复旦大学电子工程系：数字逻辑基础_第4章 同步时序电路

数字逻辑基础 第四章同步时序电路

数字逻辑基础 第四章 同步时序电路

本章要求 掌握同步时序电路的基本分析 过程 >掌握同步时序电路的设计原理 >掌握状态表的化简过程 90

本章要求： ➢掌握同步时序电路的基本分析 过程 ➢掌握同步时序电路的设计原理 ➢掌握状态表的化简过程

4.1时序电路的描述 输入变量 XI 输出变量 X 组合电路 状态变量 状态变量 (现态)Y Y (次态) 记忆电路 法合择是些命比魔软结构也实际着中可 90

组合电路 记忆电路 x1 xm z1 zn Y1 Yr y1 yr 4.1 时序电路的描述 注：这是一个一般的结构，在实际的逻辑中可 以合并某些输出和状态，也可以没有输入。 输入变量 输出变量 状态变量 （现态） 状态变量 （次态）

同步时序电路和异步时序电路 ■同步时序电路:记忆电路一般由触发器构成,记 忆电路中所有触发器状态的变化都是在同一时钟 信号操作下同时发生的。触发器的时钟信号不计 在输入之内。 ■异步时序电路:记忆电路可以由触发器构成,也 可以由组合电路的反馈构成。记忆电路状态的变 化不是同时发生的,可能有公共的时钟信号,也 可能没有公共的时钟信号

同步时序电路和异步时序电路 ◼ 同步时序电路：记忆电路一般由触发器构成，记 忆电路中所有触发器状态的变化都是在同一时钟 信号操作下同时发生的。触发器的时钟信号不计 在输入之内。 ◼ 异步时序电路：记忆电路可以由触发器构成，也 可以由组合电路的反馈构成。记忆电路状态的变 化不是同时发生的，可能有公共的时钟信号，也 可能没有公共的时钟信号

现态与次态概念 驱动信号 时钟 时刻 k+1 k+2 状态当前状态Ⅹ次态当前状态Ⅹ次态 以两次驱动(在同步时序逻辑中就是时钟)的间隔时 间作为时序电路的定时单位,把某个间隔时刻t作为“当 前时刻”,将下一个间隔时刻tk+1称为“次时刻”。 对于“当前时刻”和“次时刻”的表述,都是相对于 时刻tk而言。当前时刻的状态为现态,次时刻的状态为次 态

现态与次态概念 时 钟 状 态 时 刻 t k t k+1 t k+2 当前状态 次 态 当前状态 次 态 以两次驱动（在同步时序逻辑中就是时钟）的间隔时 间作为时序电路的定时单位，把某个间隔时刻 tk 作为“当 前时刻” ，将下一个间隔时刻 tk+1 称为“次时刻” 。 对于“当前时刻”和“次时刻”的表述，都是相对于 时刻 tk 而言。当前时刻的状态为现态，次时刻的状态为次 态。 驱动信号

时序电路的状态方程与输出方程 r(tk=flx(tk),y(tr) z(tk)=f2x(tr),y(trl 意义 次态是输入与现态的函数(一般情况,也可以无输入) 输出是输入与现态的函数(一般情况,也可以无输入) 注意点: Y是次态变量,通常是一个隐含的变量,不一定是触发器 的激励输入。只有记忆电路全部是D触发器时,次态才与 激励相同

时序电路的状态方程与输出方程 ( ) [ ( ), ( )] ( ) [ ( ), ( )] 2 1 k k k k k k t f t t t f t t z x y Y x y = = 意义： 次态是输入与现态的函数（一般情况，也可以无输入） 输出是输入与现态的函数（一般情况，也可以无输入） 注意点： Y 是次态变量，通常是一个隐含的变量，不一定是触发器 的激励输入。只有记忆电路全部是 D 触发器时，次态才与 激励相同

例1状态机 & Q1 Z CI CP 1K Q2 CI & K JK触发器,Q1、Q2是现态,X是输入 Z是输出,仅是现态的函数。 次态隐含在J、K1、J2、K2中

1J C1 X Z CP 1K 1J C1 1K & 1 & & J1 J2 K1 K2 Q1 Q2 例1 状态机 JK 触发器，Q1、Q2 是现态， X 是输入。 Z 是输出，仅是现态的函数。 次态隐含在J1、K1、J2、K2 中

例2计数器 O3 D触发器,无输入, Q0~Q3为状态同时也 是输出。 2 次态是D0~D3,可以 通过组合逻辑显式地 写出。 Q1 CI CP CI 90

1D & & & Q3 Q2 Q1 Q0 CP ≥ 1 ≥ 1 ≥ 1 C1 C1 C1 C1 1D 1D 1D 例2 计数器 D 触发器，无输入， Q0 ~ Q3 为状态同时也 是输出。 次态是 D0 ~ D3，可以 通过组合逻辑显式地 写出

米利模型和摩尔模型 米利( Mealy)模型 输入变量x 组合电激励 记忆电路 路时钟一(触发器) 组合电-z输出变量 路 状态变量y 某时刻的输出是该时刻的输入和电路状态的函数 z(tk=flx(tk), y(tk)] r(tk)=f2lx(tk),y(tk)] 90

米利模型和摩尔模型 组合电 路 记忆电路 (触发器） 输入变量 组合电 路 激 励 状态变量 输出变量 时 钟 x z y ( ) [ ( ), ( )] ( ) [ ( ), ( )] 2 1 k k k k k k t f t t t f t t Y x y z x y = = 米利（Mealy）模型 某时刻的输出是该时刻的输入和电路状态的函数

摩尔( Moore)模型 激励 输入变量x 组合电 记忆电路 组合电 路|时钟—-(触发器) 路 z输出变量 状态变量y 某时刻的输出仅是该时刻电路状态的函数, 与该时刻的输入无关。 z(tk)=fily(tk) r(tk)=f2lx(tk),y(tk) 90

( ) [ ( ), ( )] ( ) [ ( )] 2 1 k k k k k t f t t t f t Y x y z y = = 摩尔(Moore)模型 组合电 路 记忆电路 (触发器） 输入变量 组合电 路 激 励 状态变量 输出变量 时 钟 x z y 某时刻的输出仅是该时刻电路状态的函数， 与该时刻的输入无关