数字电路 时序逻辑电路

第六章 时序逻辑电路

6.1 概述

6.1.1 时序逻辑电路的特点

功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来的状态有关。（这里是考虑到延迟了的）

电路结构上

①包含存储电路和组合电路，存储电路必不可少

②存储电路输出状态必须反馈到组合电路输入端，和输入变量共同决定输出

在该图中，加法器逐位输入，结果也逐位输出。进位状态反馈到输入端，与输入变量共同决定输出。

6.1.2 时序电路的一般结构形式与功能描述方法

可用三个方程组来描述：

1、输出方程（输出和输入的关系）

2、驱动（激励）方程（存储电路的输入）

3、状态方程（存储电路输出和输入、现态的关系）

q：现态； q*：次态

6.1.3 时序电路的分类

1. 同步时序电路与异步时序电路

同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的clk,状态变化发生在同一时刻

异步：没有统一的clk, 触发器状态的变化有先有后

2. 米利（Mealy）型和穆尔（Moore）型

X是输入，Q是存储电路的输出

6.2 时序电路的分析方法

6.2.1 同步时序电路的分析方法

分析：找出给定时序电路的逻辑功能，即找出在输入和CLK作用下，电路的次态和输出。

一般步骤：

①从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程（输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程。

②将驱动方程代入触发器的特性方程，得到状态方程。

③从给定电路写出输出方程。

例：

6.2.2 时序电路的状态转换表、状态转换图和时序图

一、状态转换表

已知初始状态，就可以通过初始状态的次态明白CLK=1时的状态和Y的状态。故以此递推，直到再回到初始状态为止。

二、状态转换图

根据观察，此为七进制计数器。Y是进位脉冲。

自启动判断：任意给定一个初始状态,都能进入到主循环中去。即每个状态都必须与主循环的某个状态相联系

三、时序图

例6.2.3

1.驱动方程：

2.状态方程：

特性方程： Q*=D

3.输出方程：

4.状态转换表、状态转换图

因此可知，此为可控四进制计数器：当A=0时为加法计数器，A=1时为减法计数器

5.时序图

6.3 若干常用的时序逻辑电路

6.3.1 寄存器和移位寄存器

一、寄存器

①用于寄存一组二值代码，N位寄存器由N个触发器组成，可存放一组N位二值代码。

②只要求其中每个触发器可置1，置0。触发方式无要求。

二、移位寄存器

具有存储 + 移位功能

存储的代码可在移位脉动作用下左移或右移

比如：需要移位时，就打开开关，需要右移几位就打开多久的开关。

左移时，是从右向左传递数据；右移时，是从左向右传递数据。

6.3.2 计数器

用于计数、分频、定时、产生节拍脉冲等

分类：

• 按时钟分，同步、异步
• 按计数过程中数字增减分，加、减和可逆
• 按计数器中的数字编码分，二进制、二-十进制和循环码…
• 按计数容量分，十进制，六十进制…

一、同步计数器

1.同步二进制计数器

①同步二进制加法计数器

原理：根据二进制加法运算规则可知：在多位二进制数末位加1，若第i位以下皆为1时，则第i位应翻转。

末尾是必须反转的

C在这里是一个进位输出。

可见，从$Q_0$到$Q_3$的周期都加倍了,~~我愿称之为超级加倍！~~频率以此减半，因此有分频功能，这种计数器也可称为分频器。

74161为集成了该功能的同步十六进制计数器

②同步二进制减法计数器

原理：根据二进制减法运算规则可知：在多位二进制数末位减1，若第i位以下皆为0时，则第i位应翻转。

可以与加法计数器进行类比

③同步加减计数器

a.单时钟方式

b.双时钟方式

加法、减法计数脉冲来自两个不同的脉冲源，时间上应错开

2. 同步十进制计数器

①加法计数器

基本原理：在四位二进制计数器基础上修改，当计到1001（9）时，则下一个CLK电路状态回到0000（0） （而不是1010）

设计思路即根据真值表，求出表达式即可。

器件实例：74160

②减法计数器

基本原理： 对二进制减法计数器进行修改，在0000时减“1”后跳变为1001，然后按二进制减法计数就行了。

~~就是同理可得嘛～