時序電路的分析與設(shè)計

邏輯電路分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。第四章已經(jīng)學(xué)習(xí)了組合邏輯電路的分析與設(shè)計的方法，這一章我們來學(xué)習(xí)時序電路的分析與設(shè)計的方法。
在學(xué)習(xí)時序邏輯電路時應(yīng)注意的重點是常用時序部件的分析與設(shè)計

6、1同步時序電路的分析方法

時序電路分析的目的就是對已知的時序邏輯電路,要得到它的電路特性說明即該電路邏輯功能，若電路存在問題，并提出改進方法。

在分析同步時序電路時分為以下幾個步驟：
分清時序電路的組成.
列出方程. 根據(jù)時序電路的組合部分,寫出該時電路的輸出函數(shù)表達式.并確定觸發(fā)器輸入信號的邏輯表達式(激勵函數(shù)),由此得到觸發(fā)器的特征方程.
由上步得出的方程寫出狀態(tài)真值表,把觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和外界的輸入信號作為時序電路的輸入信號.
通過狀態(tài)真值表得到該時序電路的狀態(tài)圖和狀態(tài)表.
通過電路的狀態(tài)表和狀態(tài)圖,對電路進行功能描述.

例1:分析圖(1)所示的電路,作出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)裝換圖,并作出輸入信號為0110111110的輸出波形.

1.列方程.
激勵方程為:J₁=XQ_{2 ,}K₁=X ;J₂=X ,K₂=XQ₁
特征方程為:Q₁ⁿ⁺¹=XQ₂+XQ_1;Q₂ⁿ⁺¹=XQ₂+XQ₁Q₂
輸出方程為:Z=XQ₁Q₂
2.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表.如表(2)所示:
3.畫出狀態(tài)遷移圖.如圖(3)所示:
4.功能描述.
由狀態(tài)遷移表可看出,該電路是"1111"序列檢測電路,當(dāng)
出現(xiàn)該序列時,輸出為"1",否則為"0"
5.畫時序圖.先列出時序表,根據(jù)時序表(如圖(4))作出時序圖如圖(5)所示:

§6、2同步時序電路的設(shè)計

時序電路是由組合電路和記憶電路兩部分組成的.組合電路的設(shè)計在第四章已經(jīng)學(xué)習(xí)過,因此時序電路的設(shè)計主要是記憶電路部分(觸發(fā)器)的設(shè)計.

同步時序電路的設(shè)計分為以下幾個步驟:
1.建立原始狀態(tài)圖.
建立原始狀態(tài)圖的方法是:
確定輸入、輸出和系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)(用字母表示).
根據(jù)設(shè)計要求,確定每一狀態(tài)在規(guī)定條件下的狀態(tài)遷移方向,得到原始狀態(tài)圖.
2.化簡原始狀態(tài).
在制作原始狀態(tài)圖時,難免會出現(xiàn)多余狀態(tài)(觸發(fā)器的個數(shù)增多激勵電路過于復(fù)雜等),因此要進行狀態(tài)化簡,化簡時應(yīng)根據(jù)具體情況來考慮.
3.分配化簡后的狀態(tài).
把化簡后的狀態(tài)用二進制代碼來表示稱為狀態(tài)編碼.時序電路中,電路的狀態(tài)是由觸發(fā)器的狀態(tài)來描述的.

例1.設(shè)計一個"111^..."序列檢測器.題意即檢測連續(xù)三個"1"輸出為"1".允許重合.
1.畫出狀態(tài)遷移圖.如圖(1)所示:
2.列出狀態(tài)表.如表(2)所示(化簡前); 如表(3)所示(化簡后)
3.化簡狀態(tài).通過狀態(tài)表可以看出,所列狀態(tài)為最簡狀態(tài).
4.狀態(tài)分配. S₀->Q₁Q₀=00;S₁->Q₁Q₀=01;S₂->Q₁Q₀=10;S₃->Q₁Q₀=11.
5.求激勵方程.如用JK觸發(fā)器則激勵方程為(由卡諾圖(4、5)得):
Q₁ⁿ⁺¹=XQ₁ⁿQ₀ⁿ+XQ₁ⁿ J₁=XQ₀ⁿ ，K₁=X；
Q₀ⁿ⁺¹=XQ₁ⁿQ₀ⁿ+XQ₁ⁿQ₀ⁿ J_O=XQ₁ⁿ K₀=XQ₁ⁿ
6.畫出邏輯電路圖.如圖(6)所示: