的6进制加法计数器,方法2 利用卡诺图求状态图,Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1,001,011,111,101,000,010,110,100,000,001,011,111,110,100,010,101,【例2】求图示电路的状态图和时序图，并分析其功能。,【解】,列写方程式,输出方程,时钟方程,驱动方程,FF0:,FF1:,FF2:,求状态方程：将驱动方程代入触发器的特性方程即可,FF0:,FF1:,FF2:,画状态图：,计算状态表：,状态表转换表,画时序图：,结论：该电路为自然态序的五进制加法计算器！,5.1.2 时序电路的基本设计方法,一. 设计的一般步骤,7.检查电路能否自启动。,1. 由给定逻辑问题进行逻辑抽象（定义输入、输出逻辑变量并赋值），建立原始状态图。,2. 合并等价状态（输入相同时，输出和次态也相同的状态），化简状态图。,3. 进行状态分配，画出二进制编码后的状态图。,根据状态个数M及 确定二进制代码位数，并给每个状态分配合理的编码，画出满足要求的状态图。,4. 选择触发器，求时钟方程、输出方程、状态方程。,5. 求各触发器驱动方程。,6. 画逻辑电路图。,5.1.2 时序电路的基本设计方法,设计步骤流程,时序逻辑问题,逻辑抽象,原始状态图（表）,状态化简,最简状态图（表）,求出驱动方程,选触发器,逻辑电路图,检查能否自启动,二. 设计举例,按如下状态图设计时序电路。,【解】, 求输出方程,Y,0,0,0,0,0,1,【例 1】, 采用同步方式：,/Y, 求 状态方程,001,010,100,011,101,000,解, 求 状态方程,时钟方程,输出方程,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,0,0,0,0,1,0,1,0,n,也可由状态图直接画出各卡诺图,分解！, 选用 JK 触发器, 求驱动方程：, 画逻辑图,Y,1,(同步Moore型),n,逻辑图,自启动检查,110 111 000,电路能自启动,/0,/1,n,1/1,例 2,设计 一个串行数据检测电路，要求输入3 或 3 个以上数据1时输出为 1，否则为 0。,解, 逻辑抽象，建立原始状态图,S0 原始状态,S1 输入1个1,S2 连续输入 2 个 1,S3 连续输入 3 或 3 个以上 1,S0,S1,S2,S3,X 输入数据（0、1）,Y 输出检测结果（0、1）,0/0,1/0,0/0,1/0,0/0,0/0,1/1, 状态化简,0/0,0/0,电路四种状态,等价状态: 输入相同时，输出和次态也相同的状态, 状态编码与分配、状态图,M = 3，取 n = 2（即用两位二进制数进行编码）,S0 = 00；,S1 = 01；,S2 = 11, 选触发器、写方程式,选用 2个 JK ( ) 触发器,并采用同步工作方式：,取：,输出方程,Y,0,0,1,1,状态方程,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0, 求驱动方程,画逻辑图,Y,(同步Mealy 型),10,00,0/0,11,1/1,电路能自启动, 自启动？,思考：若用D触发器如何设计？,1. 若采用同步工作方式 ，则 CP0=CP1=CP,2. 输出方程不变 ，即,3. 求状态方程及驱动方程,0,0,0,0,1,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,自启动？,10,00,0/0,01,1/1,作业：P393 思考题与习题 【题5.2】、【题5.8】,题5.8 的驱动方程：,