第十二章 时序逻辑电路 本章要求： 理解时序电路的一般组成特点 .DOC

第十二章 时序逻辑电路 本章要求： 理解时序电路的一般组成特点； 熟悉和掌握描述时序电路逻辑功能的方法，会按步骤分析时序电路； 熟悉计数器、寄存器的电路组成和工作特点。 12.1 时序逻辑电路概述 12.1.1 时序逻辑电路的基本特征 1．时序电路的特点 （1）组成：一般由组合电路和存储电路（反馈电路）两部分组成。存储电路可以由触发器构成，也可以由其它记忆器件构成。 （2）结构框图：如图12-1所示。图中，X1～Xi代表时序电路输入信号，Y1～Yj代 表时序电路输出信号，W1～Wm代表存储电路输入信号，Q1～Qn代表存储电路输出信号，X1～Xi和Q1～Qn共同决定时序电路输出状态Y1～Yj。 （3）特点 ①从结构上看：第一，包含组合电路和存储电路两部分。由于它要记忆以前的输入和输出信号，所以存储电路必不可少。第二，组合电路至少由一个输出反馈到存储电路的输入端，存储电路的输出至少有一个作为组合电路的输入，与其它输入信号共同决定时序电路的输出。 ②从功能上看：由于时序电路中含有存储电路，具有记忆功能，因此电路在任一时刻的稳定输出不仅取决于该时刻的输入，而且还与电路原来的状态有关。 2．时序电路逻辑功能的表示方法 常用的表示方法有：逻辑方程式、状态表、状态图、时序图 12.1.2 时序逻辑电路的种类 可分为同步时序电路和异步时序电路 2．时序电路逻辑功能的表示方法 常用的表示方法有：逻辑方程式、状态表、状态图、时序图 1）逻辑方程式：表示时序电路各组成部分之间关系的代数表达式。包括时钟方程、驱动方程、输出方程、状态方程。 时钟方程：触发器的时钟信号表达式，反映各触发器CP脉冲的逻辑关系。 驱动方程：各触发器输入端的逻辑表达式。它反映了触发器输入端变量与时序电路的输入信号和电路状态之间的关系。一般有n个触发器就有n个驱动方程。 输出方程：时序电路的输出逻辑表达式，反映了时序电路的输出端变量与输入信号和电路状态之间的逻辑关系。它通常为现态的函数。 状态方程：将驱动方程代入相应触发器的特征方程中即可求得状态方程。它反映时序电路的次态与输入信号和现态之间的逻辑关系。因此状态方程又称次态方程。 （2）状态表：它是反映时序电路输出Y、次态Qn+1和输入信号X、现态Qn之间对应取值关系的表格。将电路输入信号和触发器现态的所有取值组合代入相应的状态方程和输出方程中进行计算，求出次态和输出，列表即可。 （3）状态图:是反映时序电路状态转换规律及相应输入、输出取值情况的几何图形。它以图形的方式表示时序电路状态的转换规律，是电路由现态转换到次态的示意图。 （4）时序图：即工作波形图。它反映输入信号、电路状态和输出信号等的取值在时间上的对应关系。 12.1.2 时序逻辑电路的种类 时序电路按触发信号（CP脉冲）输入方式的不同，即电路状态转换情况的不同，可分为同步时序电路和异步时序电路两大类。 1．同步时序电路：对于同步时序电路来说，存储电路中所有存储单元（各触发器）状态的变化受同一时钟脉冲控制。即所有触发器的时钟输入端CP都连在一起，在同一时钟脉冲CP作用下，凡是具备翻转条件的触发器在同一时刻状态翻转。也就是说，触发器状态的更新和时钟脉冲CP是同步的。正因为如此，在分析同步时序电路时，往往可以不考虑时钟条件，即不用写出时钟方程。 2．异步时序电路：各触发器状态的变化不受同一时钟脉冲控制。时钟脉冲只触发部分触发器，其余触发器则是由电路内部信号触发的。因此，凡具备翻转条件的触发器状态的翻转有先有后，并不都和时钟脉冲CP同步。也正因为如此，在分析异步时序电路时，必须要写出各个触发器的时钟方程，这是绝对不能省略的。 12.1.3 时序逻辑电路的分析方法 1．时序电路分析的基本步骤 （1）分析时序逻辑电路组成：确定输入和输出，区分其两个组成部分，确定是同步还是异步时序电路。 （2）写相关方程式：根据给定的逻辑电路图，写出存储电路的驱动方程和时序电路的输出方程，若为异步电路还需要写出时钟方程。 （3）求各个触发器的状态方程：把驱动方程代入相应触发器的特性方程中，即可求得状态方程。也就是各个触发器的次态方程。 （4）列状态转换真值表（状态表）：首先列出输入信号和存储电路现态的所有可能取值组合，然后代入状态方程和输出方程中进行计算，但需注意有效的时钟条件，如果不满足条件，触发器状态保持不变。也就是说，只有触发器的时钟条件满足后，才需要代入状态方程和输出方程中进行计算求次态和输出。 （5）画状态图或时序图：根据状态表可画出电路由现态转换到次态的示