同步時(shí)序邏輯電路的分析方法

內(nèi)容提要
7.1 概述
一、時(shí)序電路的定義
二、電路構(gòu)成
三、分類：
1 同步
2 異步
7.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法
7.2.1 同步時(shí)序邏輯電路的分析方法
一、基本分析步驟
1．寫方程式
2．列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
3．邏輯功能的說明
4 畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖
二、分析舉例
［例7.2.1］
1．寫方程式
2．列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
3．邏輯功能的說明
4 畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖
5．檢查電路能否自啟動(dòng)
［例7.2.2］
1．寫方程式
2．列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
3．邏輯功能的說明
4 畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖
7.2.2 異步時(shí)序邏輯電路的分析方法
應(yīng)寫出時(shí)鐘方程。
［例7.2.3］
1．寫方程式
2．列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
3．邏輯功能的說明
4 畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖
第7章 時(shí)序邏輯電路
內(nèi)容提要
時(shí)序邏輯電路的分析方法
異步計(jì)數(shù)器、同步計(jì)數(shù)器、寄存器與移位寄存器的基本工作原理
中規(guī)模集成電路的邏輯功能、使用方法和應(yīng)用
時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法
7.1 概述

一、定義：時(shí)序邏輯電路（又稱時(shí)序電路）：在任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)。
二、電路構(gòu)成：
存儲(chǔ)電路（主要是觸發(fā)器，且必不可少）+組合邏輯電路（可選）。
時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)是由存儲(chǔ)電路來記憶和表示的。

三、分類
根據(jù)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況的不同分為：
1．同步時(shí)序邏輯電路：
所有觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端CP都連在一起，在同一個(gè)時(shí)鐘脈沖 CP作用下，凡具備翻轉(zhuǎn)條件的觸發(fā)器在同一時(shí)刻狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。觸發(fā)器狀態(tài)的更新和時(shí)鐘脈沖CP是同步的。
2．異步時(shí)序邏輯電路
時(shí)鐘脈沖CP只接部分觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端，其余觸發(fā)器則由電路內(nèi)部信號(hào)觸發(fā)。因此，凡具備翻轉(zhuǎn)條件的觸發(fā)器狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)有先有后，并不都和時(shí)鐘脈沖CP同步。
計(jì)數(shù)器中，時(shí)鐘脈沖CP又稱為計(jì)數(shù)脈沖。

7.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法

時(shí)序邏輯電路的分析：根據(jù)給定的電路，寫出它的方程、列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖，而后分析出它的功能。

7.2.1 同步時(shí)序邏輯電路的分析方法

同步時(shí)序邏輯電路中，所有觸發(fā)器都由同一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP來觸發(fā)，都對(duì)應(yīng)相同的電平或邊沿狀態(tài)更新。所以，可以不考慮時(shí)鐘條件。
課堂討論：現(xiàn)態(tài)和次態(tài)的時(shí)間分割點(diǎn)？
一、基本分析步驟

1．寫方程式

（1）輸出方程。時(shí)序邏輯電路的輸出邏輯表達(dá)式，它通常為現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。
（2）驅(qū)動(dòng)方程。各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達(dá)式。即J=？，K=？，D=？
（3）狀態(tài)方程。將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程中，便得到該觸發(fā)器的次態(tài)方程。時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)方程由各觸發(fā)器次態(tài)的邏輯表達(dá)式組成。
JK F/F和D F/F的特性方程？

2．列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
將外輸入信號(hào)和現(xiàn)態(tài)作為輸入，次態(tài)和輸出作為輸出，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。

觸發(fā)器的邏輯功能的表示方法有哪些？相互轉(zhuǎn)換？特別：與或式→真值表？

3．邏輯功能的說明

根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表來說明電路的邏輯功能。

4．畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：電路由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)的示意圖。
時(shí)序圖：在時(shí)鐘脈沖CP作用下，各觸發(fā)器狀態(tài)變化的波形圖。

二、分析舉例

［例7.2.1］ 試分析圖7.2.1所示電路的邏輯功能，并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。

解：分析步驟
由電路可看出，時(shí)鐘脈沖CP加在每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端上。因此它是一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路，時(shí)鐘方程可以不寫。
三個(gè)JK觸發(fā)器的狀態(tài)更新時(shí)刻都對(duì)應(yīng)CP的下降沿。
1．寫方程式

2．狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
由狀態(tài)方程，可列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。

3．邏輯功能說明
由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，在輸入第6個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，返回原來的狀態(tài)，同時(shí)輸出端Y輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖。因此為同步六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
4．畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖
⑴ 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表→狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
圓圈內(nèi)表示電路的一個(gè)狀態(tài)，
箭頭表示電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方向（現(xiàn)態(tài)→次態(tài)）
箭頭線上方標(biāo)注的X／Y為轉(zhuǎn)換條件，X為轉(zhuǎn)換前輸入變量的取值，Y為輸出值
由于本例沒有輸入變量，故X未標(biāo)上數(shù)值。
⑵ 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表→時(shí)序圖（或稱工作波形圖）。

5．檢查電路能否自啟動(dòng)
電路應(yīng)有＝8個(gè)工作狀態(tài)，
只有6個(gè)狀態(tài)被利用了，稱為有效狀態(tài)。
還有110和111沒有被利用，稱為無效狀態(tài)。
能夠自啟動(dòng)：如果由于某種原因而進(jìn)入無效狀態(tài)工作時(shí)，只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，電路會(huì)自動(dòng)返回到有效狀態(tài)工作。
該電路能夠自啟動(dòng)。

[例7.2.2] 試分析圖7.2.3所示電路的邏輯功能。并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。

解：分析步驟
1．寫方程式

2．列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表
由于輸入控制信號(hào)X可取0，也可取1，因此，應(yīng)分別列出X＝0和X＝1的兩張狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。

3．邏輯功能說明
在X＝0時(shí)，電路為加法計(jì)數(shù)器；
在X＝1時(shí)，電路為減法計(jì)數(shù)器。
因此，電路為同步四進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器。
4．畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖
可畫出X＝0和X＝1時(shí)的兩個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
如用一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)，則應(yīng)在斜線上方標(biāo)明輸入變量X的取值。
畫時(shí)序圖。

7.2.2 異步時(shí)序邏輯電路的分析方法

在異步時(shí)序邏輯電路中，只有部分觸發(fā)器由計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)源CP觸發(fā)，而其它觸發(fā)器則由電路內(nèi)部信號(hào)觸發(fā)。
因此，應(yīng)考慮各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘條件，即應(yīng)寫出時(shí)鐘方程。
各個(gè)觸發(fā)器只有在滿足時(shí)鐘條件后，其狀態(tài)方程才能使用。否則，狀態(tài)保持不變。
這是異步時(shí)序邏輯電路在分析方法上和同步時(shí)序邏輯電路的根本不同點(diǎn)。
［例7.2.3］ 試分析圖7.2.5所示電路的邏輯功能。并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。

解：分析步驟
FF1的時(shí)鐘信號(hào)是由Q0端輸出的負(fù)躍變信號(hào)來觸發(fā)的，所以是異步時(shí)序邏輯電路。
1．寫方程式

2．列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

狀態(tài)方程只有在滿足時(shí)鐘條件后才是有效的。否則將保持不變。

3．邏輯功能說明，
在輸入第5個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，返回初始的000狀態(tài)，同時(shí)Y輸出一個(gè)負(fù)躍變的進(jìn)位信號(hào)，因此，為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
4．狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖