[工学]数字电路与系统设计课件3.ppt

第3章 时序逻辑基础与常用器件;3.1 时序逻辑基础;图 3 - 1 时序逻辑电路模型; 时序逻辑电路中可用的存储器件种类很多，可以是延迟元件， 也可以是触发器，其中以集成触发器的使用最为广泛。  与组合逻辑电路相比， 时序逻辑电路具有以下两个特点： ① 结构上存在输出到输入的反馈通道，且有存储器件；  ② 因为有存储器件， 所以电路具有记忆功能。  如果仅就输入输出关系来看，也可以说时序逻辑电路具有一个特点，即电路在任何时刻的输出不仅和该时刻的输入有关， 而且和过去的输入也有关系。 ;3.1.2 时序逻辑电路的描述方法;次态方程组; 例如，某时序逻辑电路的上述三个方程组(k=1,m=2,r=2,y=2)分别为：  输出方程组;次态方程组; 2. 状态图描述法 状态图(State Diagram)是时序逻辑电路状态转换图的简称， 它能够直观地描述时序逻辑电路的状态转换关系和输入输出关系， 是分析和设计时序逻辑电路的一个重要工具。在状态图中，电路的状态用状态名符号外加圆圈(称为状态圈)来表示，状态转换的方向用箭头来表示，箭头旁以X/Z的形式标出转换的输入条件X和相应的电路输出Z，如图3 - 2所示。该图读法如下：当电路在时刻tn处于现态Si而输入为X时，电路输出为Z；在时刻tn+1，电路将转换到次态Sj。 ;图 3 - 2 状态图; 【例3 - 1】 某时序逻辑电路的状态图如图3 - 3所示。假定电路现在处于状态S0，试确定电路输入序列为X=1000010110时的状态序列和输出序列，并说明最后一位输入后电路所处的状态。 解 根据电路的状态图、初始状态及输入序列，可以推导如下：;图3-3 例3-1的状态图; 可见，当电路处于初始状态S0且输入序列X=1000010110时， 状态序列为S1S2S3S0S0S1S2S0S1S2，Z输出序列为0001000100， 最后一位输入后电路处于S2状态。 ; 3. 状态表描述法 时序逻辑电路的状态转换关系和输入输出关系也可以用状态表(State Table)的形式进行描述。状态表的结构如图3 - 4所示。 电路所有可能的输入组合列在表的顶部，所有的状态作为现态列在表的左边， 对应的次态和输出填入表中。该表读法如下：当电路在时刻tn处于现态Si而输入为X时，电路输出为Z；在时刻tn+1， 电路将转换到次态Sj。  状态图和状态表可以相互转换。例如，图3-3所示状态图可转换为表3 - 1所示的状态表，反过来也一样。表中Sn表示现态， Sn+1表示次态。;图 3 - 4 状态表的结构;表3 – 1 图3 - 3的状态表;3.1.3 时序逻辑电路的一般分类; 由于时钟脉冲只决定同步时序电路的状态变化时刻， 因此分析和设计同步时序电路时，通常只将时钟脉冲CP看作时间基准，而不看作输入变量。时序电路的现态和次态也根据CP脉冲来区分， 某个时钟脉冲作用前电路所处的状态称为现态， 时钟脉冲作用后的状态称为次态。 异步时序电路又可以根据输入信号特征的不同， 进一步划分为电平型异步时序电路和脉冲型异步时序电路。电平型异步时序电路没有通常意义下的时钟脉冲输入，其状态转换完全由输入信号的电平变化直接引起。脉冲型异步时序电路虽有时钟脉冲信号输入，但各个触发器并没有使用统一的时钟，各触发器的状态变化也不是同时发生的， 而是异步变化。 ; ２. 米里型电路和摩尔型电路 按照输出变量是否和输入变量直接相关来分，时序逻辑电路又可以分为米里（Mealy）型电路和摩尔（Moore）型电路两类。 输出与输入变量有关的时序逻辑电路称为米里型电路， 它的输出与现态和输入的函数相关，输出方程组如式(3 - 1)所示。 米里型电路的状态图和状态表形式分别如图3 - 3和表3 - 1所示。 ; 输出与输入变量无直接关系的时序逻辑电路称为摩尔型电路， 它的输出只是现态Qn的函数，输出方程组的形式变为; 同一个时序逻辑功能，既可以用米里型电路来实现， 也可以用摩尔型电路来实现。二者除了输出信号与输入信号的时序关系略有不同之外，从功能上讲，二者没有本质差别。从实现的角度看，米里型电路所需状态(或存储器件)一般比摩尔型要少， 但摩尔型电路的输出电路却比米里型电路简单。这说明，米里型电路和摩尔型电路各有千秋，设计者可以根据需要选择适当的电路类型进行电路设计。 ;3.2