时序逻辑电路概述及分析补充资料.pdf
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1、时序逻辑电路的基本概念 时序逻辑电路的特点、结构及分类 一、时序逻辑电路的特点 时序逻辑电路的特点是: 电路在任一时刻的输出状态, 不仅与当时的输入状 态有关,而且还与电路原来所处的状态有关。因此,在时序逻辑电路中必须具有 能够记忆电路状态的存储电路, 以便把电路原来产生的状态存储起来,并作为产 生新状态的条件。存储电路主要由触发器来完成。此外,在时序逻辑电路中,还 应具有反馈通路,以使由存储电路记忆下来的电路状态能在下一个时刻影响电路 的状态。 二、时序逻辑电路的基本结构框图 时序逻辑电路的基本结构框图如图10.2.1 所示。由图可知,时序逻辑电路在 结构上有两个特点: 由组合逻辑电路和存储
2、电路两部分组成。 输出和输入之间至少有一条反馈路径。即存储电路的输出信号Q(即状态 信号)必须反馈到组合逻辑电路的输入端,并与输入信号X 一起共同决定电路 的输出信号 Z。 图 10.2.1 时序逻辑电路的基本结构框图 在图 10.2.1 中,X (X1, Xi)为时序逻辑电路的输入信号;Z (Z1, Zj) 为时 序逻辑电路的输出信号; D (D1, Dm) 为驱动存储电路转换为下一状态的激励信 号(或称驱动信号);Q (Q1, Qm)为存储电路的状态信号,它表示时序逻辑电路 当前的状态,简称现态。状态信号Q 被反馈到组合逻辑电路的输入端,与输入 信号 X 一起决定时序逻辑电路的输出信号Z,
3、并产生对存储电路的激励信号D, 从而确定下一个状态,即次态。这些信号之间的逻辑关系可表示为 n QXFZ,1 (10.2.1) n QXFD, 2 (10.2.2) nnn QXFQDFQ,33 1 (10.2.3) 其中,式( 10.2.1)是输出方程;式( 10.2.2)是存储电路的驱动方程(或称激励 方程) ;式( 10.2.3)是时序电路的状态方程,Qn是现态, Qn+1是次态,该式表 达了存储电路从现态到次态的转换。 三、时序电路的分类 时序逻辑电路通常分为同步时序逻辑电路(Synchronous Circuit)和异步时 序逻辑电路( Asynchronous Circuit)两大
4、类。 (一)同步时序逻辑电路 在同步时序逻辑电路中, 所有触发器的时钟输入端都接到同一个时钟脉冲信 号源上,因此,所有触发器都接受同一个时钟脉冲的控制,它们的状态(即时序 电路的状态)的变化是同时发生的。 (二)异步时序逻辑电路 在异步时序逻辑电路中, 触发器不受统一的时钟脉冲信号的控制,各触发器 状态的变化不是同时发生的。 10.2.2 时序逻辑电路功能的描述方法 描述一个时序逻辑电路的逻辑功能可以采用逻辑方程式、状态表、状态转换 图、时序图等方法。这些方法从不同角度描述了时序逻辑电路逻辑功能的特点, 它们在本质上是相同的, 可以相互转换,是分析和设计时序逻辑电路的基本工具。 一、逻辑方程式
5、 逻辑方程式包括三组基本方程:输出方程、驱动方程(激励方程)和状态方 程。对于异步时序逻辑电路来说还有时钟方程。用逻辑方程式虽然能对时序逻辑 电路作清楚准确地描述, 但不够直观, 也不能根据这些逻辑方程式来判断时序逻 辑电路的逻辑功能。 此外,在设计时序逻辑电路时, 也很难根据给出的逻辑要求 直接写出电路的逻辑方程式。 逻辑方程式通常是根据给定的时序逻辑电路的逻辑图写出的。 二、状态转换表 状态转换表( State Table )简称状态表 , 是反映时序逻辑电路的输出Z、次态 Q n+1 和电路的输入 X、现态 Q n 之间对应取值关系的表格,如表10.2.1 所示。表 的顶部是输入 X 的
6、组合,表的左边是现态Q n 的组合,表的内部是每一个现态与 输入的组合所导致的次态Qn+1和输出 Z。状态表的读法是:处于现态Qn的时序 逻辑电路,当输入为X 时,该电路的输出为Z,在有效时钟脉冲作用下将进入 次态 Qn+1。 表 10.2.1 时序逻辑电路的状态表 10 nn Q Q 11 10 / nn QQZ X0 X1 0 0 0 1 1 0 1 1 01/0 10/0 11/0 00/1 11/0 00/0 01/0 10/1 状态表可由描述时序逻辑电路的三组基本方程得到,也可由文字描述导出。 应该注意的是: 状态转换是由现态到次态; 输出 Z 虽然写在次态后面, 但却 是现态的函数
7、。 三、状态转换图 状态转换图( State Diagram)简称状态图 , 是反映时序逻辑电路状态转换规 律及相应输入、 输出取值关系的图形。 将表 10.2.1转换为如图 10.2.2所示的状态 图, 可以更直观形象地表示出电路状态的转换过程,更容易分析电路的逻辑功能。 在状态图中: 圆圈及圈内的字母或数字表示电路的各个状态。连线和箭 头表示状态转换的方向(由现态到次态) ,当箭头的起点和终点都在同一个圆圈 上时,则表示状态不变。 标在连线上下左右的数字表示状态转换前输入信号的 取值和输出值,用“ /”分隔;通常将输入信号X 的取值写在“ /”前,输出值 Z 写在“ /”后,它表明:在该输
8、入取值作用下,将产生相应的输出值,同时,在 有效时钟脉冲作用下电路将发生如箭头所指的状态转换。 四、时序图 时序图就是时序逻辑电路的工作波形图。它能直观地描述时序逻辑电路的时 钟信号 CP、输入信号 X、电路的状态 Q 及输出信号 Z 在时间上的对应关系。设 有效时钟脉冲为下降沿,由状态图10.2.可得到如图 10.2.所示的时序图。 图 10.2.2 时序逻辑电路的状态图图 10.2.3 时序逻辑电路的时序图 10.3 时序逻辑电路的分析与设计 10.3.1 时序逻辑电路的分析 一、分析时序逻辑电路的目的 分析时序逻辑电路的目的是: 根据给定的时序逻辑电路, 得出它所实现的逻 辑功能。具体地
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- 时序 逻辑电路 概述 分析 补充 资料
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