异步时序电路的分析与设计学习培训课件.ppt

1、6.16.1脉冲异步时序电路概述脉冲异步时序电路概述6.2 6.2 脉冲异步时序电路的分析脉冲异步时序电路的分析6.3 6.3 脉冲异步时序电路的设计脉冲异步时序电路的设计第六章第六章 异步时序电路的分析与设计异步时序电路的分析与设计第六章第六章异步时序电路的分析与设计异步时序电路的分析与设计6.1脉冲异步时序电路概述脉冲异步时序电路概述组合电路组合电路存储电路存储电路x1xnz1zmy1ylY1YrCLK1r异步时序电路的特点：异步时序电路的特点：输入信号输入信号X呈无规呈无规律性律性 只有当只有当X到来时，到来时，电路才能发生变化电路才能发生变化 所有触发器的时钟所有触发器的时钟信号也是由

2、组合电信号也是由组合电路产生，且不一定路产生，且不一定同时到来，也呈无同时到来，也呈无规律性规律性脉冲脉冲异步时序异步时序电路与电路与同步同步时序电路时序电路相同点相同点是：是：状态的状态的改变改变都都依赖于外加依赖于外加脉冲。脉冲。存储元件都是存储元件都是触发器触发器。脉冲脉冲异步时序异步时序电路与电路与同步同步时序电路的时序电路的差异差异是：是：脉冲异步时序电路脉冲异步时序电路无外加的统一无外加的统一的时钟脉冲。的时钟脉冲。输入变量输入变量x为脉冲信号，由为脉冲信号，由输入脉冲直接引起输入脉冲直接引起电路电路的状态改变。的状态改变。由次态逻辑产生各触发器由次态逻辑产生各触发器控制输入信号控

3、制输入信号(Y1,Y2,Yr),而且还产生时间有先后的各触发器的而且还产生时间有先后的各触发器的时时钟控制信号钟控制信号(CLK1,CLK2,CLKr)。脉冲异步时序电路脉冲异步时序电路输入的限制输入的限制：不允许两根或两根以上输入线上不允许两根或两根以上输入线上同时有同时有输入脉冲。输入脉冲。在上一个输入脉冲引起的电路状态变化在上一个输入脉冲引起的电路状态变化未稳定未稳定以前，不允许以前，不允许加入新的输入脉冲。加入新的输入脉冲。脉冲异步时序电路的电路结构脉冲异步时序电路的电路结构Mealy型电路结构输入输入x1,x2,xnCLK1,CLK2,CLKr控制变量控制变量y1,y2,yrz1,z

4、2,zm输出输出现态现态Y1,Y2,Yr输出输出逻辑逻辑状态状态存储器存储器次态次态逻辑逻辑输入输入x1,x2,xnCLK1,CLK2,CLKr控制变量控制变量y1,y2,yrz1,z2,zm输出输出现态现态Y1,Y2,Yr输出输出逻辑逻辑状态状态存储器存储器次态次态逻辑逻辑Moore型电路结构型电路结构6.2脉冲异步时序电路的分析脉冲异步时序电路的分析脉冲异步时序电路的分析步骤基本上脉冲异步时序电路的分析步骤基本上与同步电路与同步电路一样一样，仅作以下修改：，仅作以下修改：输入变量输入变量取值为取值为1表示表示有脉冲信号有脉冲信号，取值为，取值为0表示表示无无脉冲信号。脉冲信号。触发器的触发

5、器的时钟输入端时钟输入端也按上述规定。也按上述规定。控制函数包括触发器的控制输入控制函数包括触发器的控制输入(Y1,Y2,Yr)及触发及触发器的时钟输入器的时钟输入(CLK1,CLK2,CLKr)。两个或两个以上的输入变量两个或两个以上的输入变量不能同时为不能同时为1；输入变量输入变量全为全为0时，电路状态不变。时，电路状态不变。例例1试分析如图所示电路。试分析如图所示电路。CLKQQDCLKQQD1&zy2/y2/y1y1xCLK1CLK2D2D1D1=y1D2=y1CLK1=xy1+xy2CLK2=xy2+xy1Z=xy1y2分析步骤如下：分析步骤如下：列出输出函数输出函数和控制函数控制函

6、数表达式：D1=y1D2=y1CLK1=xy1+xy2CLK2=xy2+xy1Z=xy1y2D1=y1D2=y1CLK1=xy1+xy2CLK2=xy2+xy1Z=xy1y2分析步骤如下：分析步骤如下：列出列出输出函数输出函数和和控制函数控制函数表达式：表达式：列出列出状态真值表状态真值表和和次态真值表次态真值表，见下页。，见下页。当当x=0时，电路状态不变，讨论时，电路状态不变，讨论(略略)；当当x=1时，列次态真值表的原则是：时，列次态真值表的原则是：当当CLK=0时，时，则则Qn+1=Q当当CLK=1时，时，则则Qn+1=DD1=y1D2=y1CLK1=xy1+xy2CLK2=xy2+x

7、y1Z=xy1y2状态真值表和次态真值表状态真值表和次态真值表现态现态 输入输入次态次态y2y1xCLK2CLK1D2D1Zy2n+1y1n+10011011010011010000010111110111111100100组组合合电电路路输输出出D1=y1D2=y1CLK1=xy1+xy2CLK2=xy2+xy1Z=xy1y2状态真值表和次态真值表状态真值表和次态真值表10010/00100/01011/01100/1xy2y1y2n+1y1n+1/Z现态现态 输入输入次态次态y2y1xCLK2CLK1D2D1Zy2n+1y1n+1001101101001101000001011111011

8、1111100100组组合合电电路路输输出出画出画出状态表状态表和和状态图状态图状态表状态表000111101/01/01/11/0状态图状态图由以上分析可以看出，此电路是一个由以上分析可以看出，此电路是一个带进位带进位的的模模3计数器计数器。且具有。且具有自恢复功能自恢复功能。y2n+1y1n+1/z10010/00100/01011/01100/1xy2y1画出画出时间序列图时间序列图状态表000111101/01/01/11/0状态图xy2y1zy2n+1y1n+1/z10010/00100/01011/01100/1xy2y1例例2试分析如图所示的脉冲异步时序电路。试分析如图所示的脉冲

9、异步时序电路。该电路包含两个该电路包含两个/S-/R锁存器锁存器，有三根输入线有三根输入线x3x2x1，是一个，是一个Moore型电路。型电路。列出列出输出函数输出函数及及控制函数控制函数的表达式的表达式1&QQRSQQRSzy1y2/y1/y2/R2/R1/S1/S2y1y1/y1y2y2/y1x3x2x11&1&/S2=x1y1/R2=x3+x2y1/S1=x2y2y1/R1=x1y2+x2y1z=y2+y1=y2y1列出列出状态真值表状态真值表及及次态真值表次态真值表 当当x3=x2=x1=0时，则时，则S2=R2=S1=R1=1电路不变，讨论电路不变，讨论(略略)。当当x3、x2、x1

10、有效且不能同时为有效且不能同时为1时，时，则则若若S=0则则yn+1=1若若R=0则则yn+1=0若若S=R=0则则禁忌禁忌若若S=R=1则则yn+1=y列出列出状态真值表状态真值表及及次态真值表次态真值表现态现态输入输入组组合合电电路路输输出出y2y1x3x2x1/S2/R2/S1/R1Z00100010100001010101000011001010000111010100/S2=x1y1/R2=x3+x2y1/S1=x2y2y1/R1=x1y2+x2y1Z=y2+y1=y2y1列出列出状态真值表状态真值表及及次态真值表次态真值表现态现态输入输入组组合合电电路路输输出出y2y1x3x2x1

11、/S2/R2/S1/R1Z00101110000101111010010110001111110101010101100101110010110010010110101001011000111100110101010010010110/S2=x1y1/R2=x3+x2y1/S1=x2y2y1/R1=x1y2+x2y1Z=y2+y1=y2y1列出列出状态真值表状态真值表及及次态真值表次态真值表现态现态输入输入组组合合电电路路输输出出次态次态y2y1x3x2x1/S2/R2/S1/R1Zy2n+1y1n+10010111010000101111000100101100000111111010101

12、0101010010010111010010110010100101101011100101100000111100101101010100001001011001Si=0yn+1=1Ri=0yn+1=0SiRi=00禁忌禁忌SiRi=11yn+1=y列出列出状态真值表状态真值表及及次态真值表次态真值表现态现态输入输入组组合合电电路路输输出出次态次态y2y1x3x2x1/S2/R2/S1/R1Zy2n+1y1n+10010111010000101111000100101100000111111010101010101001001011101001011001010010110101110010

13、1100000111100101101010100001001011001Si=0yn+1=1Ri=0yn+1=0SiRi=00禁忌禁忌SiRi=11yn+1=yy2y1x3x2x100000010010100011000111011010010y2n+1y1n+1画出画出状态表状态表和和状态图状态图电路功能说明电路功能说明:从状态从状态00出发出发，顺序输入，顺序输入x1x2x3，则电路状，则电路状态变化为态变化为101101，输出，输出Z为为001。y2n+1y1n+1状态图状态表x2x2x1x2x3x1x3x2x3x1x3x111/000/010/001/100/0 x110/0 x21

14、1/0 x301/1y2y1x3x2x1Z000000100010100011100011100110100000画出画出状态表状态表和和状态图状态图电路功能说明电路功能说明:当电路处于状态当电路处于状态01，输入，输入x3、x1均不能改变电路均不能改变电路状态，仅在输入状态，仅在输入x2时，电路回转到状态时，电路回转到状态00，输出由输出由1变为变为0。y2n+1y1n+1状态图状态表x3x2x2x1x2x3x1x3x2x1x3x111/000/010/001/1x2y2y1x3x2x1Z000000100010100011100011100110100000画出画出状态表状态表和和状态图状

15、态图电路功能说明电路功能说明:因此，此电路是因此，此电路是“x1x2x3”序列检测器。当输序列检测器。当输出为出为1后，只有输入后，只有输入x2才能使其恢复至初态。才能使其恢复至初态。y2n+1y1n+1状态图状态表x3x2x2x1x2x3x1x3x2x1x3x111/000/010/001/1x2y2y1x3x2x1Z0000001000101000111000111001101000006.3脉冲异步时序电路的设计脉冲异步时序电路的设计脉冲异步时序电路的设计步骤基本上与同步的一样，脉冲异步时序电路的设计步骤基本上与同步的一样，但须特别考虑：但须特别考虑：输入信号输入信号x及触发器的时钟信号

16、及触发器的时钟信号CLK取值为取值为:0无脉冲无脉冲1有脉冲有脉冲采用采用简化的状态表和状态图简化的状态表和状态图。在确定控制函数时，不仅要确定各触发器的控制输入信号，在确定控制函数时，不仅要确定各触发器的控制输入信号，而且还需确定各触发器的时钟信号。而且还需确定各触发器的时钟信号。时钟信号时钟信号CLK应是应是现态现态y及及输入输入x的函数的函数各控制信号各控制信号Y应尽量应尽量仅为现态仅为现态y的函数的函数这样能保证电路正常工作所需的这样能保证电路正常工作所需的Y的建立和保持时间。的建立和保持时间。状态不变时，令状态不变时，令CLK=0，这样触发器的数据端变量就可，这样触发器的数据端变量就

17、可视为是视为是无关最小项无关最小项d，有利于函数的化简。，有利于函数的化简。例例用用D触发器设计一个触发器设计一个“x1x1x2”序列检测器。序列检测器。建立建立原始状态图原始状态图和和状态表状态表x1x2AB/0A/0BC/0A/0CC/0D/1DB/0D/0yn+1/Zx1x2yx2/0 x1/0 x2/0 x1/0 x1/0 x2/1x2/0 x1/0 x2/0BDAC状态化简状态化简从原始状态表中可明显从原始状态表中可明显看到看到AD等效，等效，AD合并后可合并后可得到得到最小化状态表最小化状态表。x1x2AB/0A/0BC/0A/0CC/0D/1DB/0D/0yn+1/Zx1x2yx

18、1x2AB/0A/0BC/0A/0CC/0A/1x1x2yyn+1/Z状态化简状态化简从原始状态表中可明显从原始状态表中可明显看到看到AD等效，等效，AD合并后可合并后可得到得到最小化状态表最小化状态表。x1x2AB/0A/0BC/0A/0CC/0A/1状态分配状态分配K=2010AB1Cy2y1x1x20001/000/00111/000/01111/000/1x1x2yyn+1/Zx1x2y1y2y1n+1y2n+1/Z确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数作出作出CLK1、D1、CLK2、D2的卡诺图，的卡诺图，按下列原则进行：按下列原则进行：y1y2=10状态不存在，无关项状态不

19、存在，无关项dx1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110y1n+1y2n+1/Zddddy1y2x1x2ddddy1y2x1x2ddddy1y2x1x2CLK1CLK2ZddddddddD1D2x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dx1x2y1y2则则CLK、D的卡诺图填的卡诺图填d确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数x1x2=11禁止，禁止，则则CLK、D的卡诺图填的卡诺图填d。x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+

20、1/Zdddddddy1y2x1x2dddddddy1y2x1x2dddddddy1y2x1x2CLK1CLK2ZddddddddddddddD1D2x1x2y1y2确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数x1x2=00电路不改变，电路不改变，则则CLK的卡诺图填的卡诺图填0，D的卡诺图填的卡诺图填d，Z的卡诺图填的卡诺图填0。x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+1/Z0d0d0dddddy1y2x1x20d0d0dddddy1y2x1x20d0d0dddddy1y2x1x2CLK1CLK2Zdddddddddd

21、ddddddddddD1D2x1x2y1y2确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数x1x2=01、10当当y1n+1y1时，电路不改变，时，电路不改变，CLK1=0，D1=d(好好)x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+1/Z00d000d0d0ddddy1y2x1x20d0d0dddddy1y2x1x20d0d0dddddy1y2x1x2CLK1CLK2ZddddddddddddddddddddddddD1D2x1x2y1y2确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数x1x2=01、10同样同样当当y2n+1

22、y2时，电路不改变，时，电路不改变，CLK2=0，D2=d(好好)x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+1/Z00d000d0d0ddddy1y2x1x200d0d00d0ddddy1y2x1x20d0d0dddddy1y2x1x2CLK1CLK2ZdddddddddddddddddddddddddddD1D2x1x2y1y2确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数x1x2=01、10当当y1n+1y1时，电路改变，时，电路改变，CLK1=1，D1=y1n+1x1x20001/0 00/00111/0 00/011

23、11/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+1/Z00d000d101d0ddddy1y2x1x200d0d00d0ddddy1y2x1x20d0d0dddddy1y2x1x2CLK1CLK2Zddddddd1d0dddddddddddddddddddD1D2x1x2y1y2确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数x1x2=01、10同样同样当当y2n+1y2时，电路改变，时，电路改变，CLK2=1，D2=yn+1x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+1/Z00d000d101d0ddddy1y2x1

24、x200d101d001d0ddddy1y2x1x20d0d0dddddy1y2x1x2CLK1CLK2Zddddddd1d0ddddddddd1d0ddd0ddddddD1D2x1x2y1y2确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数填输出填输出Zx1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+1/Z00d000d101d0ddddy1y2x1x200d101d001d0ddddy1y2x1x200d000d001d0ddddy1y2x1x2CLK1CLK2Zddddddd1d0ddddddddd1d0ddd0ddddddD

25、1D2x1x2y1y2确定确定控制函数控制函数及及输出函数输出函数寻找最小覆盖寻找最小覆盖CLK1=x2y1+x1y1y2D1=y1CLK2=x2y2+x1y2D2=y2Z=x2y1x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/110dd/d dd/dy1n+1y2n+1/Z00d000d101d0ddddy1y2x1x200d101d001d0ddddy1y2x1x200d000d001d0ddddy1y2x1x2CLK1CLK2Zddddddd1d0ddddddddd1d0ddd0ddddddD1D2x1x2y1y2画出画出电路图电路图CLKQQDCLKQQD1&

26、zy1/y2/y1y2CLK2CLK1D1D2x2x1&关于电路关于电路挂起挂起的讨论的讨论在设计中在设计中y1y2=10为多余状态，为多余状态，必须讨论：如果发生某种干扰使电必须讨论：如果发生某种干扰使电路处于路处于y1y2=10状态时有否挂起情状态时有否挂起情况。况。x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/11011/0 dd/d00d000d101d0ddddy1y2x1x200d101d001d0ddddy1y2x1x2CLK1CLK2ddddddd1d0ddddddddd1d0ddd0ddddddD1D2当当x1=1，CLK1=0，D1=0y1n+1=

27、y1=1；CLK2=1，D2=1y2n+1=D2=1；输出输出Z=000d000d001d0ddddZx1x2y1y2关于电路关于电路挂起挂起的讨论的讨论当当x2=1CLK1=1，D1=0y1n+1=D1=0；CLK2=0，D2=1y2n+1=y2=0；输出输出Z=1x1x20001/0 00/00111/0 00/01111/0 00/11011/0 00/100d000d101d0ddddy1y2x1x200d101d001d0ddddy1y2x1x2CLK1CLK2ddddddd1d0ddddddddd1d0ddd0ddddddD1D200d000d001d0ddddZ此电路此电路无挂起状况无挂起状况。但在但在y1y2=10,x2=1时，时，有一个错误的输有一个错误的输出出1，修改输出函数表，修改输出函数表达式：达式：Z=x2y1y2x1x2y1y2第六章 习题无！