任务7.1 时序逻辑电路的分析和设计思路（课件）-《电子技术基础》同步教学（人民邮电版）

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。 2024/3/26 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