同步时序逻辑电路的分析举例

发布时间:2024-02-16
例1 试分析图1所示时序逻辑电路
解:分析过程如下:
1.写出各逻辑方程式
(1)这是一个同步时序电路,各触发器cp 信号的逻辑表达式可以不写。
(2)输出方程z =q1nq0n
(3)驱动方程
j0=1 k0=1
2.将驱动方程代入相应的jk触发器的特征方程,求得各触发器的次态方程为:
图1 例1的逻辑电路图
3. 列状态表,画状态图和时序图
列状态表是分析时序逻辑电路的关键一步,其具体做法是:先填入电路现态qn(本例中为q1n ,q0n )的所有组合状态以及输入信号x的所有组合状态,然后根据输出方程及状态方程,逐行填入当前输出z的相应值,以及次态qn+1(q1n+1 ,q0n+1)的相应值。该电路的状态表如表1。根据状态表可作出状态图,如图2所示。
表1例1的状态表
设电路的初始状态为q1nq0n=00,根据状态表和状态图,可画出在一系列cp 脉冲作用下电路的时序图,如图3所示。
图2 例1的状态图
图3例1电路的时序图
4.逻辑功能分析
由该例的状态图就可看出,此电路是一个可控计数器。当x=0时,进行加法计数,在时钟脉冲作用下,q1q0的数值从00到11递增,每经过4个时钟脉冲作用后,电路的状态循环一次。同时在z 端输出一个进位脉冲,因此,z 是进位信号。当x=1时,进行减1计数,z 是借位信号。
例2 分析图4所示的逻辑电路
图4例2的逻辑电路图
解:由图4可见,这是一个同步时序逻辑电路,电路中没有输入信号x,而且电路的输出直接由各触发器的q 端取出。分析过程如下:
1. 写出各逻辑方程
(1) 输出方程 z0=qon z1=q1n z2=q2n
(2) 驱动方程 d0=q0nq1n d1=q0n d2=q1n
2. 将驱动方程代入相应的d触发器的特性方程,求得各d 触发器的次态方程
q0n+1=d0=q0nq1n, q1n+1=d1=q0n, q2n+1=d2=q1n
3. 列状态表,画状态图和时序图
表2例2的状态表
q2n
q1n
q0n
q2n+1
q1n+1
q0n+1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
图5例2的状态图
图6 例2的时序图
从状态图可见,001,010,100这3个状态形成了闭合回路,在电路正常工作时,电路状态总是按照回路中的箭头方向循环变化,这3个状态构成了有效序列,称它们为有效状态,其余的5个状态称为无效状态(或偏离态)。
4. 逻辑功能分析
该电路的状态表和状态图不太容易直接看出此电路的逻辑功能,而由它的时序图可见,这个电路在正常工作时,各触发器的q 端轮流出现一个脉冲信号,其宽度为一个cp 周期,即1tcp ,循环周期为3tcp ,这个动作可以看作是在cp 脉冲作用下,电路把宽度为1tcp 的脉冲依次分配给q0,q1,q2各端,所以此电路的功能为脉冲分配器或节拍脉冲产生器。由状态图可知,若此电路由于某种原因进入无效状态时,在cp 脉冲作用后,电路能自动回到有效序列,这种能力称为电路具有自启动能力。
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