1、 時序邏輯電路時序邏輯電路數字電子技術第十八講 時序邏輯電路時序邏輯電路第第 7 章時序邏輯電路章時序邏輯電路 小結小結同步時序邏輯電路的設計同步時序邏輯電路的設計 時序邏輯電路時序邏輯電路了解同步時序邏輯電路的設計方法。了解同步時序邏輯電路的設計方法。主要要求：主要要求：7.5 同步時序邏輯電路的設計同步時序邏輯電路的設計 時序邏輯電路時序邏輯電路一、同步時序邏輯電路的設計方法一、同步時序邏輯電路的設計方法1. 根據設計要求，設定狀態，畫出狀態轉換圖根據設計要求，設定狀態，畫出狀態轉換圖2. 狀態化簡狀態化簡3. 狀態分配，列出狀態轉換編碼表狀態分配，列出狀態轉換編碼表4. 選擇觸發器的類型

2、，求出狀態方程、驅動方程、選擇觸發器的類型，求出狀態方程、驅動方程、 輸出方程輸出方程5. 根據驅動方程和輸出方程畫邏輯圖根據驅動方程和輸出方程畫邏輯圖6. 檢查電路有無自啟動能力檢查電路有無自啟動能力 時序邏輯電路時序邏輯電路二、同步時序邏輯電路設計舉例二、同步時序邏輯電路設計舉例 例例 設計一個脈沖序列為設計一個脈沖序列為 10100 的序列脈沖發生器。的序列脈沖發生器。 即在輸入脈沖作用下，周期性地即在輸入脈沖作用下，周期性地依次輸出數碼依次輸出數碼“1、0、1、0、0”。解：設計步驟解：設計步驟由于上述由于上述 5 個狀態中無重復狀態，個狀態中無重復狀態，因此不需要進行狀態化簡。因此不

3、需要進行狀態化簡。S0S1S2/ 1/ 0S3S4/ 1/ 0/ 0( (1) ) 根據設計要求設定狀態，畫狀態轉換圖。根據設計要求設定狀態，畫狀態轉換圖。由于串行輸出脈沖序列為由于串行輸出脈沖序列為 10100，故電路應有，故電路應有 5 種種工作狀態，將它們分別用工作狀態，將它們分別用 S0、S1 、 、S4 表示表示；將串行將串行輸出信號用輸出信號用 Y 表示，則可列出下圖所示的狀態轉換圖。表示，則可列出下圖所示的狀態轉換圖。 時序邏輯電路時序邏輯電路( (2) ) 狀態分配，列出狀態轉換編碼表。狀態分配，列出狀態轉換編碼表。 將電路狀態用二進制碼進行編碼，通常將電路狀態用二進制碼進行編

4、碼，通常采用自然二進制碼。采用的碼位數采用自然二進制碼。采用的碼位數 n 與電路與電路狀態數狀態數 N 之間應滿足之間應滿足 2nN 2n-1由于電路有由于電路有 5 個狀態，因此宜采用三位二個狀態，因此宜采用三位二進制代碼。現采用自然二進制碼進行如下編碼：進制代碼。現采用自然二進制碼進行如下編碼：S0 = 000，S1 = 001， ，S4 = 100，由此可列出，由此可列出電路狀態轉換編碼表如下：電路狀態轉換編碼表如下：0000001S40001110S31110010S20010100S11100000S0YQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n輸出輸出次次 態態現態現態狀態轉

5、換順序狀態轉換順序( (3) )根據狀態轉換編碼表求輸出方程和狀態方程。根據狀態轉換編碼表求輸出方程和狀態方程。 時序邏輯電路時序邏輯電路10 Q2nQ1n Q0n0100 0111 0 1 00 0Q2nQ1n Q0n0100 0111 0 0 10 110 10 Q2nQ1n Q0n0100 0111 0 0 01 110 Q2nQ1n Q0n0100 0111 0 0 01 1Q2n+1 卡卡諾諾圖圖Q1n+1 卡卡諾諾圖圖Q0n+1 卡卡諾諾圖圖Y 卡卡諾諾圖圖輸出方程為輸出方程為nnQQY02 狀態方程為狀態方程為nnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQ02101010112

6、1012 時序邏輯電路時序邏輯電路nnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ002021010101122102101211 ( (4) ) 選擇觸發器類型，并求驅動方程。選擇觸發器類型，并求驅動方程。 由于由于 JK 觸發器的使用比較靈活，觸發器的使用比較靈活，由此設計中多選用由此設計中多選用 JK 觸發器。觸發器。選用選用 JK 觸發器。其特性方程為觸發器。其特性方程為 Qn+1 = JQn +KQn ，將它與狀態方程進行比較，可得驅動方程將它與狀態方程進行比較，可得驅動方程( (5) ) 根據驅動方程和輸根據驅動方程和輸 出方程畫邏輯圖。出方程畫邏輯圖。

7、1,1,02001012102 KQJQKQJKQQJnnnnnFF01J1KRC1FF11JRC1FF21JC11 1CPRD1KQ1&R&1K1 11YQ2Q0Q0 nnQQY02 時序邏輯電路時序邏輯電路( (6) ) 檢查電路有無自啟動能力。檢查電路有無自啟動能力。若電路由于某種原因進入了無效狀態，若電路由于某種原因進入了無效狀態，通過繼續輸入時鐘脈沖，能自動進入有效狀通過繼續輸入時鐘脈沖，能自動進入有效狀態的，稱為能自啟動，否則稱不能自啟動。態的，稱為能自啟動，否則稱不能自啟動。將將 3 個無效狀態個無效狀態 101、110、111 代入狀態方程代入狀態方程計算后，獲得的次態計算后，

8、獲得的次態 010、010、000 均為有效狀態。均為有效狀態。例如例如 Q2nQ1nQ0n = 101 時：時： Q2n+1 = 1 0 1 = 0 Q1n+1 = 1 0 + 1 0 = 1 Q0n+1 = 1 1 = 0其余同理其余同理因此，該電路能自啟動。因此，該電路能自啟動。 時序邏輯電路時序邏輯電路小結小結1. 根據設計要求，畫出狀態轉換圖、進行根據設計要求，畫出狀態轉換圖、進行狀態化簡、列出狀態轉換真值表；狀態化簡、列出狀態轉換真值表；2. 選擇觸發器的類型，求出狀態方程、驅動選擇觸發器的類型，求出狀態方程、驅動方程、輸出方程方程、輸出方程3. 根據驅動方程和輸出方程畫邏輯圖根據

9、驅動方程和輸出方程畫邏輯圖同步時序邏輯電路的設計主要分三步：同步時序邏輯電路的設計主要分三步： 時序邏輯電路時序邏輯電路時序邏輯電路按時鐘控制方式不同分為時序邏輯電路按時鐘控制方式不同分為同步時同步時序邏輯電路序邏輯電路和和異步時序邏輯電路異步時序邏輯電路。前者所有觸。前者所有觸發器的時鐘輸入端發器的時鐘輸入端 CP 連在一起，在同一個時連在一起，在同一個時鐘脈沖鐘脈沖 CP 作用下，凡具備翻轉條件的觸發器作用下，凡具備翻轉條件的觸發器在同一時刻翻轉。后者時鐘脈沖在同一時刻翻轉。后者時鐘脈沖 CP 只觸發部只觸發部分觸發器，其余觸發器由電路內部信號觸發，分觸發器，其余觸發器由電路內部信號觸發，

10、因此，其觸發器的翻轉不在同一輸入時鐘脈沖因此，其觸發器的翻轉不在同一輸入時鐘脈沖作用下同步進行。作用下同步進行。 時序邏輯電路時序邏輯電路時序邏輯電路分析時序邏輯電路分析的關鍵是求出狀態方程的關鍵是求出狀態方程和狀態轉換真值表，然后由此分析時序邏和狀態轉換真值表，然后由此分析時序邏輯電路的功能。輯電路的功能。描述時序電路邏輯功能的方法有邏輯圖、描述時序電路邏輯功能的方法有邏輯圖、狀態方程、驅動方程、輸出方程、狀態轉狀態方程、驅動方程、輸出方程、狀態轉換真值表、狀態轉換圖和時序圖等。換真值表、狀態轉換圖和時序圖等。 時序邏輯電路時序邏輯電路計數器計數器是快速記錄輸入脈沖個數的部件。是快速記錄輸入

11、脈沖個數的部件。按計數進制分有：二進制計數器、十進制按計數進制分有：二進制計數器、十進制計數器和任意進制計數器；按計數增減分計數器和任意進制計數器；按計數增減分有：加法計數器、減法計數器和加有：加法計數器、減法計數器和加/減計數減計數器；按觸發器翻轉是否同步分有：同步計器；按觸發器翻轉是否同步分有：同步計數器和異步計數器。計數器除了用于計數數器和異步計數器。計數器除了用于計數外，還常用于分頻、定時等。外，還常用于分頻、定時等。 時序邏輯電路時序邏輯電路中規模集成計數器功能完善、使用方便靈活。中規模集成計數器功能完善、使用方便靈活。功能表是其正確使用的依據。利用中規模集成功能表是其正確使用的依據

12、。利用中規模集成計數器可很方便地構成計數器可很方便地構成 N 進制進制( (任意進制任意進制) )計計數器。其主要方法為：數器。其主要方法為： ( (1) ) 用同步用同步置零端或置數端置零端或置數端獲得獲得 N 進制計進制計數器。這時應根據數器。這時應根據 SN- -1 對應的二進制代碼寫對應的二進制代碼寫反反饋函數饋函數。 ( (2) ) 用異步用異步置零端或置數端置零端或置數端獲得獲得 N 進制計進制計數器。這時應根據數器。這時應根據 SN 對應的二進制代碼寫對應的二進制代碼寫反反饋函數饋函數。 ( (3) ) 當需要擴大計數器容量時，可將當需要擴大計數器容量時，可將多片集成計數器多片集成計數器進行級聯進行級聯。 時序邏輯電路時序邏輯電路寄存器主要用以存放數碼。寄存器主要用以存放數碼。移位寄存器不但可移位寄存器不但可存放數碼，還能對數碼進行移位操作存放數碼，還能對數碼進行移位操作。移位寄。移位寄存器有單向移位寄存器和雙向移位寄存器。集存器有單向移位寄存器和雙向移位寄存器。集成移位寄存器使用方便、功能全、輸入和輸出成移位寄存器使用方便、功能全、輸入和輸出方式靈活，功能表是其正確使用的依據。移位方式靈活，功能表是其正確使用的依據。移位寄存器常用于實現數