南邮数电第5章-异步时序电路的分析和设计

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,异步计数器的分析和设计,1,一、异步计数器的分析,特点：各触发器的CP脉冲不是同一个，以至状态翻转不在同一时刻发生。,优点：同样性能的计数器，异步计数器结构比同步计数器简单。,缺点：分析与设计比同步计数器复杂些。,2,例1：分析下图所示的异步计数器：,C1,R,1J,1K,A3,C1,R,1J,1K,A2,C1,R,1J,1K,A1,&,A4,Q1,Q2,Q3,Z,R,D,CP,3,解：1）J,i,=K,i,=1,2）Q,1,n+1,=,Q,1,n,CP,Q,2,n+1,=,Q,2,n,Q,1,n,Q,3,n+1,=,Q,3,n,Q,2,n,Z=Q,3,Q,2,Q,1,C1,R,1J,1K,A3,C1,R,1J,1K,A2,C1,R,1J,1K,A1,&,A4,Q1,Q2,Q3,Z,R,D,CP,4,3）列状态转移表：,序号,Q,3,n,Q,2,n,Q,1,n,Q,3,n+1,Q,2,n+1,Q,1,n+1,Z,0,0 0 0,0 0 1,0,1,0 0 1,0 1 0,0,2,0 1 0,0 1 1,0,3,0 1 1,1 0 0,0,4,1 0 0,1 0 1,0,5,1 0 1,1 1 0,0,6,1 1 0,1 1 1,0,7,1 1 1,0 0 0,1,C1,R,1J,1K,A3,C1,R,1J,1K,A2,C1,R,1J,1K,A1,&,A4,Q1,Q2,Q3,Z,R,D,CP,5,电路的工作波形图,CP,Q,1,Q,2,Q,3,Z,1,2,3,4,5,6,7,8,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,2分频,4分频,8分频,逢八进一,6,M,=2,n,的异步二进制加法计数器的一般规律；,M,=2,n,的异步二进制减法计数器的一般规律。,7,例2：分析下图异步计数器的功能,R,C1,1K,&,1J,C1,R,1J,1K,C1,R,1J,1K,CP,R,D,8,解：1）激励方程：J,1,=,Q,3,n,K,1,=1,J,2,=K,2,=1,J,3,=,Q,1,n,Q,2,n,K,3,=,Q,1,n,2）状态方程：Q,1,n+1,=,Q,3,n,Q,1,n,CP,Q,2,n+1,=,Q,2,n,Q,1,n,=,Q,2,n,Q,1,n,Q,3,n+1,=Q,2,n,Q,3,n,Q,1,n,+Q,1,n,Q,3,n,CP,R,C1,1K,&,1J,C1,R,1J,1K,C1,R,1J,1K,CP,R,D,9,CP,Q,3,Q,2,Q,1,0,1,2,3,4,0 0 0,0 1 1,0 1 0,1 0 1,1 0 0,偏离,状态,001,000,110,010,111,110,010,3）列状态转移表：,Q,1,n+1,=,Q,3,n,Q,1,n,CP,Q,2,n+1,=,Q,2,n,Q,1,n,=,Q,2,n,Q,1,n,Q,3,n+1,=Q,2,n,Q,3,n,Q,1,n,+Q,1,n,Q,3,n,CP,4）该计数器为M=5具有自启动性的异步计数器。,10,二、异步计数器的设计,在异步二进制计数器的基础上，用脉冲反馈法实现任意进制计数器。,11,例：用脉冲反馈法设计异步8421BCD码计数器。,解：1）首先用4个TFF实现M=16的异步计数器；,2）用异步复0法实现M=10的计数器，用基本SRFF实现可靠复位；,12,C3,R,3J,3K,C2,R,2J,2K,C1,R,1J,1K,Q1,Q2,Q3,R,D,CP,C4,R,4J,4K,Q4,&,&,&,S,R,Q,Q,D,D,1,3）电路图：,13,一般异步时序电路的分析和设计,14,脉冲型,异步时序电路的分析与设计,1.分析,1D,R,C1,Q,A,A,1D,C1,Q,B,B,Z,1,x,CP,Q,A,Z=Q,B,CP,x,1,2,3,4,5,6,7,8,逻辑图,波形图,15,2.设计：可采用与同步时序电路设计的方法，应注意时钟脉冲的选取。,例：用D,触发器设计x,1,-x,2,-x,3,序列检测器（如下图），它有三个输入x,1,，x,2,，x,3,，,一个输出z。x,1,，x,2,，x,3,各为串行的随机输入信号，并且它们不会有两个或两个以上同时为1，仅在x,1,，x,2,，x,3,分别依次来正脉冲（即逻辑1）时，输出z才为1，其它情况z为0,时序电路,z,x,1,x,2,x,3,设S,0,为起始状态，未依次接收x,1,，x,2,，x,3,来1；,S,1,为首先接收到x,1,=1；,S,2,为依次接收到x,1,=1，x,2,=1；,S,3,为依次接收x,1,，x,2,，x,3,来1。,16,x,1,x,2,x,3,Z=0,S,0,010,Z=0,S,2,Z=1,S,3,Z=0,S,1,001,100,100,100,010,001,001,100,010,010,001,状态图,17,18,19,20,x,1,y,1,C1,1D,1,x,2,x,3,1,&,1,&,2,y,2,C1,1D,z,&,脉冲型异步时序电路,21,异步时序电路结构图,y,1,y,k,Y,1,Y,k,z,1,z,2,z,m,x,1,x,2,x,n,内部输入,内部输出,输入信号,输出信号,组合逻辑电路,记忆电路,t,1,t,k,状态变量,激励信号,电位型,异步时序电路的分析与设计,1.电位型异步时序电路和流程表,22,&,&,Q,1,2,&,&,Q,z,2,z,1,t,2,t,1,2,1,Y,1,Y,2,Y,1,Y,2,(z,2,z,1,),y,1,y,2,23,2.分析,写出状态方程和输出方程,列出流程表，标出稳定状态,选定起始状态，画出状态图和波形图,试分析维持阻塞电路。C,为时钟端，D为输入信号，两者不允许同时改变,维持阻塞电路,&,&,Y,1,Z,2,(Y,2,),t,2,t,1,D,C,&,&,Y,2,y,1,y,2,Z,1,(Y,1,),组合电路,24,next,25,用S,11,，S,01,，S,10,分别表示y,2,y,1,11，01，10,CD/z,2,z,1,S,11,S,10,S,01,01/11,00/11,00/11,01/11,11/10,11/10,10/10,00/11,01/11,10/01,10/01,11/01,C,D,z,2,z,1,S,11,S,11,S,11,S,11,S,11,S,10,S,10,S,01,S,01,back,26,时序逻辑电路小结,1.分析方法,对于一般的异步时序电路，可采用与同步时序电路相同的分析方法，但要,注意,每个触发器的时钟脉冲是如何动作的；,对于脉冲型的异步时序电路，有时无法用状态方程来描述，需用时序图来描述，并分析其功能；,对于电位型异步时序电路，写出状态方程和输出方程，列出流程表，标出稳定状态，然后选定起始状态，画出状态图和波形图。,27,时序逻辑电路小结,2.设计方法,对于异步时序电路，可采用与同步时序电路相同的设计方法，但要注意每个触发器的时钟脉冲是如何动作的,对于电位型异步时序电路，画出原始状态图和流程表，进行状态化简和分配，得到状态方程和输出方程，画出逻辑图。,28,设计一个,异步,时序电路，要求如右图所示状态图。,选触发器，求时钟、输出、状态、激励方程,选用3个,CP,上升沿触发,的,D,触发器，分别用FF,0,、FF,1,、FF,2,表示。,输出方程,29,次态卡诺图,时钟方程：,FF,0,每输入一个CP翻转一次，只能选CP。,选择时钟脉冲的一个基本原则：在满足翻转要求的条件下，触发沿越少越好。,FF,1,在t,2,、t,4,时刻翻转，可选Q,0,。,FF,2,在t,4,、t,6,时刻翻转，可选Q,0,。,30,31,电路图,检查电路能否自启动,将无效状态110、111代入输出方程和状态方程计算：,电路能够自启动。,激励方程：,32,