第五章 时序逻辑电路的概念与原理及实际应用.
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1、第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路5.1 5.1 概概 述述5.1.1 5.1.1 时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的特点 从时序逻辑电路的特点可知，因为时序逻辑电路能将电路的状态存储起来，所以时序逻辑电路一般由组合电路和存储电路两部分构成，如图5.1所示。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路图5.1 时序逻辑电路的结构框图第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路5.1.2 5.1.2 时序逻辑电路的表示方法时序逻辑电路的表示方法 时序逻辑电路的逻辑功能可用逻辑函数式、状态转换表、状态转换图及时序图等方法表示，这些表示方法在本质上是相同的，可以相
2、互转换。 时序逻辑电路的逻辑函数式包括时序逻辑电路输出信号的逻辑表达式，称为输出方程；各个触发器输入端信号的逻辑表达式，称为驱动方程；各个触发器次态输出的逻辑表达式，称为输出方程。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路5.1.3 5.1.3 时序逻辑电路的分类时序逻辑电路的分类 触发器按触发脉冲输入方式的不同，时序电路可分为同步时序电路和异步时序电路。同步时序电路是指各触发器状态的变化受同一个时钟脉冲控制；而异步时序电路中，时钟脉冲只触发部分触发器，其余触发器则是由电路内部信号触发的。 按照逻辑功能划分，时序逻辑电路有计数器、寄存器、顺序脉冲发生器等；按能否编程划分，有可编程和不能编程时序逻
3、辑电路之分；按使用的开关元件类型划分，又有TTL时序电路和CMOS时序电路之分。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路5.2 5.2 时序电路的分析方法时序电路的分析方法5.2.1 5.2.1 基本分析步骤基本分析步骤 分析时序电路的目的是确定已知电路的逻辑功能和工作特点。具体步骤如下。1. 写相关方程式 根据给定的逻辑电路图写出电路中各个触发器的时钟方程、驱动方程、状态方程和输出方程等。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路1) 时钟方程 时序电路中各个触发器CP脉冲的逻辑关系。2) 驱动方程 时序电路中各个触发器的输入信号之间的逻辑关系。 3) 状态方程 将驱动方程代入相应触发器的特性
4、方程中，便得到该触发器的状态方程，时序逻辑电路的状态方程由各触发器次态的逻辑表达式组成。4) 输出方程 时序电路的输出逻辑表达式，通常为现态和输入信号的函数。若无输出时此方程可省略。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路2. 求出对应状态值 1) 列状态表将电路输入信号和触发器现态的所有取值组合代入相应的状态方程，求得相应触发器的次态，列表得出。 2) 画状态图反映时序电路状态转换规律及相应输入、输出信号取值情况的几何图形。 3) 画时序图反映输入、输出信号及各触发器状态的取值在时间上对应关系的波形图。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路3. 总结归纳上述分析结果，确定时序电路的功能。第
5、第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路5.2.2 5.2.2 分析举例分析举例【例【例5-15-1】试分析图5.2所示电路的逻辑功能，并画出状态转换图和时序图。由图5.2所示电路可以看出，时钟脉冲CP加在每个触发器的时钟脉冲输入端上。因此，它是一个同步时序逻辑电路。解：解：(1) 写方程式。 输出方程：2nYQ(5-1)第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路图5.2 例5-1电路第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路驱动方程:020110201211nnnnJQKJKQJQ QK，第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路10000020020111111010112222201200121
6、1nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQJ QK QQ QQQ QQJ QK QQ QQ QQJ QK QQ Q QQQ Q Q (5-3)状态方程：将驱动方程式代入JK触发器的特性方程便得电路的状态方程为:11nnnQJQKQ第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路0Y 设电路的原态为 ，代入式(5-1)和式(5-2)中进行计算后得 和 ，这说明输入第1个计数脉冲后，电路的状态由000翻到001，然后再将001当作原态，即 ，代入上述两式中进行计算后得 和 ，即输入第2个CP脉冲后，电路状态由001翻到010。以此类推，可求得如表5.1所示的状态转换真值表。210000nnnQ
7、 Q Q0Y 111210001nnnQQQ210001nnnQ Q Q111210010nnnQQQ(2) 列状态转换真值表。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路 2个CP脉冲后，电路状态由001翻到010。以此类推，可求得如表5.1所示的状态转换真值表。 第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路(3) 功能说明。 由表5.1可以看出。图5.2所示电路在输入第5个计数脉冲CP后，返回原来的状态，同时输出端 输出一个进位脉冲。因此，图5.2所示电路为同步五进制计算器。(4) 画状态转换图和时序图。 根据表5.1可画出图5.3(a)所示的状态转换图。图中的圆圈内表示电路的一个状态，即3个触发
8、器的状态，箭头表示电路状态的转换方向。Y为输出值。图5.3(b)所示为根据表5.1画出的时序图。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路(a) 状态转换图 (b) 时序图 图5.3 例5-1解图第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路 计数器按照CP脉冲的输入方式可分为同步计数器和异步计数器；计数器按照计数规律可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；计数器按照计数的进制可分为二进制计数器( )和非二进制计数器( )，其中， 代表计数器的进制数， 代表计数器中触发器的个数。NnNnNn5.3 5.3 计数器计数器第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路5.3.1 5.3.1 同步计数器同步计数
9、器1. 同步二进制计数器1) 同步二进制加法计数器 图5.4所示为由JK触发器组成的4位同步二进制加法计数器，下降沿触发。下面分析它的工作原理。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路（1）写相关方程式。 驱动方程为:第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路图5.4 同步二进制计数器第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路状态方程： 将驱动方程代入JK触发器的状态方程便得到电路的状态方程为：第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路(3) 画出状态转换图(见图5.5)和时序图(见图5.6)。设电路的原态为 ，代入式(5-5)得到 ，这说明输入第一个计数脉冲后，电路的状态由0000翻转到0001。
10、然后再将0001当作现态，及 ，代入式(5-5)得到 ，即输入第二个脉冲CP后，电路的状态由0001翻转到0010。其余类推。由此可求得表5.2所示的状态转换真值表。32100000nnnnQ Q Q Q111132100001nnnnQQQQ32100001nnnnQ Q Q Q111132100010nnnnQQQQ(2) 求出对应状态值，列状态转换真值表。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路图5.5 4位同步二进制计数器的状态转换图第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路图5.6 4位同步二进制计数器的时序图第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑
11、电路 归纳分析结果， 确定该时序电路的逻辑功能。从时钟方程可知该电路是同步时序电路。从状态图可知，随着CP脉冲的递增，触发器输出 值是递增的，且经过16个CP脉冲完成一个循环过程。第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路74LS161是一种同步4位二进制加法集成计数器。其管脚的排列如图5.7所示，图中 为同步置数控制端， 为异步置零控制端， 和 为计数控制端， 为并行数据输入端， 为输出端，CO为进位输出端。LDCRPCTTCT0D3D0Q3Q第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路图5.7 74LS161管脚排列第第5 5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路74LS161逻辑功能如表5.3所示。第
