[工学]数字电路 第五章2.ppt

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[工学]数字电路 第五章2

第五章 时序逻辑电路 本章主要内容 时序逻辑电路的分析 时序逻辑电路的设计 中规模集成器件的应用 组合电路和时序电路 时序电路的描述方法 代数法--用逻辑表达式描述 图表法描述 状态表 状态图 时序电路的分类 同步时序电路--由统一时钟推动状态变 化,状态变化在时钟脉冲特定时刻进行 米里Mealy型 摩尔Moore型 异步时序电路--没有时钟;或有时钟, 但状态变化不和时钟同步(状态变化的 时间不一致) Mealy型和Moore型 同步时序电路的分析 分析的思路 时序电路=组合电路+存储电路 例1:分析图示同步时序电路 (P138) 1) 输出逻辑表达式 Z=XQ2Q1 状态表 4) 画状态图 5) 分析电路功能 分析状态图或者状态表,可以看出:当X=0时,电路状态维持不变;当X=1时,随着CP的作用,电路状态按照00—01—10—11—00的规律变化,并在11—00变化时输出一个进位脉冲。 所以此电路是一个可控(有使能端)的模四加法计数器。 时序电路分析的一般步骤 1)分析电路,确定输出方程、激励方程; 2)写出(存储)电路的状态方程 3)列状态转换真值表和状态表 4)画出状态图(必要时画波形) 6)分析电路功能 例2:分析图示同步时序电路(P139) 分析电路,得到输出方程和状态方程 状态表 电路功能分析 输入X为0,电路状态Q转换为1; 输入X为1,电路状态Q转换为0; 只有状态1转换为0时,电路输出0; 01序列检测(如初始态为1,可能有一个误动作) 例3:P140 同步时序电路的设计 分析的逆过程 逻辑功能?电路 设计过程 牵涉到状态化简,状态分配,触发器选型等 设计过程较复杂,本章仅讨论基本内容 同步时序电路设计的一般步骤 基本指导思想:用尽可能少的触发器和门电路来完成设计 问题?电路的功能描述 (拟定原始状态图或状态表) 状态简化 使状态数最少 状态分配 (确定触发器数目、状态分配方案) 触发器选型 常用JKFF、DFF 求输出函数和激励函数表达式,画电路图 建立原始状态图和状态表 拟定01序列检测器的状态图和状态表,实现连续检测功能: 例:输输 状态图和状态表 拟定1001序列检测器的状态图和状态表,实现: 1.连续检测功能(可重叠) 2.分段检测功能 3.连续检测 (不可重叠) 连续检测(可重叠) 分段检测 连续检测(不可重叠) 下图为一个铁路和公路交叉路口的交通控制器。 状态化简 等价状态 两个(或多个)状态在相同输入条件下,输出相同,且次态等价,则称这两个(或多个)状态为等价状态。 等价状态必须满足: 1.输出相同 2.次态等价: a.次态相同 b.次态交错 c.次态循环(次态互为隐含条件) 等价关系具有传递性(A,B),(A,C)?(B,C) 隐含表法简化状态 略 状态分配和触发器选型 状态分配:给状态表中的每一个状态指定一个二进制代码,形成二进制状态表。 方案不一样,所得到的输出函数和激励函数的表达式也不同,由此而设计出来的电路复杂度也不同。 决定编码的长度 寻找一种最佳的或接近最佳的状态分配方案 *目前没有确定的最佳分配规则,一般只进行二进制码的分配(相邻原则) 触发器选型:通常选用JKFF或DFF 确定激励函数和画出电路图 通常通过激励表结合状态转换真值表来确定。 例:设计实现下图所示状态表的电路。(P134) 采用JK触发器,则激励表为 用卡诺图化简得 采用D触发器 用卡诺图化简得: 常用中规模(时序)集成电路 寄存器 锁存器 移位寄存器 计数器 寄存器(REGISTER) 寄存器分类 集成寄存器74xx175(并入并出) 三态输出的寄存器74xx173 4位单向移位寄存器74xx195 4位双向移位寄存器74xx194 寄存器的应用 锁存器(Latch) 无时钟 使能信号有效时,输出随输入变化 使能信号结束时,对应数据被锁定 可寻址锁存器74xx259 锁存器应用 寄存器、锁存器以及数据缓冲器 寄存器和锁存器:存储二进制数据 寄存器:时钟驱动; 锁存器:控制信号控制 锁存器和数据缓冲器:锁存器不锁存时,和数据缓冲器一样,输出随输入变化; 锁存器可以锁存数据;数据缓冲器不行; 记数器Counter 统计输入脉冲的个数 模:所能统计的输入脉冲的最大值 应用最广泛的时序电路 分类: 按工作方式:同步、异步 按进制:二进制、十进制、任意进制 按逻辑功能:加、减、可逆 按控制:同步预置、异步预置 同步记数器 四位同步二进制记数器74xx161/163 功能分析 复位 161是异步复位(和CP信号不同步) 163是同步复位(和CP信号同步) 置数 同步置数 进位输出信号 在记

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