1、時(shí)序邏輯電路,4.3 時(shí)序邏輯電路概述,4.4 同步時(shí)序邏輯電路的分析,4.7 常用時(shí)序邏輯電路模塊,4.5 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì),4.6 異步時(shí)序邏輯電路的分析,1,4.3 時(shí)序邏輯電路概述, 組合電路：,電路的輸出只與當(dāng)前的輸入有關(guān)，而與以前的輸入無關(guān)。, 時(shí)序電路：,電路在某一給定時(shí)刻的輸出，不僅取決于該時(shí)刻電路的輸入,還取決于前一時(shí)刻電路的狀態(tài)。,結(jié)構(gòu)：組合電路+觸發(fā)器。,一、 什么是時(shí)序邏輯電路？,結(jié)構(gòu)：由門電路構(gòu)成。, 舉例：電視遙控器。,2, 輸出方程：, 狀態(tài)方程：,Qn+1=F3 ( Z, Qn ), 驅(qū)動(dòng)方程:,Z=F2 ( X, Qn ),二、時(shí)序電路的模型,Y=F1

2、( X, Qn ),輸入信號,輸出信號,狀態(tài)信號,驅(qū)動(dòng)信號,4.3 時(shí)序邏輯電路概述,3,三、典型的時(shí)序邏輯電路串行加法器,10110101,11110000,00111011,4.3 時(shí)序邏輯電路概述,4,四、時(shí)序邏輯電路的分類,1. 同步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路,同步時(shí)序電路：,異步時(shí)序電路：,所有觸發(fā)器由同一時(shí)鐘脈沖源控制,沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖,4.3 時(shí)序邏輯電路概述,5,2.計(jì)數(shù)器和狀態(tài)機(jī),計(jì)數(shù)器：除了時(shí)鐘信號之外，沒有輸入變量X，它僅僅在時(shí)鐘控制下自動(dòng)地改變狀態(tài)。計(jì)數(shù)器一般直接以觸發(fā)器的狀態(tài)作為輸出。,4.3 概 述,狀態(tài)機(jī)：除了時(shí)鐘信號之外，還有輸入信號X，它通過對輸入信號X

3、的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移。,6,3.摩爾型狀態(tài)機(jī)和米里型狀態(tài)機(jī),摩爾型（Moore）：輸出只和現(xiàn)態(tài)有關(guān)，與輸入無關(guān)。,米里型（Mealy）：輸出不僅和現(xiàn)態(tài)有關(guān)，還和輸入有關(guān)。,Y=F1 (Qn ),Y=F1 ( X, Qn ),4.3 時(shí)序邏輯電路概述,7,4.4 同步時(shí)序電路分析,寫電路的輸出方程,8,例：請分析以下同步時(shí)序電路：,（1）寫出驅(qū)動(dòng)方程：,4.4 同步時(shí)序電路分析,9,(2) 寫出狀態(tài)方程,（3）寫出輸出方程：,（1）寫出驅(qū)動(dòng)方程：,4.4 同步時(shí)序電路分析,10,（4）根據(jù)狀態(tài)方程列出狀態(tài)。,1 1 1,1 1 0,1 0 1,1 0 0,0 1 1,0 1 0,0 0 1,0 0

4、 0,0 0 0,1 1 0,1 0 1,1 0 0,0 1 1,0 1 0,0 0 1,0 0 0,0,0,0,0,0,0,1,1,（5）作出狀態(tài)圖,000110七個(gè)狀態(tài)構(gòu)成循環(huán)，稱為有效循環(huán)。,“111”位于有效循環(huán)之外，稱為無效狀態(tài)。,如果無效狀態(tài)在若干個(gè)CP作用后，最終能進(jìn)入有效循環(huán)稱該電路具有自啟動(dòng)能力。,上述時(shí)序電路能夠自啟動(dòng)。,4.4 同步時(shí)序電路分析,11,（6）時(shí)序圖（設(shè)Q2Q1Q0初態(tài)為000）,（7）結(jié)論：同步自然態(tài)序七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,1,4.4 同步時(shí)序電路分析,12,時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的幾種方法,1采用小規(guī)模集成門電路和觸發(fā)器設(shè)計(jì)；,2采用標(biāo)準(zhǔn)的中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)；,3采

5、用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)。,4.5 同步時(shí)序電路設(shè)計(jì),13,畫邏輯電路圖,檢查自啟動(dòng)如不符 合要求，重新設(shè)計(jì),4.5 同步時(shí)序電路設(shè)計(jì),14,例：試用JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)同步七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,需要三個(gè)觸發(fā)器。,解：（1）邏輯抽象，畫出狀態(tài)圖。,4.5.1 同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì),15,（2）列出狀態(tài)表,4.5.1 同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì),16,（3）求出狀態(tài)方程（根據(jù)狀態(tài)表畫卡諾圖）,4.5.1 同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì),17,（3）求出電路的驅(qū)動(dòng)方程,將上述狀態(tài)方程與JK觸發(fā)器的特性方程相比較得：,4.5.1 同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì),18,（4）根據(jù)得到的驅(qū)動(dòng)方程畫出邏輯圖。,4.5.1 同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì),19,（5）檢查電路能否自啟

6、動(dòng)。,111為無效狀態(tài)，根據(jù)卡諾圖化簡可知，111的下一個(gè)狀態(tài)為000，回到有效循環(huán)，故所設(shè)計(jì)的時(shí)序電路能自啟動(dòng)。,4.5.1 同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì),20,例：設(shè)計(jì)一“011”序列檢測器，每當(dāng)X輸入011碼時(shí)，對應(yīng)最后一個(gè)1，電路輸出Y為1。,4.5.2 摩爾型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),X：0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 Y：0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1,21,解：,輸入端X：,串行隨機(jī)信號,輸出端Y：,當(dāng)X出現(xiàn)011序列時(shí)，Y=1；否則Y=0,1. 狀態(tài)定義,4.5.2 摩爾型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),S0狀態(tài)：

7、初始狀態(tài)。該狀態(tài)可以理解為時(shí)序電路處于復(fù)位時(shí)的狀態(tài)。如果接收到1個(gè)1，那么狀態(tài)仍為S0，因?yàn)橐獧z測的數(shù)據(jù)是從0開始的。,S1狀態(tài)：已接收到1個(gè)0；,S2狀態(tài)：已接收到01；,S3狀態(tài)：已接收到011。,22,2. 畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,4.5.2 摩爾型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),23,狀態(tài)編碼,S0,S1,S2,S3,3. 列出狀態(tài)真值表,4.5.2 摩爾型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),24,4. 求觸發(fā)器的狀態(tài)方程和輸出函數(shù),4.5.2摩爾型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),25,5. 畫邏輯電路圖,4.5.2 摩爾型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),6. 電路仿真,26,7. 仿真結(jié)果,4.5.2 摩爾型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),27,1. 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,4.5.3 米里型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),

8、【例4.5-3】將例4.5-2描述的串行數(shù)據(jù)檢測器設(shè)計(jì)成米里型狀態(tài)機(jī)。,28,2. 狀態(tài)真值表,4.5.3 米里型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),29,3. 狀態(tài)方程和輸出方程,4.5.3 米里型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),30,4. 仿真結(jié)果,4.5.3 米里型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì),31,按計(jì)數(shù)脈沖引入方式，分為同步和異步計(jì)數(shù)器,按進(jìn)位制，分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和N進(jìn)制計(jì)數(shù)器,按邏輯功能，分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器,按集成度，分為小規(guī)模與中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器,1. 計(jì)數(shù)器的分類,4.7.1 計(jì)數(shù)器,32,例：時(shí)序電路如圖所示，已知CP脈沖波形，畫出Q0Q3的波形。,CP,Q1,Q0,Q2,功能：計(jì)數(shù)、分頻、定時(shí)。,4.7.1 計(jì)數(shù)器,33,2.

9、 模2n異步加法計(jì)數(shù)器的構(gòu)成規(guī)律,（1）用T觸發(fā)器構(gòu)成；,4.7.1 計(jì)數(shù)器,34,3. 模2n異步減法計(jì)數(shù)器的構(gòu)成規(guī)律,（1）用T觸發(fā)器構(gòu)成；,思考：如何用D觸發(fā)器（上升沿觸發(fā)）構(gòu)成模8減法計(jì)數(shù)器。,4.7.1 計(jì)數(shù)器,35,3. 模2n同步加法計(jì)數(shù)器,以8進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律為：,Q0每來一個(gè)CP脈沖翻轉(zhuǎn)一次；,Q1只有當(dāng)Q0為1時(shí)翻轉(zhuǎn)，其余保持；,Q2只有當(dāng)Q1、Q0同時(shí)為1時(shí)翻轉(zhuǎn)，其余保持。,T 觸發(fā)器的狀態(tài)方程,當(dāng)T=1時(shí),當(dāng)T=0時(shí),4.7.1 計(jì)數(shù)器,36,模2n同步加法計(jì)數(shù)器的構(gòu)成規(guī)律:,（2）令T0=1，T1=Q0，T2=Q0Q1，T3=Q0Q1Q2,3位同步二進(jìn)制

10、加計(jì)數(shù)器邏輯圖,（1）用T觸發(fā)器構(gòu)成，既可上升沿觸發(fā)也可下降沿觸發(fā)；,4.7.1 計(jì)數(shù)器,37,4. 模2n同步減法計(jì)數(shù)器構(gòu)成規(guī)律,（1）用T觸發(fā)器；,4.7.1 計(jì)數(shù)器,38,5. 模2n同步加減計(jì)數(shù)器構(gòu)成規(guī)律,（1）用T觸發(fā)器；,（2）令,4.7.1 計(jì)數(shù)器,39,集成計(jì)數(shù)器種類很多，常用的有以下幾種,6. MSI集成計(jì)數(shù)器, 同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161/74163；, 異步二-五-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS290；, 單時(shí)鐘同步十六進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS191；, 雙時(shí)鐘同步十六進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS193；, 同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74160/162；, 單時(shí)鐘同步十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS

11、190/192。, 異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS393；,4.7.1 計(jì)數(shù)器,40,74161的主要功能：, 異步清零功能, 同步并行置數(shù)功能, 同步二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器, 保持功能,4.7.1 計(jì)數(shù)器,41, 所有的觸發(fā)器采用同一時(shí)鐘信號。外部CP脈沖為上升沿觸發(fā)。,（1）異步清零功能,0,0,4.7.1 計(jì)數(shù)器,42,0,4.7.1 計(jì)數(shù)器,43,4.7.1 計(jì)數(shù)器,44,進(jìn)位輸出,0,0,1,4.7.1 計(jì)數(shù)器,45,74161的邏輯符號,74161的功能表,4.7.1 計(jì)數(shù)器,46,應(yīng)用,1,CP,（1） 實(shí)現(xiàn)同步二進(jìn)制加計(jì)數(shù),1,1,1,計(jì)數(shù),4.7.1 計(jì)數(shù)器,47,（2）構(gòu)成N 進(jìn)制計(jì)

12、數(shù)器, 同步置數(shù)法, 反饋清零法,4.7.1 計(jì)數(shù)器,48,例1 采用“反饋清零法”實(shí)現(xiàn)同步10進(jìn)制加計(jì)數(shù),4.7.1 計(jì)數(shù)器,49,0,4.7.1 計(jì)數(shù)器,50,波形圖：,4.7.1 計(jì)數(shù)器,51,例2 采用“同步置數(shù)法”，用74161構(gòu)成十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器,0,思考：校驗(yàn)一下能否自啟動(dòng),4.7.1 計(jì)數(shù)器,52,1.確定計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；,構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器步驟：,2.根據(jù)計(jì)數(shù)器的初態(tài)確定并行數(shù)據(jù)輸入端的連接；,3.根據(jù)計(jì)數(shù)器的終態(tài)確定與非門輸入端的連接。,4.7.1 計(jì)數(shù)器,53,另一種接法：,0,4.7.1 計(jì)數(shù)器,54,例3 試用兩片74161構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器,方法一：,先用兩片74

13、161構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后再用“同步置數(shù)”法構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,4.7.1 計(jì)數(shù)器,55,方法二：通過串行進(jìn)位的方法構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再用“異步清零” 法構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,4.7.1 計(jì)數(shù)器,56,方法三：當(dāng)M可分解成N1和N2時(shí)，可將兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別接成N1進(jìn)制計(jì)數(shù)器和N2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后再將兩個(gè)計(jì)數(shù)器級聯(lián)起來。因此，100進(jìn)制計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)而成。,4.7.1 計(jì)數(shù)器,57,（2）按要求設(shè)計(jì)組合輸出電路。,計(jì)數(shù)器+組合輸出電路,2. 電路組成,3. 設(shè)計(jì)過程,（1）根據(jù)序列碼的長度S設(shè)計(jì)模S計(jì)數(shù)器，狀態(tài)可以自定；,1. 序列信號,按一定規(guī)則排列的周期性串行

14、二進(jìn)制碼,例.設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)生110001001110序列碼的序列信號發(fā)生器。,4.7.1 計(jì)數(shù)器,58,第一步：設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器,1.序列長度S=12，設(shè)計(jì)一個(gè)模12計(jì)數(shù)器 2.選用74161 3.采用同步預(yù)置法 4.設(shè)定有效狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=01001111,4.7.1 計(jì)數(shù)器,59,第二步：設(shè)計(jì)組合電路,D C B A L 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

15、1 0 1 1 1 1 1 0,4.7.1 計(jì)數(shù)器,60,2. 畫卡諾圖,D C B A L 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0,4.7.1 計(jì)數(shù)器,61,寄存器用于寄存一組二值代碼，廣泛地用于數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字計(jì)算機(jī)中。,寄存器一般用D觸發(fā)器構(gòu)成。,寄存器主要分并行寄存器和移位寄存器 兩種。,1. 什么是寄存器？,2.寄存器的構(gòu)成,

16、3.寄存器的分類,4.7.2 寄存器和移位寄存器,62,4. 并行寄存器74HC574,0,只有CP脈沖的上升沿到來后，數(shù)據(jù)才能存入寄存器。,4.7.2 寄存器和移位寄存器,63,5. 右移寄存器,（1）用D觸發(fā)器（也可用JK觸發(fā)器）,（2）驅(qū)動(dòng)方程,（3）邏輯電路圖,思考：用JK觸發(fā)器如何實(shí)現(xiàn)上述電路？,串行數(shù)據(jù) 輸入端,4.7.2 寄存器和移位寄存器,64,（4）動(dòng)作特點(diǎn),設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)Q0Q1Q2Q3=0101，DIR的輸入為1。,在CP脈沖作用下，數(shù)據(jù)右移一位。,4.7.2 寄存器和移位寄存器,65,（5）工作波形,設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)Q0Q1Q2Q3=0000，DIR的輸入

17、代碼為1011，請畫出各觸發(fā)器輸出端在移位過程中的波形。,4.7.2 寄存器和移位寄存器,66,8位移位寄存器74HC164,4.7.2 寄存器和移位寄存器,67,6.左移寄存器,（1）用D觸發(fā)器；,（2）驅(qū)動(dòng)方程,（3）邏輯圖,串行數(shù)據(jù)輸入端,4.7.2 寄存器和移位寄存器,68,7. 多功能寄存器（并行置數(shù)、左移、右移、保持）,（1）用D觸發(fā)器 ；,（2）增加兩根控制信號S1、S0，用以控制寄存器的功能：,S1 S0 功能,0 0 保持,0 1 右移,1 0 左移,1 1 并行置數(shù),（3）狀態(tài)方程,以上4個(gè)方程可以用4個(gè)四選一的數(shù)據(jù)選擇器來實(shí)現(xiàn)。,4.7.2 寄存器和移位寄存器,69,（4）邏輯電路圖,4.7.2 寄存器和移位寄存器,70,（5）74LS194邏輯