《数字电子技术基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第6章 时序电路的分析与设计

第6章时序电路的分析与设计 第6章时序电路的分析与设计 61时序电路概述 62同步时序逻辑电路的分析 63异步时序电路的分析方法 64同步时序电路的设计方法 BACK

第 6 章 时序电路的分析与设计 第 6 章 时序电路的分析与设计 6.1 时序电路概述 6.2 同步时序逻辑电路的分析 6.3 异步时序电路的分析方法 6.4 同步时序电路的设计方法 1

第6章时序电路的分析与设计 61时序电路概述 611时序电路的特点 逻辑电路分为两类:一类是组合逻辑电路,另一类是时 序逻辑电路。在组合逻辑电路中,任一时刻的输出仅与该时 刻输入变量的取值有关,而与输入变量的历史情况无关;在 时序逻辑电路中,任一时刻的输出不仅与该时刻输入变量的 取值有关,而且与电路的原状态,即与过去的输入情况有关

第 6 章 时序电路的分析与设计 6.1 时序电路概述 6.1.1 时序电路的特点 逻辑电路分为两类：一类是组合逻辑电路，另一类是时 序逻辑电路。在组合逻辑电路中，任一时刻的输出仅与该时 刻输入变量的取值有关，而与输入变量的历史情况无关；在 时序逻辑电路中，任一时刻的输出不仅与该时刻输入变量的 取值有关，而且与电路的原状态，即与过去的输入情况有关。 2

第6章时序电路的分析与设计 与组合逻辑电路相比,时序逻辑电路有两个特点:第一, 时序逻辑电路包含组合逻辑电路和存储电路两部分,存储电路 具有记忆功能,通常由触发器组成;第二,存储电路的状态反 馈到组合逻辑电路的输入端,与外部输入信号共同决定组合逻 辑电路的输出。组合逻辑电路的输出除包含外部输出外,还包 含连接到存储电路的内部输出,它将控制存储电路状态的转移。 组合逻辑电路 q1 存储电路「y 图6-1时序逻辑电路的结构框图

第 6 章 时序电路的分析与设计 图 6-1 时序逻辑电路的结构框图 与组合逻辑电路相比，时序逻辑电路有两个特点：第一， 时序逻辑电路包含组合逻辑电路和存储电路两部分，存储电路 具有记忆功能，通常由触发器组成；第二，存储电路的状态反 馈到组合逻辑电路的输入端，与外部输入信号共同决定组合逻 辑电路的输出。组合逻辑电路的输出除包含外部输出外，还包 含连接到存储电路的内部输出，它将控制存储电路状态的转移。 存储电路 组合逻辑电路 … … … x1 … x n z 1 z m q1 q j y1 y k 3

第6章时序电路的分析与设计 在图6-1时序逻辑电路的结构框图中,X(x1,x2…,xn 为外部输入信号;Q(q1,q2,…q)为存储电路的状态输出, 也是组合逻辑电路的内部输入;Z(z1,2,…,=mn)为外部输 出信号;Y(η,y2,灬…,yk)为存储电路的激励信号,也是组 合逻辑电路的内部输出。在存储电路中,每一位输出q(=1, 2,…,j)称为一个状态变量,f个状态变量可以组成2个不 同的内部状态。时序逻辑电路对于输入变量历史情况的记 忆就是反映在状态变量的不同取值上,即不同的内部状态 代表不同的输入变量的历史情况

第 6 章 时序电路的分析与设计 在图6-1时序逻辑电路的结构框图中，X（x1, x2 , …, xn） 为外部输入信号； Q（q1 , q2 , …, qj）为存储电路的状态输出， 也是组合逻辑电路的内部输入；Z（z１, z2 , …, zm）为外部输 出信号；Y（y1 , y2 , …, yk）为存储电路的激励信号，也是组 合逻辑电路的内部输出。在存储电路中，每一位输出qi (i = 1, 2, …，j )称为一个状态变量， j个状态变量可以组成2 j个不 同的内部状态。时序逻辑电路对于输入变量历史情况的记 忆就是反映在状态变量的不同取值上，即不同的内部状态 代表不同的输入变量的历史情况。 4

第6章时序电路的分析与设计 f(x,x2;…,x,q,2;…q1) f2(x,x2;…x,q;引) ·"n5 q1,q2,, q n n n,q",q2…,q) k(12 22 2? h(y1,y2;,ym,q3,92:9) q#1=h2(y,y2…;y2,qn,q2;q) =h(y12,y2…y,q1,qn;q

第 6 章 时序电路的分析与设计        =   =   =   ( , , , , , , , ) ( , , , , , , , ) ( , , , , , , , ) 1 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 2 1 2 n j n n n n n n m n m n j n n n n n n n n j n n n n n n n z f x x x q q q z f x x x q q q z f x x x q q q …        =   =   =   ( , , , , , , , ) ( , , , , , , , ) ( , , , , , , , ) 1 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 2 1 2 n j n n n n n n k n k n j n n n n n n n n j n n n n n n n y g x x x q q q y g x x x q q q y g x x x q q q        =   =   =   + + + ( , , , , , , , ) ( , , , , , , , ) ( , , , , , , , ) 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 1 n j n n n k n n j n j n j n n n k n n n n j n n n n n n n q h y y y q q q q h y y y q q q q h y y y q q q … … 5

第6章时序电路的分析与设计 其中,第一个方程组称为输出方程,第二个方程组称为驱动 方程(或激励方程),第三个方程组称为状态方程。方程中 的上标n和n+1表示相邻的两个离散时间(或称相邻的两个节 拍),如q、g…、q表示存储电路中每个触发器的当前 状态(也称现状态或原状态),q、qn、…、q表示存 储电路中每个触发器的新状态(也称下一状态或次状态) 以上三个方程组可写成如下形式: z"=F(X",2Q") Y"=G(X",Q") Q=H(Y",Q")

第 6 章 时序电路的分析与设计 其中，第一个方程组称为输出方程，第二个方程组称为驱动 方程（或激励方程）, 第三个方程组称为状态方程。方程中 的上标n和n+1表示相邻的两个离散时间（或称相邻的两个节 拍），如 表示存储电路中每个触发器的当前 状态（也称现状态或原状态）， 表示存 储电路中每个触发器的新状态（也称下一状态或次状态）。 以上三个方程组可写成如下形式： n j n n q1 、q2 、、q 1 1 2 1 1 + + +  n j n n q 、q 、 、q ( , ) ( , ) ( , ) n 1 n n n n n n n n Q H Y Q Y G X Q Z F X Q = = = + 6

第6章时序电路的分析与设计 从以上关系式不难看出:时序逻辑电路某时刻的输出Z 决定于该时刻的外部输入和内部状态Q;而时序逻辑电路 的下一状态Q+同样决定于Y和。时序逻辑电路的工作过 程实质上就是在不同的输入条件下,内部状态不断更新的过 程。以上三个方程人们习惯写成如下形式: Z=F(X, Q) Y=G(X, 2) Q=H(Y,O)

第 6 章 时序电路的分析与设计 从以上关系式不难看出：时序逻辑电路某时刻的输出Z n 决定于该时刻的外部输入X n和内部状态Qn；而时序逻辑电路 的下一状态Qn+1同样决定于X n和Qn 。时序逻辑电路的工作过 程实质上就是在不同的输入条件下，内部状态不断更新的过 程。 以上三个方程人们习惯写成如下形式： ( , ) ( , ) ( , ) 1 Q H Y Q Y G X Q Z F X Q n = = = + 7

第6章时序电路的分析与设计 612时序电路的分类 & Z C1 C1 K IK IK CP FE FF FE 图6-2同步二进制加法计数器

第 6 章 时序电路的分析与设计 6.1.2 时序电路的分类 图 6-2 同步二进制加法计数器 1J C1 1K 1J C1 1K 1J C1 1K & & F F1 F F0 F F2 Z C P Q2 Q1 Q0 8

第6章时序电路的分析与设计 & 0 Q1 CP CI EDC1 EDC1 IK lK IK FE FF FE 图6-3异步二进制加法计数器

第 6 章 时序电路的分析与设计 图 6-3 异步二进制加法计数器 1J C1 1K 1J C1 1K 1J C1 1K & F F1 F F0 F F2 C P Z Q2 Q0 Q1 9

第6章时序电路的分析与设计 时序电路按输出信号的特点又可以分为米里( Mealy) 型和摩尔( Moore)型时序电路两种。 Mealy型时序电路的输 出函数为zF(X,Q),即某时刻的输出决定于该时刻 的外部输入和内部状态Q,如图6-4所示的 Mealy型串行加 法器电路。在该电路中,a、b为串行数据输入,S;为串行 数据输出,S=a+b十c1,或s=a+b十Q。More型时序电路 的输出函数为Z=F(Q),如图6-5所示的 Moore型串行加 法器电路。在该电路中串行数据输出s=Q1。 Mealy型串行 加法器电路和 Moore型串行加法器电路具有相同的逻辑功 能,但 Moore型串行加法器电路的输出比 Mealy型串行加法 器的输出迟一个节拍

第 6 章 时序电路的分析与设计 时序电路按输出信号的特点又可以分为米里（Mealy） 型和摩尔(Moore)型时序电路两种。Mealy型时序电路的输 出函数为 Z= F（X，Q），即某时刻的输出决定于该时刻 的外部输入X和内部状态Q，如图6-4所示的Mealy型串行加 法器电路。在该电路中，ai、bi为串行数据输入，si为串行 数据输出，si=ai+bi+ci-1，或si = ai+bi+Q。Moore型时序电路 的输出函数为 Z = F（Q），如图6-5所示的Moore型串行加 法器电路。在该电路中串行数据输出si =Q1。Mealy型串行 加法器电路和Moore型串行加法器电路具有相同的逻辑功 能，但Moore型串行加法器电路的输出比Mealy型串行加法 器的输出迟一个节拍。 10