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同步时序逻辑电路的习题数字逻辑.docx

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第五章同步时序逻辑电路的习题 一、基本知识点 1、时序逻辑电路的一般结构 输入信号 输出信号 ┇ X1 X2 Xn Z1 Z2 Zm 组合 逻辑 电路 ┇ 存储电路 ┅ ys y1 ┅ Y1 Yr 特点：a、有存储电路（记忆元件）；有组合电路（特殊时可没有） b、包含反馈电路，电路功能与“时序”相关 c、输出不仅与输入（X）有关，而且与存储状态（Y）有关 分类：（1）Mealy型Z＝F（X，Q） 过去输入 现态 现在输入 ｝ 输出 输出是电路的输入和现态的函数（注意输出与输入有直接关系） （2）Moore型Z＝F（Q） 输出仅仅是电路现态的函数（注意输出与输入没有直接关系） 输出 所有输入 现态 同步时序逻辑电路：各触发器共用同一时钟信号，即电路中各触发器状态的转换时刻在统一时钟信号控制下同步发生。 异步时序逻辑电路：电路没有统一的时钟信号对状态变化进行同步控制，输入信号的变化将直接引起电路状态的变化。 //本课程将较少讨论异步时序逻辑电路 2、同步时序逻辑电路的描述 注意：任一个同步时序逻辑电路的结构和功能可用3组函数表达式完整地描述。 （1）激励函数表达式：存储电路输入Y与电路输入X和现态Q之间的关系 Y＝F（X，Q）//现态Q就是上图存储电路原始的输出yk （2）次态函数表达式：电路的次态Qn+1与激励函数Y和现态Q之间关系 Qn+1＝F（Y，Q）//次态Qn+1就是上图存储电路再次触发后的输出ykn+1 （3）输出函数表达式：电路的输出Z和输入X和当前现态Q的关系 Mealy型Z＝F（X，Q） Moore型Z＝F（Q） 状态表的格式 Mealy型Moore型 次态 现态 Z yn+1 y 输入X 输出 yn+1/Z y 输入X 次态/输出 现态 状态图的画法 Mealy型 yn+1 y x/Z Moore型 yn+1 Z yn+1/Z x 3、同步时序逻辑电路分析 （1）表格法的分析步骤 a、根据电路写出输出表达式和激励函数表达式 b、列出各自的激励矩阵，确定电路相应的次态 c、作出给定电路的状态表和状态图 d、拟定一个典型输入序列，画出时间图，描述此电路的功能 （2）代数法的分析步骤 a、根据电路写出输出表达式和激励函数表达式 b、把激励函数代入次态方程，导出次态方程组 c、根据此方程组，作出状态表和状态图 d、拟定一个典型输入序列，画出时间图，描述此电路的功能 注意：上述两种分析方法的b、c两步骤不同 4、同步时序逻辑电路设计 步骤： （1）形成原始的状态图和状态表 （2）对原始的状态进行化简，变成最简状态，降低电路复杂度和成本 （3）把状态与二进制代码相对应，即决定触发器的个数 （4）确定激励函数（对应触发器的种类）和输出函数（对应逻辑电路的种类），并画出逻辑电路图 5、常用的时序电路 （1）计数器周期性的状态循环 按进制可分为：二进制计数器、BCD码计数器、任意进制计数器（楼两种存在无效状态） 按时钟输入方式：同步计数器、异步计数器 按趋势可分为：加“1”计数器、减“1”计数器 *同步二进制计数器（3位数值，即3个触发器） 用3个JK触发器实现，电路图如下所示（输入端悬空为信号“1”） • • Cp • IK IJ Q2 & Q0 IK IJ • • IK IJ Q1 • • • 驱动方程J0＝K0＝1（Q0触发器的输入控制） J1＝K1＝Q0（Q1触发器的输入控制） J2＝K2＝Q0Q1（Q2触发器的输入控制） 输出方程Z＝（Q2Q1Q0）三个触发器的输出端原相直接输出 输出波形如下所示 Cp Q0 Q1 Q2 001 010 011 100 101 110 111 000 说明： Q0触发器按时钟Cp触发，每一个时钟Q0触发器翻转一次 Q1触发器接收Q0触发器的原相输出，当Q0原相输出为1后才翻转一次 Q2触发器接收Q0和Q1原相输出相与之后的结果，只有前两者输出均为1后才翻转一次 *异步二进制计数器 • Q0 IK IJ • Cp IK IJ Q1 • IK IJ Q2 • • • • CR 悬空 也用3个JK触发器实现，CR为清零端，电路图如下所示（3个JK触发器的输入端均悬空） 驱动方程同上（略） 输出波形如下所示（对比同步计数器，看看异同） Cp Q0 Q1 Q2 111 110 101 100 011 010 001 注意：如反向输出则为加“1”计数 （1）寄存器多个触发器的并行操作，可以暂存数据信息 *数据寄存器（4位数值，即4个触