② 电子科学与应用物理学院 第六章时序逻辑电路 6.1概述 6.2时序逻辑电路的分析方法 6.3若干常用的时序逻辑电路 6.4时序逻辑电路的设计方法 6.5时序逻辑电路中的竞争-冒险现象 合肥工璧大举 电子科学与应用物理学院 内容介绍 本章主要介绍时序逻辑电路的工作原理和 分析方法及设计方法。 首先讲述时序逻辑电路的逻辑功能、电 路结构特点、分析方法和步骤，然后具体介 绍寄存器、计数器等各类时序逻辑电路的工 作原理和使用方法，最后介绍时序逻辑电路 的设计方法。 本章重点是计数器的分析和设计。 合肥工营大坚 2 1
1 1 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 第六章 时序逻辑电路 6.1 概述 6.2 时序逻辑电路的分析方法 6.3 若干常用的时序逻辑电路 6.4 时序逻辑电路的设计方法 6.5 时序逻辑电路中的竞争-冒险现象 2 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 内容介绍 本章主要介绍时序逻辑电路的工作原理和 分析方法及设计方法。 首先讲述时序逻辑电路的逻辑功能、电 路结构特点、分析方法和步骤，然后具体介 绍寄存器、计数器等各类时序逻辑电路的工 作原理和使用方法，最后介绍时序逻辑电路 的设计方法。 本章重点是计数器的分析和设计
电子科学与应用物理学院 6.1概述 一、 时序逻辑电路：在任意时刻的输出信号不仅取决于当时的 输入信号，而且还取决于电路原来的状态。 二、 时序逻辑电路的构成及结构特点： 组合逻辑电路 时序逻辑电路 的构成可用图 6.1.1所示框 图表示 91 存储电路 图6.1.1 q 电子科学与应用物理学院 6.1概述 输入信号 输出信号 特点： 组合逻辑电路 存储电路 存储电路 的输出 的输入 91 存储电路 图6.1.1 1.时序逻辑电路包含组合逻辑电路和存储电路两个部分； 2.存储电路的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入 信号一起，共同决定组合逻辑电路的输出。 合肥工营大举 2
2 3 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 6.1 概述 一、时序逻辑电路： 二、时序逻辑电路的构成及结构特点： 在任意时刻的输出信号不仅取决于当时的 输入信号，而且还取决于电路原来的状态。 时序逻辑电路 的构成可用图 6.1.1所示框 图表示 图6.1.1 4 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 6.1 概述 特点： 1.时序逻辑电路包含组合逻辑电路和存储电路两个部分； 图6.1.1 2.存储电路的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入 信号一起，共同决定组合逻辑电路的输出。 输入信号 输出信号 存储电路 存储电路 的输入 的输出
② 电子科学与应用物理学院 输出方程 1 组合逻辑电路 191 存储电路 图6.1.1 可以用三个方程组来描述 4=f(x1,x2,…,x,41,92,…,9) ① =输出方程Y=F(X,Q) y1=f(x,x2,…,x,91,92,…,91） 5 合肥工营大举 ② 电子科学与应用物理学院 驱动方程（激励方程） 组合逻辑电路 存储电路 图6.1.1 9 31=g1(x1,x2,…,x,41,92,…,41） ② →驱动方程Y=F(X,Q) 2k=81(x1,x2,…,x,91,92,…,91) 6 仑肥工营大举 3
3 5 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 输出方程 可以用三个方程组来描述 图6.1.1 6 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 驱动方程(激励方程) 图6.1.1
② 电子科学与应用物理学院 状态方程 组合逻辑电路 91 存储电路 图6.1.1 「9*=h(3,22,…,2,9,92,…,9） ③： →状态方程Q*=H(Z,Q) 91=h,(31,222…,2,91,92,…,91） 合肥工营大草 电子科学与气应用物理学院 实例：串行加法器电路 例6.1串行加法器电路如图6.1.2所示， 写出其输出方程、驱动方程和状态方程 解：其输出方程为S=a,⊕b,⊕C1 CH CI cO =a⊕b.⊕Q ID 驱动方程为 D=C=ab,+C.,(a,⊕b) CLK ci =ab,+Q(a,⊕b) 图6.1.2 状态方程为 Q=D=ab+Q(a⊕b) 合肥工营大坚 4
4 7 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 状态方程 图6.1.1 8 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 实例：串行加法器电路 例6.1 串行加法器电路如图6.1.2所示， 写出其输出方程、驱动方程和状态方程 图6.1.2 解：其输出方程为 驱动方程为 状态方程为
电子科学与应用物理学院 三、时序电路的分类(1) 根据触发器动作特点可分为同步时序逻辑电 路和异步时序逻辑电路。 在同步时序逻辑电路中，存储电路中所有触 发器的时钟使用统一的CLK,状态变化发生在 同一时刻，即触发器在时钟脉冲的作用下同时 翻转。 在异步时序逻辑电路中，触发器的翻转不是 同时的，没有统一的CLK,触发器状态的变化 有先有后。 合肥工营大举 9 电子科学与应用物理学院 三、时序电路的分类(2) 根据输出信号的特点时序逻辑电路可分为米利 (Mealy)型和穆尔(Moore)型。 在米利型时序逻辑电路中，输出信号不仅取决于 存储电路的状态，而且还取决于输入变量。 在穆尔型时序逻辑电路中，输出信号仅仅取决 于存储电路的状态，故穆尔型电路只是米利型电路 的特例而已。 10 合肥工营大坚 5
5 9 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 三、时序电路的分类(1) 根据触发器动作特点可分为同步时序逻辑电 路和异步时序逻辑电路。 在同步时序逻辑电路中，存储电路中所有触 发器的时钟使用统一的CLK，状态变化发生在 同一时刻，即触发器在时钟脉冲的作用下同时 翻转。 在异步时序逻辑电路中，触发器的翻转不是 同时的，没有统一的CLK，触发器状态的变化 有先有后。 10 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 三、时序电路的分类(2) 根据输出信号的特点时序逻辑电路可分为米利 （Mealy）型和穆尔（Moore）型。 在穆尔型时序逻辑电路中，输出信号仅仅取决 于存储电路的状态，故穆尔型电路只是米利型电路 的特例而已。 在米利型时序逻辑电路中，输出信号不仅取决于 存储电路的状态，而且还取决于输入变量
电子科学与应用物理学院 第六章时序逻辑电路 6.1概述 6.2时序逻辑电路的分析方法 6.3若干常用的时序逻辑电路 6.4时序逻辑电路的设计方法 6.5时序逻辑电路中的竞争-冒险现象 合肥工璧大举 电子科学与应用物理学院 6.2时序逻辑电路的分析方法 6.2.1同步时序逻辑电路的分析方法 时序逻辑电路的分析：就是给定时序电路，找出该的 逻辑功能，即找出在输入和CLK作用下，电路的次态 和输出。 由于同步时序逻辑电路是在同一时钟作用下，故分析 比较简单些，只要写出电路的驱动方程、输出方程和 状态方程，根据状态方程得到电路的状态表或状态转 换图，就可以得出电路的逻辑功能。 合肥工楚大举 1
1 1 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 第六章 时序逻辑电路 6.1 概述 6.2 时序逻辑电路的分析方法 6.3 若干常用的时序逻辑电路 6.4 时序逻辑电路的设计方法 6.5 时序逻辑电路中的竞争-冒险现象 2 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 6.2 时序逻辑电路的分析方法 6.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法 时序逻辑电路的分析：就是给定时序电路，找出该的 逻辑功能，即找出在输入和CLK作用下，电路的次态 和输出。 由于同步时序逻辑电路是在同一时钟作用下，故分析 比较简单些，只要写出电路的驱动方程、输出方程和 状态方程，根据状态方程得到电路的状态表或状态转 换图，就可以得出电路的逻辑功能
电子科学与应用物理学院 同步时序逻辑电路的分析步骤 1. 从给定的逻辑电路图中写出每个触发器的驱动方程（也 就是存储电路中每个触发器输入信号的逻辑函数式)； 2. 把得到的驱动方程代入相应触发器的特性方程中，就可 以得到每个触发器的状态方程，由这些状态方程得到整 个时序逻辑电路的方程组； 3. 根据逻辑图写出电路的输出方程； 4. 写出整个电路的状态转换表、状态转换图和时序图； 5. 由状态转换表或状态转换图得出电路的逻辑功能。 合肥工营大举 电子科学与应用物理学院 例6.2.1试分析图6.2.1所示的时序逻辑电路的逻辑功 能，写出它的驱动方程、状态方程和输出方程，写出 电路的状态转换表，画出状态转换图和时序图。 1K7 FF FF2 FF CLK- 图6.2.1 解：(1)驱动方程： 「J1=(Q2, K1=1 J2=, K2=) J3=002, K3=02 合肥工营大坚 2
2 3 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 同步时序逻辑电路的分析步骤 1. 从给定的逻辑电路图中写出每个触发器的驱动方程（也 就是存储电路中每个触发器输入信号的逻辑函数式）； 2. 把得到的驱动方程代入相应触发器的特性方程中，就可 以得到每个触发器的状态方程，由这些状态方程得到整 个时序逻辑电路的方程组； 3. 根据逻辑图写出电路的输出方程； 4. 写出整个电路的状态转换表、状态转换图和时序图； 5. 由状态转换表或状态转换图得出电路的逻辑功能。 4 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 例6.2.1 试分析图6.2.1所示的时序逻辑电路的逻辑功 能，写出它的驱动方程、状态方程和输出方程，写出 电路的状态转换表，画出状态转换图和时序图。 解：(1) 驱动方程：
电子科学与应用物理学院 (2)状态方程： JK触发器的特性方程 2'=Jg'+K'9 将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得出电路的状态方程 「J=(02), K1=1 9*=(QQ)'21 J,=0,K2=(0') 02*=Q,g5+Q0Q2 J3=002, K,=Q2 Q,*=Q02Q5+Q03 (3)输出方程： Y=0203 5 合肥工璧大举 电子科学与气应用物理学院 6.2.2时序逻辑电路的状态转换表、 状态转换图、状态机流程图和时序图 从例题可以看出，逻辑电路的三个方程应该说已经清楚 描述一个电路的逻辑功能，但却不能确定电路具体用途， 因此需要在时钟信号作用下将电路所有的的状态转换全部 列出来，则电路的功能一目了然。 描述时序逻辑电路所有状态的方法有状态转换表（状 态转换真值表)、状态转换图、状态机流程图和时序图。 下面结合上面的例题介绍这几种方法。 合肥工营大坚 3
3 5 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics （2) 状态方程： JK触发器的特性方程 将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得出电路的状态方程 (3)输出方程： 6 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 6.2.2 时序逻辑电路的状态转换表、 状态转换图、状态机流程图和时序图 从例题可以看出，逻辑电路的三个方程应该说已经清楚 描述一个电路的逻辑功能，但却不能确定电路具体用途， 因此需要在时钟信号作用下将电路所有的的状态转换全部 列出来，则电路的功能一目了然。 描述时序逻辑电路所有状态的方法有状态转换表（状 态转换真值表）、状态转换图、状态机流程图和时序图。 下面结合上面的例题介绍这几种方法
电子科学与应用物理学院 一、状态转换表 根据状态方程将所有的输入变量和电路初态的取值，带入 电路的状态方程和输出方程，得到电路次态（新态）的输出值， 列成表即为状态转换表。 CI 1K7 FF, FF CLK 图6.2.1 此电路没有输入变量，属于穆尔型的时序逻辑电路，输出端 的状态只决定于电路的初态。 合肥工营大举 电子科学与应用物理学院 、 状态转换表 设初态Q3Q2Q1=000,由状态方程可得： 「2，*=(Q223·Q1 cLk 2,0 2 o,o Y 0 000 001 0 02*=Q03+0002 1 001 01 0 0 010 011 23*=222Q3+2203 011 100 100 1 0 1 101 11 0 110 00 0 国 由状态转换表可知，为七进制加法计数器，Y为进位脉 冲的输出端。 合肥工营大举 4
4 7 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 此电路没有输入变量，属于穆尔型的时序逻辑电路，输出端 的状态只决定于电路的初态。 一、状态转换表 根据状态方程将所有的输入变量和电路初态的取值，带入 电路的状态方程和输出方程，得到电路次态（新态)的输出值， 列成表即为状态转换表 。 8 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 由状态转换表可知，为七进制加法计数器，Y为进位脉 冲的输出端。 设初态Q3Q2Q1=000，由状态方程可得： 一、状态转换表
电子科学与应用物理学院 二、状态转换图 将状态转换表以图形的方式直 CLK 2 Y 观表示出来，即为状态转换图。 0 0000 001 由状态转换表可得状态转换图 2 010 3 01 如图6.2.2所示 1 0 4 1 0 0 0 5 1 01 0 6 10 000 /0 001 010 11 1 11 100 图6.2.2 合肥工营大举 电子科学与应用物理学院 三、时序图 CLK 在时钟脉冲序列 0 的作用下，电路 的状态、输出状 态随时间变化的 o,l 波形叫做时序图。 由状态转换表或 7分频 1 23 4 状态转换图可得 图6.2.3所示 10 合肥工营大坚 5
5 9 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 二、状态转换图 由状态转换表可得状态转换图 如图6.2.2所示 将状态转换表以图形的方式直 观表示出来，即为状态转换图。 10 电子科学与应用物理学院 School of Electronic Science & Applied Physics 三、时序图 在时钟脉冲序列 的作用下，电路 的状态、输出状 态随时间变化的 波形叫做时序图。 由状态转换表或 状态转换图可得 图6.2.3所示 7分频 1234 567