同步時(shí)序邏輯電路的分析

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1、本次課的要點(diǎn)1時(shí)序邏輯電路基本知識(shí)（掌握）2同步時(shí)序邏輯電路的分析（學(xué)會(huì)）3同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)（下次課）數(shù)字邏輯電路組合邏輯電路——組合電路時(shí)序邏輯電路——時(shí)序電路§1時(shí)序邏輯電路概述21、組合電路：電路的輸出只與電路的輸入有關(guān)，與電路的前一時(shí)刻的狀態(tài)無(wú)關(guān)2、時(shí)序電路：電路在某一給定時(shí)刻的輸出取決于該時(shí)刻電路的輸入還取決于前一時(shí)刻電路的狀態(tài)由觸發(fā)器保存時(shí)序電路：組合電路+觸發(fā)器電路的狀態(tài)與時(shí)間順序有關(guān)組合邏輯電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。x1,?x2，…，xn為某一時(shí)刻的輸入；Z1，Z2，…，Zm為該時(shí)刻的輸出。輸出函數(shù)集：Zi=fi(x1，x2，…，xn

2、)，i=1,2,…，m輸出Zi僅是輸入xi的函數(shù)，即只與當(dāng)前的輸入有關(guān)。時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)如下圖所示它由組合邏輯和存儲(chǔ)器件兩部分構(gòu)成。x1，x2，…，xn為時(shí)序電路的外部輸入；Z1，Z2，…，Zm為時(shí)序電路的外部輸出；y1，y2，…，yr為時(shí)序電路的內(nèi)部輸入(或稱(chēng)狀態(tài))；Y1，Y2，…，Yp為時(shí)序電路的內(nèi)部輸出(或稱(chēng)激勵(lì))。時(shí)序電路的組合邏輯部分用來(lái)產(chǎn)生電路的輸出和激勵(lì)，存儲(chǔ)器件部分是用其不同的狀態(tài)(y1,y2，…，yr)來(lái)“記憶”電路過(guò)去的輸入情況。上圖所示的時(shí)序電路邏輯功能的函數(shù)一般表達(dá)式為Zi=gi(x1,x2，…，xn；y1,y2，…,

3、yr)??i=1,2,…,m??(5-1)Yj=fj(x1,x2，…，xn；y1,y2，…,yr)???j=1,2,…,p??(5-2)式(5-1)稱(chēng)為輸出函數(shù)式(5-2)稱(chēng)為激勵(lì)函數(shù)這兩個(gè)函數(shù)都與變量x，y有關(guān)，也即電路的輸出不僅與電路的輸入有關(guān)，而且與電路的狀態(tài)有關(guān)。6時(shí)序電路一般結(jié)構(gòu)組合電路觸發(fā)器電路X1XiZ1ZjQ1QmD1Dm…………輸入信號(hào)信號(hào)輸出觸發(fā)器觸發(fā)器輸入信號(hào)輸出信號(hào)CP圖6.1.1時(shí)序邏輯電路框圖7按有無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘脈沖分同步—有統(tǒng)一CP，狀態(tài)變更與CP同步。異步—無(wú)統(tǒng)一CP，狀態(tài)變更不同步，逐級(jí)進(jìn)行。時(shí)序電路分類(lèi)按輸出信號(hào)特點(diǎn)分M

4、ealy型—輸出不僅與存貯狀態(tài)有關(guān),還與外部輸入有關(guān)。Moore型—輸出僅與存貯狀態(tài)有關(guān)。按通用性功能分典型時(shí)序—移存器、計(jì)數(shù)器、序列信號(hào)發(fā)生/檢測(cè)器一般時(shí)序—任意時(shí)序邏輯命題8時(shí)序電路的狀態(tài)表和狀態(tài)圖狀態(tài)表反映時(shí)序電路的輸出Z、次態(tài)yn＋1、輸入x和現(xiàn)態(tài)yn之間的邏輯關(guān)系和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律的表格。Q1Q00001101111/100/001/010/001/010/011/000/101X現(xiàn)態(tài)輸入次態(tài)/輸出9狀態(tài)圖表示時(shí)序電路的狀態(tài)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件、方向、及狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律。Mealy型Moore型ynyn＋1X/Z（輸出與狀態(tài)、輸入有關(guān)）（輸出僅與狀態(tài)有關(guān)）yn

5、/Zyn＋1/ZX實(shí)際時(shí)序電路中,若有n個(gè)觸發(fā)器(記憶單元),一般有N個(gè)狀態(tài),2n-1≤N≤2n。Mealy型電路如果同步時(shí)序電路的輸出是輸入和現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，即Zi=fi(x1,x2，…，xn；y1，y2，…,yr),i=1,2,…，m，則稱(chēng)該電路為Mealy型電路。Mealy型同步時(shí)序電路狀態(tài)表的格式如表所示。表格的上方從左到右列出輸入x1，x2，…，xn的全部組合，表格左邊從上到下列出電路的全部狀態(tài)y，表格的中間列出對(duì)應(yīng)不同輸入組合的現(xiàn)態(tài)下的次態(tài)yn+1和輸出Z。這個(gè)表的讀法是，處于狀態(tài)y的時(shí)序電路，當(dāng)輸入x時(shí)，輸出為Z，在時(shí)鐘脈沖作用下，電路進(jìn)入次態(tài)

6、yn+1.現(xiàn)態(tài)輸入…X……Y………/Z例題：其同步時(shí)序電路有一個(gè)輸入x，一個(gè)輸出Z，4個(gè)狀態(tài)A，B，C，D，該時(shí)序電路的狀態(tài)表如下所示：yx01AD/0C/1BB/1A/0CB/1D/0DA/0B/1從該狀態(tài)表可看出，若電路的初態(tài)為A，當(dāng)輸入x=1時(shí)，輸出Z=1，在時(shí)鐘脈沖作用下，電路進(jìn)入次態(tài)C。假定電路的輸入序列為x：10100110那么，與每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸出響應(yīng)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況為：時(shí)鐘：1??2??3??4??5??6??7??8x：1??0??1??0??0??1??1??0y：A??C?B??A??D??A??C?Dy(n+1):??C??B?A

7、??D??A??C??D?AZ：1??1??0??0??0??1??0??0需要指出的是：(1)如果同步時(shí)序電路的初始狀態(tài)不同，那么盡管輸入序列相同，但輸出響應(yīng)序列和狀態(tài)轉(zhuǎn)移序列將不同。(2)電路的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)是相對(duì)某一時(shí)刻而言，該時(shí)刻的次態(tài)就是下一個(gè)時(shí)刻的現(xiàn)態(tài)。yx01AD/0C/1BB/1A/0CB/1D/0DA/0B/1某電路的狀態(tài)表某電路的狀態(tài)圖Mealy型電路狀態(tài)圖示例Moore型電路如果同步時(shí)序電路的輸出僅是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，即：Z=fi(y1，y2，…，yr)，i=1,2，…，m，則稱(chēng)該電路為Moore型電路。也就是說(shuō)該時(shí)序電路可能沒(méi)有輸入，或

8、輸入與輸出沒(méi)有直接關(guān)系。Moore型電路的狀態(tài)表格式如下表所示。因