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(共31张PPT)
项目7 时序逻辑电路
任务7.1 时序逻辑电路的分析和设计思路
任务7.2 集成计数器
任务7.3 寄存器
任务7.4 555定时电路
项目导入
时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分，时序逻辑电路又称时序电路，主要由存储电路和组合逻辑电路两部分组成。时序逻辑电路在结构以及功能上的特殊性，相比其他种类的数字逻辑电路而言，往往具有难度大、电路复杂并且应用范围广的特点。
时序逻辑电路在工程实际中应用非常广泛，数字钟、交通灯、计算机、电梯的控制盘、门铃和防盗报警系统中都有它的身影。
学习时序逻辑电路，首先要了解时序逻辑电路的功能描述方法和基本分析方法，在此基础上，还需了解时序逻辑电路的设计思路等。
知识目标和技能目标了解时序逻辑电路的特点,掌握其分析方法;熟悉时序逻辑电路的设计步骤；了解集成计数器的管脚排列图、电路功能、实际应用及芯片扩展应用。了解常用中规模集成移位寄存器的电路功能与应用；掌握应用Multisim8.0电路仿真软件设计同步时序逻辑电路的技能。任务7.1 时序逻辑电路的分析和设计步骤
提出问题
时序逻辑电路和组合逻辑电路有什么不同？时序逻辑电路的主要特点是什么？时序逻辑电路是如何分类的？ 如何对时序逻辑电路进行功能描述？时序逻辑电路的基本分析方法如何？时序逻辑电路的设计思路是什么？
概述
任何时刻电路的稳态输出，不仅和该时刻的输入信号状态有关，而且还取决于电路输出的现态。因此，时序电路结构上存在反馈，具有记忆功能的存储器件。
时序逻辑电路的结构框图
组合逻辑电路输入
组合逻辑电路输出
存储电路输入
存储电路输出
7.1.1 时序逻辑电路的特点
特点
①时序逻辑电路通常包含组合逻辑电路和存储电路两部分，其中存储电路必不可少。
②存储电路的输出状态必须反馈到组合逻辑电路的输入端，与输入信号一起共同决定组合逻辑电路的输出。
7.1.2 时序逻辑电路的分类
（1）按功能划分有计数器、寄存器、移位寄存器、读/写存储器、顺序脉冲发生器等。
（2）按电路中触发器状态变化是否受同一时钟脉冲控制可分为同步和异步。
（3）按输出信号的特性又可分为米莱型和莫尔型。
（4）按能否编程又有可编程和不可编程时序逻辑电路之分。
（5）按集成度的不同可分为小规模SSI、中规模MSI、大规模LSI和超大规模VLSI之别。
（6）按使用开关元件类型可分有TTL型和CMOS型。
7.1.3 时序逻辑电路的功能描述
1. 方程描述法
输出方程是指组合逻辑电路的输F与其输入X以及存储电路的反馈量Qn之间的关系式。
驱动方程是指存储电路的输入量Z（即各位触发器的输入）所表示的逻辑关系式。
次态方程是指时序逻辑电路的输出次态Qn+1和存储电路的输入Z、时序逻辑电路的输出现态Qn三者之间的关系。
上述3种方程式虽然可以完整地描述时序逻辑电路的功能，但描述方法不够形象、直观。直观描述一系列时钟脉冲操作下电路转换的全过程，常用的方法仍是状态转换真值表、状态转换图、时序小型图和激励表等。
举例说明
CP
Q0
J
K
Q
Q
F1
C
Q2
J
K
Q
Q
F0
C
RD
J
K
Q
Q
F2
C
Q1
“1”
驱动方程：
次态方程：
异步时序电路还需写出时钟方程：
驱动方程代入次态方程得：
该时序逻辑电路因没有组合逻辑电路，因此输出方程不存在。
2. 状态转换真值表
根据时序逻辑电路各方程，将时序逻辑电路的输出次态与输出现态的关系，用表格的形式写出来，可以帮助人们对电路的逻辑功能有更加清晰的了解。
3. 状态转换图
111
110
101
100
000
001
010
011
由状态转换图，可一目了然地看出时序逻辑电路的输出现态向次态转换的系统动作。因此状态转换图提供了行为建模机制。
4. 时序波形图
CP
Q0
Q1
Q2
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
时序波形图直观、形象地表示了时序逻辑电路输出次态与输出现态之间的转换过程及转换结果。
CP
Q0
J
K
Q
Q
F1
C
Q2
J
K
Q
Q
F0
C
RD
J
K
Q
Q
F2
C
Q1
“1”
①判断已知时序逻辑电路的类型
时序逻辑电路中若包含组合逻辑电路，电路类型为米莱型；此电路只有存储电路部分而没有组合逻辑电路，判断为莫尔型时序逻辑电路。
7.1.4 时序逻辑电路的基本分析方法
举例说明
②根据已知时序逻辑电路，写出相应方程式
CP
Q0
J
K
Q
Q
F1
C
Q2
J
K
Q
Q
F0
C
RD
J
K
Q
Q
F2
C
Q1
“1”
驱动方程：
次态方程：
时钟方程：
CP
Q0
J
K
Q
Q
F1
C
Q2
J
K
Q
Q
F0
C
RD
J
K
Q
Q
F2
C
Q1
“1”
次态方程：
③根据电路次态方程，写出相应状态转换真值表
④根据状态转换真值表，画出相应的状态转换图
111
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100
000
001
010
011
⑤根据状态转换图，指出时序逻辑电路的功能
111
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101
100
000
001
010
011
电路功能
模8二进制加计数器
①确定时序逻辑电路的类型：根据电路中各位触发器是否采用同一个时钟脉冲CP进行触发，可判断电路是同步时序逻辑电路还是异步时序逻辑电路；根据时序逻辑电路除CP端子外是否还有输入信号判断电路是米莱型还是莫尔型。
归纳时序逻辑电路的分析步骤：
②写出已知时序逻辑电路的各相应方程：包括驱动方程、次态方程、输出方程(莫尔型电路不包含输出方程)。当所分析电路属于异步时序逻辑电路时，还需写出各位触发器的时钟方程。
③绘制状态转换真值表或状态转换图：依据是第2步所写出的各种方程。
④指出时序逻辑电路的功能：主要根据状态转换真值表或状态转换图的结果。
图示电路是四位JK触发器及四个与门构成的时序逻辑电路。首先可判断出电路类型为同步的米莱型时序逻辑电路。
驱动方程
次态方程
分析电路功能
由次态方程可写出同步十进制计数器的状态转换真值表：
CP Q3 Q3 Q1 Q0 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1
1↓ 0 0 0 0 0 0 0 1
2↓ 0 0 0 1 0 0 1 0
3↓ 0 0 1 0 0 0 1 1
4↓ 0 0 1 1 0 1 0 0
5↓ 0 1 0 0 0 1 0 1
6↓ 0 1 0 1 0 1 1 0
7↓ 0 1 1 0 0 1 1 1
8↓ 0 1 1 1 1 1 0 0
9↓ 1 0 0 0 1 0 0 1
10↓ 1 0 0 1 回零进位 无 效 码 1 0 1 0 1 0 1 1
1 0 1 1 0 1 0 0
1 1 0 0 1 1 0 1
1 1 0 1 0 1 0 0
1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 0 0
由状态转换真值表可画出该计数器的状态转换图如下：
1010
1011
1101
1100
0000
0001
0010
0011
0100
1111
1001
1000
0111
0110
0101
1110
Q3Q2Q1Q0
有效循环体
无效码
无效码
无效码
观察状态转换图可知，该计数器如果在计数开始时处在无效码状态，可自行进入有效循环体，具有自启动能力。
所谓自启动能力：指时序逻辑电路中某计数器中的无效状态码，若在开机时出现，不用人工或其它设备的干预，计数器能够很快自行进入有效循环体，使无效状态码不再出现的能力。
同步十进制计数器
7.1.5 时序逻辑电路的设计思路
时序逻辑电路的设计与其分析互为逆过程。设计时序逻辑电路时，一般要给定设计要求，设计要求可以是状态转换图也可以是一段文字，根据用户的要求设计和画出相应的时序逻辑电路。
①进行逻辑抽象，建立原始状态转换图
例如：要求设计一个模8的二进制加计数器。
7
6
5
4
0
1
2
3
模8
所需位数
②进行状态分配，画出用二进制代码进行编码后的状态转换图
111
110
101
100
000
001
010
011
三位二进制代码选择Q2为高位触发器的输出，Q1为次高位触发器的输出，Q0为低位触发器的输出。
③选择触发器类型，触发器个数应等于三位二进制代码的位数
RD
1
④根据状态转换图画出状态转换真值表，写出驱动方程
⑤根据以上分析，画出逻辑电路图
Sikaoyuwenti
思考与问题
1
3
2
什么是米莱型时序逻辑电路和莫尔型时序逻辑电路？
试述时序逻辑电路的分析步骤？
4
对图示时序逻辑电路进行分析，写出其功能真值表。
如何区分同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路？
钱学森（1911年12月11日—2009年10月31日），出生于上海，空气动力学家、系统科学家 、工程控制论创始人之一，中国科学院学部委员、中国工程院工程院士，两弹一星功勋奖章获得者。
钱学森于1934年从交通大学机械工程系毕业；1935年由第七届庚子赔款公费赴美进修；1936年从美国麻省理工学院硕士研究生毕业，之后转入加洲理工学院航空系；1939年获得美国加州理工学院航空、数学博士学位，之后留下任教；1945年被派赴德调查纳粹德国火箭科技；1955年在毛泽东主席和周恩来总理的争取下，以朝鲜战争空战中被俘的多名美军飞行员交换回中国；1956年出任中国科学院力学研究所第一任所长；1957年出任国防部第五研究所第一任院长，同年补选为中国科学院学部委员（院士）；1958年创建中国科学技术大学近代力学系并出任首届主任；1984年被增选为中国科学院主席团执行主席；1986年当选中国科学技术协会第三届全国委员会主席；1986年至1998年担任中国人民政治协商会议第六、七、八届全国委员会副主席；1999年被授予两弹一复生功勋奖章。
科技兴则民族兴，科技强则国家强，核心科技是国之重器。作为未来的电子工程技术人员，我们必须秉承老一代科学家的理想和抱负，争取在新的社会环境中做一名大国工匠。
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