數電(6):時序邏輯電路


  • 組合邏輯電路:任一時刻的輸出信號僅取決於當時的輸入信號。
  • 時序邏輯電路:任一時刻的輸出信號還取決於電路的原來狀態。

一、概述

1、時序電路包含組合電路和存儲電路,存儲電路是必不可少的。存儲電路的輸出狀態必須反饋到組合電路的輸入端,與輸入信號共同決定輸出。

2、時序電路分為同步時序電路和異步時序電路:

  • 同步時序電路:觸發器狀態的變化都是同一時鍾操作下同時發生的。
  • 異步時序電路:觸發器狀態的變化不是同時發生的。

3、時序電路分為米利(Mealy)型和摩爾(Moore)型:

  • 米利型(Mealy):輸出信號取決於輸入變量和存儲電路的狀態。
  • 摩爾型(Moore):輸出信號僅僅取決於存儲電路的狀態。(摩爾型是米利型的特例而已)

4、時序電路又被稱為狀態機(State Machine,SM)或算法狀態機(Algorithmic State Machine,ASM)。

 

二、分析方法

1、同步時序邏輯電路

(1)從給定的邏輯圖中寫出每個觸發器的驅動方程(亦即存儲電路中每個觸發器輸人信號的邏輯函數式)。
(2)將得到的這些驅動方程代人相應觸發器的特性方程,得出每個觸發器的狀態方程,從而得到由這些狀態方程組成的整個時序電路的狀態方程組。
(3)根據邏輯圖寫出電路的輸出方程。

例:

電路驅動方程為:

代入 JK 觸發器的特性方程 Q* = JQ' + K'Q,得到電路狀態方程:

根據邏輯圖得到電路輸出方程:

2、狀態轉換表

  若將任何一組輸人變量及電路初態的取值代人狀態方程和輸出方程,即可算出電路的次態和現態下的輸出值;以得到的次態作為新的初態和這時的輸人變量取值一起再代入狀態方程和輸出方程進行計算,又得到一組新的次態和輸出值。如此繼續下去,將全部的計算結果列成真值表的形式,就得到了狀態轉換表。

  設初值 Q3Q2Q1 =  000,代入上式,得到:

   將這一結果作為新的次態再次代入得到結果,如此下去直到返回最初設定的狀態,得到狀態轉換表:

 (檢查發現計算過程缺少111狀態,固補齊到表中)

3、狀態轉換圖

  • 圓圈表示電路的各個狀態,
  • 箭頭表示狀態轉換的方向。箭頭旁注明了狀態轉換前的輸人值和輸出值。
  • 輸人值寫在斜線上
  • 輸出值寫在斜線下。

例1:

 (無輸入值,固斜線上沒有注字)

例2:

 

4、狀態流程圖(SM圖)

例:

5、狀態時序圖

 

三、分類

1、寄存器和移位寄存器

(1)寄存器

  寄存器(Register)用於寄存一組二值代碼,1個觸發器能存儲1位二值代碼,N個觸發器組成的寄存器能存儲一組N位的二值代碼。

(2)移位寄存器

  移位寄存器(Shift Register)還具有移位功能,其存儲的代碼能在移位脈沖的作用下依次左移或右移。

例:

 

 

2、計數器

(1)同步計數器

(2)異步計數器

3、順序脈沖發生器

4、序列信號發生器

 

四、設計方法

 

  卧槽這一章講得都是啥,咋地全都看不懂呢?

 

參考資料:閻石. 數字電子技術基礎(第5版)[M]. 高等教育出版社, 2006.

 


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