呂小紅
摘 要:《電子線路》是對(duì)口單招中多個(gè)專業(yè)必修的一門(mén)課程,時(shí)序邏輯電路分析又是要求重點(diǎn)掌握和必考的內(nèi)容。教師要通過(guò)例題,讓學(xué)生了解時(shí)序邏輯電路功能分析的常用步驟和方法。
關(guān)鍵詞: 對(duì)口單招;時(shí)序電路;功能分析
日前梳理教學(xué)知識(shí)點(diǎn),翻開(kāi)學(xué)生錯(cuò)題集,發(fā)現(xiàn)不管是電子電工專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)還是計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生,在《電子線路》一書(shū)時(shí)序邏輯電路的分析一章的學(xué)習(xí)中都碰到了很大的困難。較多的學(xué)生在分析電路的功能時(shí)總會(huì)不知所措,而歷年單招高考中時(shí)序邏輯電路的分析是要求重點(diǎn)掌握的,也是必考的。
時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)是,電路在某一時(shí)刻的輸出不僅與當(dāng)前輸入各變量的狀態(tài)組合有關(guān),還與電路原來(lái)的輸出狀態(tài)有關(guān),因此它具有記憶功能。從電路結(jié)構(gòu)上看,時(shí)序電路主要由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路組成,根據(jù)存儲(chǔ)電路中各觸發(fā)器狀態(tài)變化的特點(diǎn),時(shí)序電路又分為同步時(shí)序和異步時(shí)序兩類。在同步電路中,所有觸發(fā)器的變化都是在同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)作用下同時(shí)發(fā)生的;而在異步電路中,各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)不是同一個(gè),觸發(fā)器的變化也不是同時(shí)發(fā)生的,而是有先有后的。本文就針對(duì)同步和異步時(shí)序電路,根據(jù)自己的教學(xué),總結(jié)出一個(gè)完整的解題思路,希望能幫助讀者提高時(shí)序電路的解題分析能力。時(shí)序邏輯電路分析的一般步驟如下。
(1)看清電路。根據(jù)給定的電路,看清它的組成部分(幾個(gè)觸發(fā)器、什么類型的觸發(fā)器),找出各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)、輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
(2)寫(xiě)出方程。①寫(xiě)出時(shí)鐘方程。同步時(shí)序電路各時(shí)鐘方程是一樣的;異步時(shí)序電路各觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖是獨(dú)立的,在分析電路時(shí),特別要仔細(xì)。②寫(xiě)出輸入方程,也稱驅(qū)動(dòng)方程。比如是JK觸發(fā)器,找J和K的信號(hào)源;D觸發(fā)器,找D的信號(hào)源,T觸發(fā)器找T的信號(hào)源。③將各觸發(fā)器的輸入方程代入其特征方程,并進(jìn)行計(jì)算,即可得到簡(jiǎn)化后的各觸發(fā)器的狀態(tài)方程。
(3)畫(huà)出時(shí)序圖,轉(zhuǎn)換成狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。
(4)描述時(shí)序電路的功能。一般由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖分析時(shí)序電路的功能比較直觀,由它進(jìn)行文字概括電路的功能比較容易。
例1:時(shí)序電路如圖,各觸發(fā)器的初態(tài)均為0。說(shuō)明電路的邏輯功能。(2011年電子電工專業(yè)高考題)
解:電路分析如下:本例電路由3個(gè)JK觸發(fā)器組成,受同一個(gè)CP下降沿控制,是屬于同步時(shí)序電路。時(shí)鐘方程:CP0=CP1=CP2=CP下降沿有效,輸入方程:J0=K0=1,J1=K1=Q0n,J2=K2=Q0n Q1n,JK觸發(fā)器的特征方程:Qn+1=JQn+KQn,將各輸入方程代入特征方程并化簡(jiǎn),得狀態(tài)方程:Q0 (n+1)=J0Q0n+K0Q0n=1Q0n+1Q0n=Q0n,Q1 (n+1)=J1Q1n +K1Q1n =Q0n Q1n +Q0nQ1n ,Q2 (n+1)=J2Q2n +K2Q2n =Q0n Q1n Q2n+(Q0n+Q1n )Q2n。根據(jù)題意各觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0,逐步計(jì)算出各個(gè)有效脈沖下觸發(fā)器的狀態(tài),依次畫(huà)出時(shí)序圖,整理成狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的分析可知,電路來(lái)8個(gè)脈沖循環(huán)一次,并且在CP脈沖的作用下,8種狀態(tài)是按遞減的規(guī)律變化的,所以該電路是一個(gè)同步八進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。
例2:時(shí)序邏輯電路如圖,各觸發(fā)器的初始狀態(tài)都為0,問(wèn)電路實(shí)現(xiàn)了什么邏輯功能?(2011年機(jī)電專業(yè)高考題)
解:電路分析如下:本例電路由3個(gè)JK觸發(fā)器組成,各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)不是由同一時(shí)鐘脈沖提供的,是屬于異步時(shí)序電路。時(shí)鐘方程:CP0=CP下降沿有效,CP1=Q0下降沿有效,CP2=CP下降沿有效。輸入方程:J0=Q2n,K0=1,J1=K1=1,J2=Q0nQ1n,K2=1, JK觸發(fā)器的特征方程:Qn+1=JQn+KQn,將各輸入方程代入特征方程并化簡(jiǎn),得狀態(tài)方程:Q0(n+1)=J0Q0n+K0Q0n=Q2nQ0n+1Q0n=Q2nQ0n,Q1 (n+1)=J1Q1n+K1Q1n=1Q1n+1Q1n=Q1n,Q2(n+1)=J2Q2n
+K2Q2n=Q0n Q1nQ2n。根據(jù)題意,各觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0,逐步計(jì)算出各個(gè)有效脈沖下觸發(fā)器的狀態(tài),依次畫(huà)出時(shí)序圖,整理成狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的分析可知,電路來(lái)5個(gè)脈沖循環(huán)一次,并且在時(shí)鐘脈沖的作用下,5種狀態(tài)是按遞增的規(guī)律變化的,所以該電路是一個(gè)異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。
通過(guò)兩道例題,我們可以從解題步驟上看到,不管是同步時(shí)序電路還是異步時(shí)序電路,在分析電路的功能時(shí)采用的分析步驟是一樣的,兩者的方法是可以統(tǒng)一的。只要你看清時(shí)鐘信號(hào)、輸入信號(hào),牢記各類觸發(fā)器的特征方程式,就可以通過(guò)代入、計(jì)算得到每次時(shí)鐘脈沖作用下對(duì)應(yīng)觸發(fā)器的輸出狀態(tài),從而依次畫(huà)出時(shí)序圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,最后歸納總結(jié)出電路的功能。
(昆山第一中等專業(yè)學(xué)校)