第十二章

時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用時(shí)序邏輯電路及分析方法常用時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用時(shí)序邏輯電路是一種特殊的數(shù)字邏輯電路，其輸出不僅取決于當(dāng)前的輸入信號(hào)，還取決于電路之前的狀態(tài)。這種電路通常包含組合電路和存儲(chǔ)電路兩部分，其中存儲(chǔ)電路的輸出會(huì)反饋到組合電路的輸入端。時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用對(duì)時(shí)序邏輯電路的分析和基本設(shè)計(jì)，主要包括：解析電路圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)流程圖時(shí)序圖和公式12.1

時(shí)序邏輯電路及分析方法《第十二章

時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用》時(shí)序邏輯電路及分析方法時(shí)序邏輯電路的主要特點(diǎn)：它們的行為不僅取決于當(dāng)前的輸入，還取決于它們的當(dāng)前狀態(tài)。因此，時(shí)序邏輯電路的輸出是輸入和當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)。常見(jiàn)的時(shí)序邏輯電路包括：觸發(fā)器計(jì)數(shù)器寄存器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解時(shí)序邏輯電路的基本概念2.掌握時(shí)序邏輯電路的分析方法12.1.1時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu)框圖時(shí)序邏輯電路是數(shù)字邏輯電路的重要組成部分，由存儲(chǔ)電路和組合邏輯電路兩部分組成。12.1.1時(shí)序邏輯電路特點(diǎn)：在任何時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，還取決于電路原來(lái)的狀態(tài)。這種特性使得時(shí)序邏輯電路具有記憶功能，因此它可以用于存儲(chǔ)信息。觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路組成必不可少的部分，在具體應(yīng)用中，各類功能的時(shí)序邏輯電路可以通過(guò)不同的觸發(fā)器及門(mén)電路的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。12.1.1時(shí)序邏輯電路時(shí)序電路根據(jù)時(shí)鐘分類可分為同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路。同步時(shí)序電路所有的觸發(fā)器的時(shí)鐘端CP都連在一起，即各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖相同。在同一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，電路的狀態(tài)改變。異步時(shí)序電路各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖不同，即電路中沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖來(lái)控制電路狀態(tài)的變化。電路狀態(tài)改變時(shí)，電路中要更新?tīng)顟B(tài)的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，是異步進(jìn)行的。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法邏輯表達(dá)式狀態(tài)表卡諾圖狀態(tài)圖時(shí)序圖邏輯圖對(duì)時(shí)序邏輯電路進(jìn)行分析12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法主要包括以下步驟1.寫(xiě)出各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程描述了觸發(fā)器的輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系2.結(jié)合各類型觸發(fā)器的特性方程和控制函數(shù)寫(xiě)出各觸發(fā)器的狀態(tài)方程特性方程描述了觸發(fā)器的次態(tài)與現(xiàn)態(tài)之間的函數(shù)關(guān)系將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程，就可以得到狀態(tài)方程12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法3.寫(xiě)出電路的輸出方程如果有輸出變量，需要寫(xiě)出電路的輸出函數(shù)4.根據(jù)觸發(fā)器的狀態(tài)方程作狀態(tài)表狀態(tài)表可以列出所有可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)換12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法5.根據(jù)狀態(tài)表做出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可以更直觀地展示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過(guò)程6.若需要畫(huà)時(shí)序波形圖，則根據(jù)狀態(tài)表并結(jié)合觸發(fā)器觸發(fā)方式畫(huà)出時(shí)序波形圖時(shí)序波形圖可以展示電路在不同時(shí)刻的狀態(tài)12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法7.觀察狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖得到時(shí)序邏輯電路的功能通過(guò)分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可以理解電路的功能和行為8.判斷時(shí)序邏輯電路能否自啟動(dòng)檢查狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，找出無(wú)效狀態(tài)，將無(wú)效狀態(tài)代入輸出方程和狀態(tài)方程，若結(jié)果返回有效狀態(tài)，則電路能夠自啟動(dòng)12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法【例1】試分析如圖所示電路的邏輯功能。解：該電路所有的觸發(fā)器的時(shí)鐘端都接向同一個(gè)時(shí)鐘源，觸發(fā)器狀態(tài)的改變?cè)谕粋€(gè)時(shí)鐘的控制下同時(shí)發(fā)生，所以該電路是同步時(shí)序邏輯電路。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（1）寫(xiě)出時(shí)鐘方程。（下降沿觸發(fā)）（2）確定觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（3）輸出方程（4）求狀態(tài)方程。將上述觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程分別代入JK觸發(fā)器的特性方程（）即得電路的狀態(tài)方程：12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（5）計(jì)算并列出狀態(tài)表。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（6）畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（7）畫(huà)出時(shí)序圖。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（8）給出電路分析結(jié)論。

利用狀態(tài)表可以確定該電路是按二進(jìn)制碼增加的方向轉(zhuǎn)換的，它能根據(jù)電路的狀態(tài)判斷出記下了幾個(gè)時(shí)鐘脈沖。當(dāng)對(duì)第5個(gè)脈沖輸入時(shí)，電路返回到初始的000狀態(tài)，并產(chǎn)生輸出Y＝1。有效循環(huán)的5個(gè)狀態(tài)分別是0～4這5個(gè)十進(jìn)制數(shù)字的二進(jìn)制代碼，并且在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，這5個(gè)狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：000→001→010→011→100→000→…所以這是一個(gè)用二進(jìn)制代碼表示的同步3位五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法狀態(tài)表也可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖形式表現(xiàn)，用于表示計(jì)數(shù)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換順序圖中每一個(gè)圓圈表示一個(gè)狀態(tài)，圓圈中的二進(jìn)制碼表示具體的狀態(tài)編碼12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法【例2】試分析如圖所示電路的邏輯功能。解：該電路由三個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成。該電路各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端均接在不同的時(shí)鐘源，觸發(fā)器狀態(tài)的改變?cè)诓煌瑫r(shí)鐘的控制下異步發(fā)生，所以該電路是異步時(shí)序邏輯電路。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（1）寫(xiě)出時(shí)鐘方程。（2）確定觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。（均為上升沿觸發(fā)）12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（3）求狀態(tài)方程。將上述觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程分別代入D觸發(fā)器的特性方程（），即得電路的狀態(tài)方程：12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（4）計(jì)算并列出狀態(tài)表。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（5）畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（6）畫(huà)出時(shí)序圖。12.1.2時(shí)序邏輯電路及分析方法解：（7）給出電路分析結(jié)論。利用狀態(tài)表可以確定該電路是按二進(jìn)制碼減少的方向轉(zhuǎn)換的，它能根據(jù)電路的狀態(tài)判斷出記