《计算机电路基础》课件
第 11 章 时 序 逻 辑 电 路 11.1 时序逻辑电路的分析方法 11.2 集 成 计 数 器 11.3 寄 存 器 前面已经介绍过，数字逻辑电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。如果电路在任一时刻的输出不仅与该时刻电路的输入有关，并且还与该时刻之前电路的状态有关，这样的数字逻辑电路就称为时序逻辑电路。 11.1 时序逻辑电路的分析方法 11.1.1同步时序逻辑电路的分析方法 1.时序逻辑电路的基本结构和特点 时序电路在电路结构上有两个显著的特点。第一，时序电路通常包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路是必不可少的。第二，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。 2.时序逻辑电路的分类 由于存储电路中触发器的动作特点不同，时序逻辑电路可以分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。在同步逻辑时序电路中，所有触发器状态的变化都是在同一时钟信号操作下同时发生的。而在异步时序逻辑电路中，触发器状态的变化不是同时发生的。 在异步时序逻辑电路中，没有统一的时钟脉冲，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，只有这些触发器的状态变化才与时钟脉冲同步，其他不与时钟脉冲源相连的触发器状态的变化并不与时钟脉冲同步，所以异步时序逻辑电路的工作速度比同步时序逻辑电路的工作速度低。 3.时序逻辑电路的分析方法 分析一个时序电路，就是要找出给定时序电路的逻辑功能。具体地说，就是要求找出电路的状态和输出的状态在输入变量和时钟信号作用下的变化规律。 首先讨论同步时序电路的分析方法。由于同步时序电路中所有触发器都是在同一个时钟信号操作下工作的，所以分析方法比较简单。 时序电路的逻辑功能可以用输出方程、驱动方程和状态方程全面描述。因此，只要能写出给定逻辑电路的这3个方程，那么它的逻辑功能也就表示清楚了。根据这3个方程，就能够求得在任何给定输入变量状态和电路状态下电路的输出和次态。 4.分析同步时序电路的一般步骤 (1) 从给定的逻辑图中写出每个触发器的驱动方程(亦即存储电路中每个触发器输入信号的逻辑函数式)和输出方程。 (2) 将得到的驱动方程代入到相应触发器的特性方程中，得到每个触发器的状态方程。 (3) 把电路的输入和现态的各种可能的取值组合代入到状态方程和输出方程进行计算，从而得到相应的次态和输出。 (4) 画出状态转换图、状态转换表或时序图，并据此分析并确定电路的逻辑功能。 5.时序逻辑电路的描述方法 用于描述时序逻辑电路状态转换全部过程的方法有状态转换表(也称状态转换真值表)、状态转换图和时序图等几种。由于这3种方法和方程组一样，都可以用来描述同一个时序电路的逻辑功能，所以它们之间可以互相转换。 (1) 状态转换表 若将任何一组输入变量及电路初态的取值代入状态方程和输出方程，即可算出电路的次态和现态下的输出值；以得到的次态作为新的初态，和这时的输入变量取值一起再代入状态方程和输出方程进行计算，又得到一组新的次态和输出值。如此继续下去，把全部的计算结果列成真值表的形式，就得到了状态转换表。 (2) 时序图 为便于用实验观察的方法检查时序电路的逻辑功能，还可以将状态转换表的内容画成时序波形的形式。在时钟脉冲序列作用下，电路状态、输出状态随时间变化的波形图叫做时序图。 (3) 状态转换图 为了以更加形象的方式直观地显示出时序电路的逻辑功能，还可以进一步把状态转换表的内容表示成状态转换图的形式。在状态转换图中以圆圈表示电路的各个状态，以箭头表示状态转换的方向。同时，在箭头旁注明状态转换前的输入变量取值和输出值。通常将输入变量取值写在斜线以上，将输出值写在斜线以下。 11.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法 异步时序电路的分析方法和同步时序电路的分析方法有所不同。在异步时序电路中，每次电路状态发生转换时并不是所有触发器都有时钟信号。只有那些有时钟信号的触发器才需要用特性方程去计算次态，而没有时钟信号的触发器将保持原来的状态不变。 因此，在分析异步时序电路时还需要找出每次电路状态转换时哪些触发器有时钟信号，哪些触发器没有时钟信号。所以，分析异步时序电路要比分析同步时序电路复杂。 11.2 集 成 计 数 器 11.2.1 计数器的分类 如果按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以把计数器分为同步式和异步式两种。 如果按计数过程中计数器中的数字增减分类，
