数电(6):时序逻辑电路
- 组合逻辑电路:任一时刻的输出信号仅取决于当时的输入信号。
- 时序逻辑电路:任一时刻的输出信号还取决于电路的原来状态。
一、概述
1、时序电路包含组合电路和存储电路,存储电路是必不可少的。存储电路的输出状态必须反馈到组合电路的输入端,与输入信号共同决定输出。
2、时序电路分为同步时序电路和异步时序电路:
- 同步时序电路:触发器状态的变化都是同一时钟操作下同时发生的。
- 异步时序电路:触发器状态的变化不是同时发生的。
3、时序电路分为米利(Mealy)型和摩尔(Moore)型:
- 米利型(Mealy):输出信号取决于输入变量和存储电路的状态。
- 摩尔型(Moore):输出信号仅仅取决于存储电路的状态。(摩尔型是米利型的特例而已)
4、时序电路又被称为状态机(State Machine,SM)或算法状态机(Algorithmic State Machine,ASM)。
二、分析方法
1、同步时序逻辑电路
(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人信号的逻辑函数式)。
(2)将得到的这些驱动方程代人相应触发器的特性方程,得出每个触发器的状态方程,从而得到由这些状态方程组成的整个时序电路的状态方程组。
(3)根据逻辑图写出电路的输出方程。
例:
电路驱动方程为:
代入 JK 触发器的特性方程 Q* = JQ' + K'Q,得到电路状态方程:
根据逻辑图得到电路输出方程:
2、状态转换表
若将任何一组输人变量及电路初态的取值代人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人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,将全部的计算结果列成真值表的形式,就得到了状态转换表。
设初值 Q3Q2Q1 = 000,代入上式,得到:
将这一结果作为新的次态再次代入得到结果,如此下去直到返回最初设定的状态,得到状态转换表:
(检查发现计算过程缺少111状态,固补齐到表中)
3、状态转换图
- 圆圈表示电路的各个状态,
- 箭头表示状态转换的方向。箭头旁注明了状态转换前的输人值和输出值。
- 输人值写在斜线上
- 输出值写在斜线下。
例1:
(无输入值,固斜线上没有注字)
例2:
4、状态流程图(SM图)
例:
5、状态时序图
三、分类
1、寄存器和移位寄存器
(1)寄存器
寄存器(Register)用于寄存一组二值代码,1个触发器能存储1位二值代码,N个触发器组成的寄存器能存储一组N位的二值代码。
(2)移位寄存器
移位寄存器(Shift Register)还具有移位功能,其存储的代码能在移位脉冲的作用下依次左移或右移。
例:
2、计数器
(1)同步计数器
(2)异步计数器
3、顺序脉冲发生器
略
4、序列信号发生器
略
四、设计方法
略
卧槽这一章讲得都是啥,咋地全都看不懂呢?
参考资料:阎石. 数字电子技术基础(第5版)[M]. 高等教育出版社, 2006.