数字电路与逻辑设计课件：时序逻辑电路.pptx

时序逻辑电路;5.1时序逻辑电路概述;图5-1-1时序逻辑电路的结构框图;在图5-1-1时序逻辑电路的结构框图中，X（x1,x2,…,xn）为外部输入信号；Q（q1,q2,…,qj）为存储电路的状态输出，也是组合逻辑电路的内部输入；Z（z１,z2,…,zm）为外部输出信号；Y（y1,y2,…,yk）为存储电路的激励信号，也是组合逻辑电路的内部输出。触发器是时序逻辑电路的核心部分，触发器的输出状态Q与外部输入信号X通过组合逻辑电路共同决定外部输出Z和触发器的输入Y；在时钟信号Clk的控制下，Y决定了触发器的状态变化。;对于存储电路中的触发器，每一位输出qi(i=1,2,…，j)称为一个状态变量，j个状态变量可以组成2j个不同的状态，触发器状态变量的不同取值反映了时序电路对于输入变量的记忆情况，即不同的状态代表不同的输入变量的历史。

在时序逻辑电路中，为了表示电路的时间关系，时刻t的外输出用Zn表示，该时刻的外部输入用Xn表示，触发器的当前状态用Qn表示（也称现态）。而t+1时刻的状态称为下一状态（也称为次态）用Qn+1表示。为了书写方便，常略去符号右上角的n,时序逻辑电路的四组信号之间的逻辑关系可用以下三个方程组来描述：;?;;从以上关系式不难看出：时序逻辑电路某时刻的输出Zn决定于该时刻的外部输入Xn和内部状态Qn；而时序逻辑电路的下一状态Qn+1同样决定于Xn和Qn。时序逻辑电路的工作过程实质上就是在不同的输入条件下，内部状态不断更新的过程。以上三个方程人们习惯写成如下形式：;5.1.2时序逻辑电路的分类;图5-1-2同步时序电路;图5-1-3异步十进制计数器电路;时序电路按输出信号的特点又可以分为米里（Mealy）型和摩尔(Moore)型时序电路两种。

Mealy型时序电路的输出函数为Z=F(X，Q)，即某时刻的输出决定于该时刻的外部输入X和内部状态Q，如图5-1-2所示的电路就是米里型同步时序电路，其输出中包含外部输入X。

Moore型时序电路的输出只取决当前的状态Q，而与外部输入X无关，其输出函数表示为Z=F(Q)，输出函数中不包含外部输入X。如果某时序电路没有外部输入或外部输出，则为Moore型时序电路。如图5-1-3所示的电路就是摩??型异步时序电路，其输出，该电路没有外部输入。;时序电路的类型不同，分析与设计的方法会有所不同。对于同步时序电路的分析和设计主要用三个方程组（即输出方程、激励方程和状态方程）、状态转移表、状态图或时序波形图来描述。这些描述方法的具体运用将在分析和设计的举例中详细讨论。;5.2同步时序逻辑电路的分析方法;①根据时序逻辑电路图中的组合逻辑部分，求出输出方程和各触发器的输入（激励）方程。

②根据已求出的触发器的输入方程和所用触发器的特征方程，获得时序电路的状态方程。

③根据时序电路的状态方程和输出方程，建立状态转移表，进而可以画出状态图和时序波形图。

④描述电路的逻辑功能。;同步时序电路的分析步骤流程图如图5-2-1所示。;5.2.2同步时序逻辑电路分析举例;解：

①写出输出方程和触发器的输入方程

输出方程：

JK触发器FF0输入方程：

JK触发器FF1输入方程：

JK触发器FF2输入方程：;可得触发器的状态方程分别为

FF0的状态方程：

FF1的状态方程：

FF2的状态方程：;表5-2-1例5-2-1时序电路状态表;由于该电路是Moore型时序电路，输出只与现在的状态有关，图中每个圆圈内标注表示现态和相应的输出值，箭头指向为时钟Clk到来后的下一个状态及其输出，根据状态方程和输出方程或状态表可直接画出状态图如图5-2-3所示。从图中标注Q2Q1Q0/Z可以看出，Moore型时序电路在已知当前状态时即可确定输出Z，因此输出放在表示状态的圆圈内。;④画波形图。

例5-2-1的完整时序波形图如图5-2-4所示。设第1个时钟Clk下降沿到来前Q2Q1Q0的初始状态为000，从表5-2-1状态表中查出，第1个时钟Clk的下降沿到来后的状态将变为，因此在画波形时应在第1个时钟Clk下降沿到来后使Q2Q1Q0的波形为001；这样第2个时钟Clk下降沿到来前Q2Q1Q0的现态就为001，其次态，第2个时钟Clk下降沿到来后Q2Q1Q0的波形就为010。以此类推，即可以画出Q2Q1Q0的整体波形。

外部输出Z=Q2Q1Q0，按照Q2Q1Q0的波形就可以画出Z的波形。注意，输出表达式