集成电路(jíchéng-diànlù)时序电路分析与设计时序电路按其工作方式可分为同步(tóngbù)时序电路和异步时序电路。同步(tóngbù)时序电路的存储器件由时钟控制触发器组成，并且有统一的时钟信号，只有当时钟信号到来时，电路状态(y1，y2，…，yr)才发生变化。其余时间，即使输入发生变化，电路的状态也不会改变。时钟信号来之前的状态称为现态，记为(右上标也可省略)；时钟信号到来之后的电路状态称为次态，记为。异步时序电路的存储器件可为触发器或延迟元件，电路中没有统一的时钟信号。由于(yóuyú)时序电路与组合逻辑电路在结构和性能上不同，因此在研究方法上两者也有所不同。组合逻辑电路的分析和设计所用到的主要工具是真值表，而时序电路的分析和设计的用到的工具主要是状态表和状态图。同步时序电路在形式上又分成Mealy型和Moore型，它们在用状态表、状态图描述时其格式略有不同。型电路型电路型电路(diànlù)Mealy型同步时序电路状态表的格式如表5-1所示。表格的上方从左到右列出输入x1，x2，…，xn的全部组合，表格左边从上到下列出电路的全部状态y，表格的中间列出对应不同输入组合的现态下的次态yn+1和输出Z。这个表的读法是，处于(chǔyú)状态y的时序电路，当输入x时，输出为Z，在时钟脉冲作用下，电路进入次态yn+1.Mealy型电路状态图y型电路(diànlù)现态y5.2同步时序(shíxù)逻辑电路的分析同步(tóngbù)时序逻辑电路的分析方法下面介绍两种分析方法的一般步骤。1)表格法的一般步骤(1)根据给定的同步时序逻辑电路，写出输出函数表达式和激励函数表达式。(2)列出激励矩阵，即将激励函数以卡诺图的形式表示(biǎoshì)出来，若干个激励合成激励矩阵。(3)根据所用触发器的状态表及激励矩阵、输出矩阵(输出函数的卡诺图形式)形成Y-Z矩阵。Y-Z矩阵实际就是二进制形式的状态表。(4)由Y-Z矩阵可得时序电路的状态表、状态图。(5)假定某一输入序列画出时间图，并用文字描述电路的逻辑功能。2)代数法的一般步骤(1)同表格法的(1)。(2)把激励函数表达式代入该电路(diànlù)触发器的次态方程，导出电路(diànlù)的次态方程组。(3)根据电路(diànlù)的次态方程组和输出函数表达式作出同步时序电路(diànlù)的状态表，画出状态图。(4)同表格法(5)。两种方法的本质是相同的，视具体情况灵活选用。例5.1分析图5-7同步时序电路的逻辑功能。假定(jiǎdìng)在初态00时，输入x的序列0000011111，画出时间图。用表格法：将激励函数、输出(shūchū)函数表示在卡诺图上。将J、K的卡诺图合并画到一个卡诺图上便得电路(diànlù)的激励矩阵。再根据JK触发器的状态表和输出矩阵，可将激励矩阵转换成Y-Z矩阵。该电路是一个Mealy型时序电路。由状态表和状态图可以看出，当输入x=0时，在时钟脉冲CP的作用下，电路的状态按加1顺序变化，即:00→01→10→11→00→…当x=1时，在时钟脉冲CP的作用下，电路的状态按减1顺序变化，即:11→10→01→00→11→…因此，该电路既具有加1计数功能(gōngnéng)，又具有减1计数功能(gōngnéng)，且四个状态为一个循环，是一个模4的二进制可逆计数器。假定计数器的初态y1y0为00(即q1)，输入x的序列为0000011111，计数器在时钟脉冲CP控制下工作(gōngzuò)。下面先利用状态图作出时序电路的状态响应序列，而后再作时间图。状态响应序列如下：CP12345678910x0000011111y(Y)q1q2q3q4q1q2q1q4q3q2Z1111100110例5.1用代数(dàishù)法将电路(diànlù)的次态方程组表示到卡诺图上:例5.2分析(fēnxī)下图所示的同步时序电路由状态图还可看出，图左半部8个状态形成闭环，称为(chēnɡwéi)“有效序列”，右半部8个状态称为(chēnɡwéi)“无效序列”。如果该时序电路在某种偶然因素作用下，使电路处于“无效序列”中的某一状态，则它可以在时钟脉冲CP的作用下，经过若干个节拍后，自动进入有效序列。因此，该计数器称为(chēnɡwéi)具有自恢复功能的扭环移位计数器。例5.3分析下图的串行加法器电路，该电路有两个输入端x1和x2，用来输入加数和被加数。有一个输出端Z，用来输出相加的“和”。JK触发器用来存储“进位(jìnwèi)”，其状态为低位向本位的进位(jìnwèi)，为本位向高位的进位(jìnwèi)。设电路初始状态为0。加数x1=1011，被加数x2=0011，加