第3章数字电子技术
3.6时序逻辑电路
本章的重点：
1．时序逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点，以及逻辑功能的描述方法；
2．同步时序逻辑电路的分析方法和设计方法；
3．常用的中规模集成时序逻辑电路器件的应用。
3.6.1基本概念
一、定义：
任一时刻电路的稳定输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与以前的输入有关。
二．结构上的特点：
1.必须包含存储器，通常还包含组合电路；
2.存储器的输出状态必须反馈到组合电路的输入端。
图1时序电路的框图
原状态:；新状态：
三、描述其逻辑功能的方程组
（1）输出方程：
简写为：
（2）驱动方程：
简写为：
（3）状态方程：
简写为：
3.6.2时序逻辑电路的分析步骤和方法
一．时序电路的状态转换过程的表示方法
时序电路的状态转换过程可以用状态方程、状态图、状态表、时序图、状态流程图等方法来表示，这几种表示方法是等价的，并且可以相互转换。
1.状态方程：表明时序电路中触发器状态转换条件的代数表示方式。
例如：有两个触发器F1、F2，其中F2的状态方程为
则表明当X=1、Q1=0或X=0、Q2Q1=11时，F2的次态Q2n+1=1
因此状态方程是说明使次态为1时外输入和内部状态的条件。它在形式上与触发器的特征方程相似，所不同的是根据外部输入变量和电路中各触发器的现态值来确定次态条件。
2.状态图：反映时序电路转移规律以及相应输入、输出情况的图形称为状态图或状态转移图。
状态图中每个圆圈表示一个状态，带箭头的弧线表示状态转移方向、转移线旁标注出转移的外输入条件和当前的外输出情况。
图2状态图
3.状态表－反映时序电路中外输出及各个触发器次态Qn+1与外部输入信号、现态Qn之间逻辑关系的表格，也称状态转移表。
表1状态转换表
0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0
4.时序图——是反映时序电路的输出Y和内部状态Q随时钟和输入信号变化的工作波形。
图3时序图
二．时序电路的分类
1．按电路中触发器的动作特点可分为：
（1）同步时序逻辑电路：电路中所有触发器状态的变化都在同一时钟信号的同一边沿发生。
（2）异步时序逻辑电路：不满足同步时序逻辑电路的条件。不在同一时钟边沿翻转；没有时钟信号。
2．按输出信号的特点分为：
米利型：输出信号与电路的状态和输入变量都有关。
穆尔型：输出信号只取决于电路的状态。（电路可能没有输入信号）。
三．时序逻辑电路的分析步骤和方法
（一）时序电路的分析方法
根据给定的逻辑电路图，通过分析，找到电路输出状态Q的变化规律以及外部输出的规律。由于时序逻辑电路有同步和异步之分，因此，其分析也可分为同步电路分析和异步电路分析。
（二）同步时序电路的分析步骤
1．写各触发器的驱动函数（输入端的表达式，如T、J、K、D）。
写电路的输出函数（组合电路的输出）。
写触发器的状态方程（特性方程）。
2．作状态转换表（描述输入与状态转换关系的表格）及状态转换图。
3．作时序波形图（画出时钟脉冲作用下的输入、输出波形图）
4．得到电路的逻辑功能。
【例1】：分析图4所示的同步逻辑电路。
图4例1的电路图
解：（1）写出各逻辑方程：
输出方程：，，
驱动方程：,,
(2)将驱动方程代入相应的D触发器的特征方程，求得各D触发器的次态方程
(3)列出状态表、画出状态图和时序图。这里要注意的是：，且没有输入信号。
根据状态表（表1）可画出状态图，如图5所示。由图可知：001、101、100、这三个状态形成了闭合回路，为有效状态，其它5个状态为无效状态。
表1例1的状态表
0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 设电路初态,根据状态图或状态表，可画出在CP脉冲作用下该电路的时序图。如图6所示。
图5状态图
图6时序图
|
|
