同步时序电路.docx

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1、同步时序电路的分析及设计摘要：虽然组合逻辑电路能够很好地处理像加、减等这样的操作，但是要单独使用组合逻辑电路，使操作 按照一定的顺序执行，需要串联起许多组合逻辑电路，而要通过硬件实现这种电路带价是很大的，并且灵 活性也很差。为了实现一种有效而且灵活的操作序列，我们需要构造一种能够存储各种操作之间的信息的 电路，我们称这种电路为时序电路。关键词：同步时序电路，状态转换，逻辑功能Synchronous sequential circuits analysis and designChenyuling(school of computer science and engineering,WenZho

2、u University， 09electrical science)Abstract: although the assembly logic circuit can easily handle such as addition, subtraction, but to the operation of the assembly logic circuit used alone, operation according to certain order execution, need series connection has many assembly logic circuit, and

3、 through the hardware realization this circuit with price is great, and flexibility are very poor also. In order to achieve a powerful and flexible operation sequences, we need to construct a able to store information between various operating circuits, we say the circuit as the sequential circuits.

4、 Keywords: synchronous sequential circuits, state transition, logical functions1、时序电路的特点及其结构在有些逻辑电路中，任一时刻的输出信号不仅取决于该时刻输入信号，而且还与原来的 状态有关，或者说，与原来的输入信号有关，具备这种功能的电路被称为时序逻辑电路，简 称时序电路。时序电路具有记忆能力，能保存电路原来的输入状态。从电路组成上看，时序 电路中含有储存电路，以便储存电路某一时刻之前的状态，这些储存电路多数有触发器构成。 时序电路的基本结构如下图所示，它与组合电路和存储电路两部分组成。存储元件是能够存 储二进制

5、信息的电路。存储元件在某一时刻存储的二进制信息定义为该时刻存储元件的状 态。时序电路通过其输入端从周围接受二进制信息。时序电路的输入以及存储元件的当前状 态共同决定了时序电路输出的二进制数据，同时它们也确定了存储元件的下一个状态。从框 图中我们可以看出，时序电路的输出不仅仅是输入的函数，而且也是存储元件的当前状态的 函数。存储元件的下一个状态也是输入以及当前状态的函数。因此，时序电路可以由输入内部状态和输出构成的时间序列完全确定。Z1Zn本次主要讨论同步时序电路。2、同步时序电路的分析步骤2. 1同步时序电路的分析一般可以按照下述步骤进行1、根据给定的同步时序电路列写方程，主要方程有：时序电路

6、的输出方程，各触发器 的驱动方程。2、将触发器的驱动方程代入对应触发器的特征方程，求出各触发器的状态方程，也就 是时序电路的状态方程。3、根据时序电路的输出方程和状态方程，计算时序电路的状态转换表、画出状态转换 图或时序图。描述时序电路状态转换的方式可以使状态转换表，状态转换图或时序图三种形式的任何 一种，它们之间可以互相转换。状态转换表也称态序表。4、根据上述分析结果，用文字描述给定同步时序电路的逻辑功能。2.2时序电路分析举例试分析下面的电路图所示同步计数器，由JK触发器构成。写出状态转换表与状态转换 图，并说明该计数器的模是多少。驱动方程：r/o = Qi灼=1J,知Kt =(?0状态方

7、程：,。防+1 = Qi。t，0m =。01 +祝。1Q” =。00根据状态方程，求出状态转换表。状态转换表：初态次态由状态转换表得到状态转换图。状态转换图：该计数器是一个模等于5的计数器。3、同步时序电路的设计步骤3.1设计同步时序电路的设计一般步骤1、根据给定的逻辑功能建立原始状态转换图分析给定的逻辑问题。定义输入变量、输出变量以及电路的状态，状态可以用字母或数 字表示。根据实际的逻辑问题，分析每一种输入信号情况下的状态变化和相应的输出，从而 构成原始状态转换图或原始状态转换表。建立原始状态转换图或状态表时，需要根据设计要求，对所设计同步时序电路的工作情 况进行全面细致的分析，明确电路的输

8、入和输出，输入和输出之间的关系以及状态之间的转 换关系，才能建立正确的状态转换图。状态转换图或状态表是用图形或表格形式反映同步时序电路的逻辑特性，是设计时序电 路的依据，其他各个设计步骤都是在状态转换图或状态转换表的基础上进行的。正确做出状 态转换图或状态转换表，是设计是学电路最关键的一步。2、状态化简原始状态转换图不一定是最贱状态，可能包含多余的状态，状态数目越多，设计的电路 越复杂。状态化简，即进行状态合并，求出最小化地状态转换图或状态转换表。对于任意两个或两个以上状态，不论同时加入何种香甜的输入序列，电路均产生相同的 输出序列，即状态转换效果相同，称这些状态为等价状态。邓加状态可以合并为

9、一个状态。 否则为不等价状态，不能合并。3、状态编码对化简后的状态转换表中每一个状态用一个二进制代码来表示，即进行状态编码，也叫 状态分配。状态编码不同，实现的电路也就不同，选择合理的编码方案，会得到简捷的设计 电路。n个触发器可以组成2圣个二进制代码。如果最简状态图总共有M个状态，则需要M个 二进制代码来表示。所需触发器个数n可以按下式计算：2n-1M=2n4、选择触发器选择不同类型的触发器，设计出的电路不同。选什么类型的触发器，首先从整机所用器 件统一化考虑，再从电路最简考虑。利用编码后的状态转换表，根据选定触发器的类型，求 驱动方程和输出方程。5、画逻辑电路图6、画全状态转换图全状态转换

10、图是指包含所有触发器状态组合的转换图。画状态转换图是为了检查是否符 合设计要求，电路能否自启动，符合要求，设计完毕。否则，需修改设计。若电路进入无效状态后，能自动返回有效状态，称电路能自启动。否则电路不能自启动。3.2同步时序电路设计举例设计一个同步时序电路，识别串行输入码X中01码，即当X中01码时输出Z为1，而 其他输入码时，输出Z为0，用JK触发器实现。解：根据设计要求。电路应有一个输入信号X坏人一个输出信号Z。该时序电路只有一 个输入，所以每个现态可能有两个转移方向。设电路的初态为A，若输入X为1，停在状态A，电路输出为0；若输入X为0。，意味 着出现了需要识别01序列的第一位代码0，

11、电路从初态A进入次态B，电路输出仍为0。若电路处于状态皿输入X为0时，可能是有一个序列的第一位代码0，电路停在状态 B，输出Z为0；若输出X为1，表示出现了被识别01序列的第二位代码1，电路回到初始 状态A。根据上述分析，求出原始状态转换表。原始状态转换表：将原始状态转换表用二进制代码进行编码，表中A、B两个状态，用1位编码0和1分 别代表A、B两个状态。状态转换表：由于状态转换表比较简单，可直接写出状态方程和输出方程:根据状态方程以及题目规定使用的JK触发器，求触发器的驱动方程:最后，根据驱动方程和输出方程画出逻辑图。4、常见的一些触发器4.1JK触发器逻辑图:逻辑符号CPQJK特征方程:4.2基本RS触发器逻辑图及逻辑符号状态方程4.3维持阻塞D触发器逻辑符号特征方程:5、总结刚开始可能会觉得时序电路很难，但是慢慢分析，发掘，其实也就这么一回事。这些都 是有规律可寻的，大概总结一下也就这么点。参考文献：数字电子技术基础第二版侯建军