时序逻辑电路1课件

第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路 学习目标学习目标简述同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的特点。简述同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的特点。阐明同步时序逻辑电路的分析和设计方法，并熟练阐明同步时序逻辑电路的分析和设计方法，并熟练运用。运用。说明异步时序逻辑电路的设计思想。说明异步时序逻辑电路的设计思想。阐明移位寄存器、计数器等常用时序逻辑电路的逻阐明移位寄存器、计数器等常用时序逻辑电路的逻辑功能及其应用特点。辑功能及其应用特点。阐述计数器的有关概念，熟练设计计数器电路。阐述计数器的有关概念，熟练设计计数器电路。简述运用简述运用MSI实现时序逻辑电路设计的基本方法。实现时序逻辑电路设计的基本方法。运用运用MSI设计方法，设计任意进制计数器电路。设计方法，设计任意进制计数器电路。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第一节第一节 概概 述述 一、时序逻辑电路的特点一、时序逻辑电路的特点 在时序逻辑电路中，任一时刻的输出不仅取在时序逻辑电路中，任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入信号，而且还取决于电路决于该时刻的输入信号，而且还取决于电路原来的工作状态。原来的工作状态。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第一节第一节 概概 述述 一、时序逻辑电路的特点一、时序逻辑电路的特点 时序逻辑电路，包括组合电路和存储电路两部分，时序逻辑电路，包括组合电路和存储电路两部分，时序电路的状态是靠具有记忆功能的存储电路来记时序电路的状态是靠具有记忆功能的存储电路来记忆和表征的。忆和表征的。存储电路可以由触发器构成，也可以由带反馈的组存储电路可以由触发器构成，也可以由带反馈的组合延迟电路来实现。合延迟电路来实现。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第一节第一节 概概 述述 一、时序逻辑电路的特点一、时序逻辑电路的特点 组合逻辑电路至少有一个输出反馈到存储电路的输组合逻辑电路至少有一个输出反馈到存储电路的输入端，存储电路的状态至少有一个作为组合电路的入端，存储电路的状态至少有一个作为组合电路的输入，与其它输入信号共同决定电路的输出。输入，与其它输入信号共同决定电路的输出。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第一节第一节 概概 述述 二、时序逻辑电路的功能描述二、时序逻辑电路的功能描述 触发器就是最简单的时序逻辑电路，因此触发器逻触发器就是最简单的时序逻辑电路，因此触发器逻辑功能的描述方法也适用于时序逻辑电路。辑功能的描述方法也适用于时序逻辑电路。其主要方法有逻辑方程式、状态转换表、状态转移其主要方法有逻辑方程式、状态转换表、状态转移图和时序图（工作波形图）等。图和时序图（工作波形图）等。外部外部输入输入信号信号存储电存储电路的输路的输出信号出信号电路的输电路的输出信号出信号存储电存储电路的输路的输入信号入信号第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第一节第一节 概概 述述 二、时序逻辑电路的功能描述二、时序逻辑电路的功能描述 逻辑方程式包括：逻辑方程式包括：Z(tn)=FX(tn),Y(tn)电路输出函数电路输出函数W(tn)=GX(tn),Y(tn)存储电路的激励函数存储电路的激励函数Y(tn+1)=HW(tn),Y(tn)存存储电路的状态方程储电路的状态方程外部外部输入输入信号信号存储电存储电路的输路的输出信号出信号电路的输电路的输出信号出信号存储电存储电路的输路的输入信号入信号第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第一节第一节 概概 述述 三、时序逻辑电路的分类三、时序逻辑电路的分类 按其状态改变方式的不同，可分为同步时序逻辑电按其状态改变方式的不同，可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。路和异步时序逻辑电路。按其输入与输出信号的关系不同，可分为米里按其输入与输出信号的关系不同，可分为米里(Mealy)型和摩尔型和摩尔(Moore)型两类。型两类。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第二节第二节 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析，就是对一个给定的时序时序逻辑电路的分析，就是对一个给定的时序逻辑电路，找出在输入信号及时钟信号作用下，逻辑电路，找出在输入信号及时钟信号作用下，电路状态和输出的变化规律，从而确定该电路电路状态和输出的变化规律，从而确定该电路的逻辑功能。的逻辑功能。分析时序逻辑电路可按以下步骤进行。分析时序逻辑电路可按以下步骤进行。例例一一 试分析下图所示的同步时序电路。试分析下图所示的同步时序电路。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第二节第二节 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析该电路该电路是是“101”序列序列检测器检测器第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第三节第三节 计计 数数 器器计数器是统计输入脉冲个数的时序电路。在计数器是统计输入脉冲个数的时序电路。在数字系统中，它主要用于计数、定时、分频数字系统中，它主要用于计数、定时、分频及执行数字运算等。及执行数字运算等。根据计数器结构的不同，常分为同步计数器根据计数器结构的不同，常分为同步计数器和异步计数器。和异步计数器。根据计数器在计数过程中数值增、减的情况根据计数器在计数过程中数值增、减的情况不同，可分为递增计数器、递减计数器和可不同，可分为递增计数器、递减计数器和可逆计数器。逆计数器。根据计数器计数长度（模值）的不同，可分根据计数器计数长度（模值）的不同，可分为二进制计数器和非二进制计数器（任意进为二进制计数器和非二进制计数器（任意进制）。制）。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第三节第三节 计计 数数 器器同步二进制计数器同步二进制计数器第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第三节第三节 计计 数数 器器同步二进制计数器同步二进制计数器 4位同步二进制可逆计数器位同步二进制可逆计数器同步十进制计数器同步十进制计数器异步二进制计数器异步二进制计数器第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第三节第三节 计计 数数 器器中规模集成计数器中规模集成计数器 74LS161第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第三节第三节 计计 数数 器器中规模集成计数器中规模集成计数器 74LS290第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第四节第四节 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器是一种重要的数字逻辑部件，常寄存器是一种重要的数字逻辑部件，常用来暂时存放数据、指令等。用来暂时存放数据、指令等。在实际应用中，有时还需要将寄存器中在实际应用中，有时还需要将寄存器中的数据进行移位，具有移位功能的寄存的数据进行移位，具有移位功能的寄存器称为移位寄存器。器称为移位寄存器。移位寄存器通常又分为单向移位寄存器移位寄存器通常又分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。和双向移位寄存器。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第四节第四节 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器主要由触发器构成。一般应具有寄存器主要由触发器构成。一般应具有接收、存放和清除数码的功能。接收、存放和清除数码的功能。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第四节第四节 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器移位寄存器可以有四种工作方式：串行移位寄存器可以有四种工作方式：串行输入输入串行输出；串行输入串行输出；串行输入并行输出；并行输出；并行输入并行输入串行输出；并行输入串行输出；并行输入并行并行输出输出。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计时序逻辑电路设计的几种方法时序逻辑电路设计的几种方法采用标准的小规模集成器件触发器和门电路，通采用标准的小规模集成器件触发器和门电路，通过一般步骤得到符合要求的逻辑电路。过一般步骤得到符合要求的逻辑电路。采用标准中、大规模集成组件进行逻辑设计。采用标准中、大规模集成组件进行逻辑设计。采用由软件组态的大规模集成器件，如：微处理采用由软件组态的大规模集成器件，如：微处理器等设计应用系统。器等设计应用系统。可编程逻辑器件是设计现代数字系统的理想期间，可编程逻辑器件是设计现代数字系统的理想期间，以其高性能、高可靠性、可擦除及输出逻辑可组以其高性能、高可靠性、可擦除及输出逻辑可组态的特性，使数字系统设计大大简化。态的特性，使数字系统设计大大简化。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计，就是根据给定问时序逻辑电路的设计，就是根据给定问题的逻辑要求，设计出满足其逻辑要求题的逻辑要求，设计出满足其逻辑要求的电路，并力求电路最简，工作稳定。的电路，并力求电路最简，工作稳定。分析设计分析设计要求，建要求，建立原始状立原始状态图或状态图或状态表态表状态化简状态化简及状态分及状态分配和状态配和状态编码编码选定触发选定触发器的类型器的类型写出驱动写出驱动方程方程检查电路检查电路能否自启能否自启动动画出逻辑画出逻辑电路图。电路图。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计时序逻辑电路设计的一般步骤时序逻辑电路设计的一般步骤根据设计要求进行逻辑抽象，画出原始状态转换图根据设计要求进行逻辑抽象，画出原始状态转换图或列出状态转换表。或列出状态转换表。例：例：试设计一个串行数据检测器，它具有一个输入端和一个输试设计一个串行数据检测器，它具有一个输入端和一个输出端，输入出端，输入X为一串随机信号，当连续输入三个或三个以上的为一串随机信号，当连续输入三个或三个以上的1时，输出为时，输出为1，否则输出为，否则输出为0。X：00101100111011111000101011 Z：00000000001000111000000000我们首先假设以下几个状态：我们首先假设以下几个状态：S0没有输入没有输入1以前的状态；以前的状态；S1输入一个输入一个1以后的状态；以后的状态；S2连续输入两个连续输入两个1以后的状态；以后的状态；S3连续输入三个或三个以上连续输入三个或三个以上1以后的状态。以后的状态。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计时序逻辑电路设计的一般步骤时序逻辑电路设计的一般步骤根据设计要求进行逻辑抽象，画出原始状态转换图根据设计要求进行逻辑抽象，画出原始状态转换图或列出状态转换表。或列出状态转换表。例：例：试设计一个串行数据检测器，它具有一个输入端和一个输试设计一个串行数据检测器，它具有一个输入端和一个输出端，输入出端，输入X为一串随机信号，当连续输入三个或三个以上的为一串随机信号，当连续输入三个或三个以上的1时，输出为时，输出为1，否则输出为，否则输出为0。X：00101100111011111000101011 Z：00000000001000111000000000第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计时序逻辑电路设计的一般步骤时序逻辑电路设计的一般步骤状态化简：通过观察，找等价状态，然后进行合并。状态化简：通过观察，找等价状态，然后进行合并。例：例：试设计一个串行数据检测器，它具有一个输入端和一个输试设计一个串行数据检测器，它具有一个输入端和一个输出端，输入出端，输入X为一串随机信号，当连续输入三个或三个以上的为一串随机信号，当连续输入三个或三个以上的1时，输出为时，输出为1，否则输出为，否则输出为0。X：00101100111011111000101011 Z：00000000001000111000000000第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计时序逻辑电路设计的一般步骤时序逻辑电路设计的一般步骤选定触发器类型、求输出方程、状态方程和驱动方选定触发器类型、求输出方程、状态方程和驱动方程。程。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计时序逻辑电路设计的一般步骤时序逻辑电路设计的一般步骤根据驱动方程，画出逻辑电路图。并检查能否自启根据驱动方程，画出逻辑电路图。并检查能否自启动。动。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计用用MSI实现时序逻辑电路实现时序逻辑电路MSI计数器计数器74LS290简介简介第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计用用MSI实现时序逻辑电路实现时序逻辑电路MSI计数器计数器74LS290应用应用例：试用例：试用74LS290构成七进制计数器。构成七进制计数器。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计例：试设计一个串行数据检测器，要求例：试设计一个串行数据检测器，要求连续输入四个或四个以上的连续输入四个或四个以上的1时，输出时，输出为为1，其它情况输出为，其它情况输出为0。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计例：试设计一个串行数据检测器，要求例：试设计一个串行数据检测器，要求连续输入四个或四个以上的连续输入四个或四个以上的1时，输出时，输出为为1，其它情况输出为，其它情况输出为0。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计异步时序电路的设计异步时序电路的设计例：试用例：试用JK触发器设计一个触发器设计一个8421码异步五进码异步五进制计数器。制计数器。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计异步时序电路的设计异步时序电路的设计例：试用例：试用JK触发器设计一个触发器设计一个8421码异步五进码异步五进制计数器。制计数器。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计中规模集成器件的应用中规模集成器件的应用 用用MSI计数器实现任意进制计数器计数器实现任意进制计数器试用复位法将试用复位法将74LS161接成十进制计数器。接成十进制计数器。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计中规模集成器件的应用中规模集成器件的应用 用用MSI计数器实现任意进制计数器计数器实现任意进制计数器试用置位法将试用置位法将74LS161接成十进制计数器。接成十进制计数器。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计中规模集成器件的应用中规模集成器件的应用 用用MSI计数器实现任意进制计数器计数器实现任意进制计数器试用置位法将试用置位法将74LS161接成接成12进制计数器。进制计数器。第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第五节第五节 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计中规模集成器件的应用中规模集成器件的应用 用用MSI计数器实现任意进制计数器计数器实现任意进制计数器试用置位法将试用置位法将74LS290接成接成7进制计数器。进制计数器。