时序逻辑电路在实际中的应用

时序逻辑电路在实际中的应用

时序逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路,其特点是电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号,而且与电路的原状态有关,具有记忆功能。构成组合逻辑电路的基本单元是逻辑门,而构成时序逻辑电路的基本单元是触发器。时序逻辑电路在实际中的应用很广泛,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能见到。主要介绍典型的时序逻辑部件:集成计数器的识别与应用,集成寄存器的识别与应用;时序逻辑电路的分析和设计。

计数器在计算机及各种数字仪表中应用广泛,具有记忆输入脉冲个数的功能,还可以实现分频、定时等。计数器种类繁多,按技术体制可分为二进制计数器和N进制计数器;按增减趋势可分为加计数器和减计数器;按技术脉冲引入方式可分为同步计数器和异步计数器。同步计数器的特点是构成计数器的所有触发器共用同一个时钟脉冲,触发器的状态同时更新,计数速度快;而异步计数的特点是构成计数器的触发器不共用同一个时钟脉冲,所有触发器更新状态的时刻不一致,计数速度相对较慢。 在实际应用中,计数器是以集成电路形式存在的,主要有集成二进制计数器、集成十进制计数器两大类,其他进制计数器可由它们通过外电路设计来实现。在每一大类计数器中,又以同步与异步、加计数与可逆计数来细分。

寄存器具有接收数码、存放或传递数码的功能,由触发器和逻辑门组成。其中,触发器用来存放二进制数,逻辑门用来控制二进制数的接收、传送和输出。由于一个触发器只能存放1位二进制数,因此,存放n位二进制数的n位寄存器,需要n个触发器来组成。寄存器有数码寄存器和移位寄存器2种。输入输出方式有并入-并出、并入-串出、串入-并出、串入-串出4种。当寄存器的每一位数码由一个时钟脉冲控制同时接收或输出时,称为并入或并出。而每个时钟脉冲只控制寄存器按顺序逐位移入或移出数码时,称为串入或串出。移位寄存器除了具有存储数码的功能以外,还具有移位功能。所谓移位功能,是指寄存器里存储的数码能在时钟脉冲作用下依次左移或右移。因此,移位寄存器不仅可以用来寄存数码,而且可以用来实现数码的串行-并行转换。

时序逻辑电路的分析实际上是一个读图、识图的过程,就是根据给定的时序逻辑电路,通过分析其状态和输出信号在输入变量和时钟作用下的转换规律,理解其逻辑功能和工作特性。时序逻辑电路的设计是时序逻辑电路分析的逆过程,就是根据给定的逻辑问题,设计出满足要求的时序逻辑电路。设计时序逻辑电路的任务就是根据给定的逻辑问题,设计出满足要求的时序逻辑电路。在实际应用中,常用集成触发器和门电路配合来设计时序逻辑电路。通常,电路设计最简的标准是:所用的触发器和门电路的数量以及门的输入端数目尽可能少。

1. 时序逻辑电路分析的一般步骤

时序逻辑电路分析的一般步骤可归纳为:写方程式、求状态方程、进行计算、画状态转换图(或状态转换表)、确定电路的逻辑功能等。

1)写方程式

仔细观察、分析时序电路,然后再逐一写出以下3个方程。

① 时钟方程:各个触发器时钟信号的逻辑表达式。

② 输出方程:时序电路各个输出信号的逻辑表达式。

③ 驱动方程:各个触发器输入端信号的逻辑表达式。

2)求状态方程

把驱动方程代入相应触发器的特性方程,即可求出时序电路的状态方程。

3)进行计算

把电路输入和现态的各种可能取值,代入状态方程和输出方程进行计算,求 出相应的次态和输出。

4)画状态转换图

5)确定电路的逻辑功能

根据状态转换图确定电路的逻辑功能,必要的话,可用文字详细描述。

2. 时序逻辑电路设计的一般步骤

时序逻辑电路设计的一般步骤是:根据逻辑要求,确定电路状态转换规律,并由此求出各触发器的驱动方程和输出方程,最后画出相应的逻辑电路图。具体过程如下:

1)根据设计要求和给定条件,确定电路内部状态。

2)画出状态转换图或状态转换表,即建立原始状态转换图。

3)状态化简。即合并等价状态,画出最简状态转换图。等价状态是指输入相同、输出相同、转至次态也相同的重复状态。

4)状态分配,即对状态进行编码,给每个状态确定一个二进制编码。因为电路的状态是用触发器状态的不同组合表示的,所以状态分配前要确定触发器的数目n,为获得M个状态组合,应取2n-1

5)确定触发器的类型,根据状态转换图(或状态转换表)及触发器的特性,求出触发器的驱动方程和输出方程。

6)画出逻辑电路图。

7)检查所设计的电路是否具有自启动能力。如无自启动能力,则需要修改设计。

时序逻辑电路在实际中的应用

时序逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路,其特点是电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号,而且与电路的原状态有关,具有记忆功能。构成组合逻辑电路的基本单元是逻辑门,而构成时序逻辑电路的基本单元是触发器。时序逻辑电路在实际中的应用很广泛,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能见到。主要介绍典型的时序逻辑部件:集成计数器的识别与应用,集成寄存器的识别与应用;时序逻辑电路的分析和设计。

计数器在计算机及各种数字仪表中应用广泛,具有记忆输入脉冲个数的功能,还可以实现分频、定时等。计数器种类繁多,按技术体制可分为二进制计数器和N进制计数器;按增减趋势可分为加计数器和减计数器;按技术脉冲引入方式可分为同步计数器和异步计数器。同步计数器的特点是构成计数器的所有触发器共用同一个时钟脉冲,触发器的状态同时更新,计数速度快;而异步计数的特点是构成计数器的触发器不共用同一个时钟脉冲,所有触发器更新状态的时刻不一致,计数速度相对较慢。 在实际应用中,计数器是以集成电路形式存在的,主要有集成二进制计数器、集成十进制计数器两大类,其他进制计数器可由它们通过外电路设计来实现。在每一大类计数器中,又以同步与异步、加计数与可逆计数来细分。

寄存器具有接收数码、存放或传递数码的功能,由触发器和逻辑门组成。其中,触发器用来存放二进制数,逻辑门用来控制二进制数的接收、传送和输出。由于一个触发器只能存放1位二进制数,因此,存放n位二进制数的n位寄存器,需要n个触发器来组成。寄存器有数码寄存器和移位寄存器2种。输入输出方式有并入-并出、并入-串出、串入-并出、串入-串出4种。当寄存器的每一位数码由一个时钟脉冲控制同时接收或输出时,称为并入或并出。而每个时钟脉冲只控制寄存器按顺序逐位移入或移出数码时,称为串入或串出。移位寄存器除了具有存储数码的功能以外,还具有移位功能。所谓移位功能,是指寄存器里存储的数码能在时钟脉冲作用下依次左移或右移。因此,移位寄存器不仅可以用来寄存数码,而且可以用来实现数码的串行-并行转换。

时序逻辑电路的分析实际上是一个读图、识图的过程,就是根据给定的时序逻辑电路,通过分析其状态和输出信号在输入变量和时钟作用下的转换规律,理解其逻辑功能和工作特性。时序逻辑电路的设计是时序逻辑电路分析的逆过程,就是根据给定的逻辑问题,设计出满足要求的时序逻辑电路。设计时序逻辑电路的任务就是根据给定的逻辑问题,设计出满足要求的时序逻辑电路。在实际应用中,常用集成触发器和门电路配合来设计时序逻辑电路。通常,电路设计最简的标准是:所用的触发器和门电路的数量以及门的输入端数目尽可能少。

1. 时序逻辑电路分析的一般步骤

时序逻辑电路分析的一般步骤可归纳为:写方程式、求状态方程、进行计算、画状态转换图(或状态转换表)、确定电路的逻辑功能等。

1)写方程式

仔细观察、分析时序电路,然后再逐一写出以下3个方程。

① 时钟方程:各个触发器时钟信号的逻辑表达式。

② 输出方程:时序电路各个输出信号的逻辑表达式。

③ 驱动方程:各个触发器输入端信号的逻辑表达式。

2)求状态方程

把驱动方程代入相应触发器的特性方程,即可求出时序电路的状态方程。

3)进行计算

把电路输入和现态的各种可能取值,代入状态方程和输出方程进行计算,求 出相应的次态和输出。

4)画状态转换图

5)确定电路的逻辑功能

根据状态转换图确定电路的逻辑功能,必要的话,可用文字详细描述。

2. 时序逻辑电路设计的一般步骤

时序逻辑电路设计的一般步骤是:根据逻辑要求,确定电路状态转换规律,并由此求出各触发器的驱动方程和输出方程,最后画出相应的逻辑电路图。具体过程如下:

1)根据设计要求和给定条件,确定电路内部状态。

2)画出状态转换图或状态转换表,即建立原始状态转换图。

3)状态化简。即合并等价状态,画出最简状态转换图。等价状态是指输入相同、输出相同、转至次态也相同的重复状态。

4)状态分配,即对状态进行编码,给每个状态确定一个二进制编码。因为电路的状态是用触发器状态的不同组合表示的,所以状态分配前要确定触发器的数目n,为获得M个状态组合,应取2n-1

5)确定触发器的类型,根据状态转换图(或状态转换表)及触发器的特性,求出触发器的驱动方程和输出方程。

6)画出逻辑电路图。

7)检查所设计的电路是否具有自启动能力。如无自启动能力,则需要修改设计。


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