3时序逻辑基础
数电基础：时序逻辑电路
数电基础：时序逻辑电路虽然每个数字电路系统可能包含有，但是在实际应⽤中绝⼤多数的系统还包括，我们将这样的系统描述为时序电路。
时序电路是由最基本的加上反馈逻辑回路（输出到输⼊）或器件组合⽽成的电路，与最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。
1. 简介是数字逻辑电路的重要组成部分,时序逻辑电路⼜称,主要由 存储电路 和 组合逻辑电路 两部分组成。
它和我们熟悉的其他电路不同,其在任何⼀个时刻的输出状态由当时的输⼊信号和电路原来的状态共同决定,⽽它的状态主要是由存储电路来记忆和表⽰的。
同时时序逻辑电路在结构以及功能上的特殊性,相较其他种类的数字逻辑电路⽽⾔,往往具有难度⼤、电路复杂并且应⽤范围⼴的特点 。
在数字电路通常分为和时序逻辑电路两⼤类，组合逻辑电路的特点是输⼊的变化直接反映了输出的变化，其输出的状态仅取决于输⼊的当前的状态，与输⼊、输出的原始状态⽆关，⽽是⼀种输出不仅与当前的输⼊有关，⽽且与其输出状态的原始状态有关，其相当于在组合逻辑的输⼊端加上了⼀个反馈输⼊，在其电路中有⼀个存储电路，其可以将输出的状态保持住，我们可以⽤下图的框图来描述时序电路的构成。
从上⾯的图上可以看出，其输出是输⼊及输出前⼀个时刻的状态的函数，这时就⽆法⽤组合逻辑电路的函数表达式的⽅法来表⽰其输出函数表达式了，在这⾥引⼊了现态（Present state)和次态（Next State)的概念,当现态表⽰现在的状态（通常⽤Qn来表⽰），⽽次态表⽰输⼊发⽣变化后其输出的状态 （通常⽤Qn+1表⽰），那么输⼊变化后的输出状态表⽰为Qn+1=f(X,Qn)，其中：X为输⼊变量。
组合电路和存储元件互联后组成了时序电路。
存储元件是能够存储信息的电路。
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。
时序逻辑电路的逻辑函数表达式用三个方程表示,分别是( ),状态方程,驱动方程或激励
时序逻辑电路的逻辑函数表达式通常用三个基本方程来表示，它们分别是：
1. 状态方程（State Equation）：描述了下一个状态如何由当前状态和输入决定。
它通常表示为Q(n+1) = f(Q(n), X)，其中Q(n) 表示当前状态，Q(n+1) 表示下一个状态，X 表示输入，f 是一个逻辑函数。
2. 输出方程（Output Equation）或驱动方程（Drive Equation）：描述了输出如何由当前状态和输入决定。
它通常表示为Y = g(Q(n), X)，其中Y 表示输出，g 是一个逻辑函数。
3. （有时也包括）激励方程（Excitation Equation）：在某些情况下，激励方程用于描述如何根据当前状态和期望的下一个状态来生成控制信号。
这在设计控制逻辑时特别有用，尤其是在需要确定如何改变状态以达到特定目标时。
请注意，激励方程不是所有情况下都必需的，它通常用于更复杂的时序逻辑设计，如状态机。
在简单的时序逻辑电路中，可能只需要状态方程和输出方程。
综上所述，填空题的答案应该是：
输出方程，状态方程，驱动方程（或激励方程，如果必须选择三个且包括激励方程的话）。
但请注意，通常“驱动方程”和“输出方程”指的是同一个概念，所以可能需要根据上下文来确定最合适的术语。
时序逻辑电路计数器基础介绍
格雷码计数器：使用格雷码进行计数，避免计数过程中的错误
奇偶校验计数器：在计数过程中进行奇偶校验，提高计数的准确性
计数器的应用
01
电子设备：如计算机、手机等设备的计数功能
03
交通控制：如交通信号灯、停车场等设备的计数和控制功能
02
工业控制：如生产线、机器人等设备的计数和控制功能
04
科学实验：如科学研究、实验设备等设备的计数和控制功能
2
功能特点：定时、计数、显示
3
应用效果：提高交通效率，减少交通事故
4
生产线计数
可以帮助生产线管理人员及时发现生产过程中的问题
生产线计数器用于记录生产线上的产品数量
可以实时监控生产线的生产进度和效率
可以为生产计划和生产调度提供数据支持
设计方法：使用硬件描述语言（HDL）进行描述和设计
设计验证：使用仿真工具进行仿真和验证，确保计数器功能正确
04
计数器设计注意事项
确定计数器的类型和功能
考虑计数器的功耗和面积，优化设计
设计计数器的测试方法和验证方法
确定计数器的工作频率和时钟信号
设计计数器的结构，包括触发器、计数器、输出等
设计计数器的输入和输出逻辑，包括复位、置位、计数等
时序逻辑电路广泛应用于各种电子设备，如计算机、通信设备、控制系统等。
时序逻辑电路的分类
同步时序逻辑电路：由统一的时钟信号控制，所有触发器在同一时刻发生变化
异步时序逻辑电路：没有统一的时钟信号，触发器根据各自的输入信号发生变化
组合逻辑电路：没有记忆功能，输出仅取决于当前输入
顺序逻辑电路：具有记忆功能，输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的输入和状态
演讲人
01.
时序逻辑电路知识要点复习
《时序逻辑电路》知识要点复习一、时序逻辑电路1、时序逻辑电路：电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，也与电路原状态有关。
时序逻辑电路具有记忆功能。
2、时序逻辑电路分类：可分为两大类：同步时序电路与异步时序电路。
（1）同步时序电路：各触发器都受到同一时钟脉冲控制，所有触发器的状态变化都在同一时刻发生。
（2）异步时序电路：各触发器没有统一的时钟脉冲(或者没有时钟脉冲)，各触发器状态变化不在同一时刻发生。
计数器、寄存器都属于时序逻辑电路。
3、时序逻辑电路由门电路和触发器组成，触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。
二、计数器1、计数器概述：（1）计数器：能完成计数，具有分频、定时和测量等功能的电路。
（2）计数器的组成：由触发器和门电路组成。
2、计数器的分类：按数制分：二进制计数器、十进制计数器、N 进制(任意进制)计数器；按计数方式分：加法计数器、减法计数器、可逆计数器；按时钟控制分：同步计数器、异步计数器。
3、计数器计数容量（长度或模）:计数器能够记忆输入脉冲的数目，就称为计数器的计数容量（或计数长度或计数模），用 M 表示。
3 位二进制同步加法计数器：M=23=8，n 位二进制同步加法计数器：M=2n，n 位二进制计数器需要用n个触发器。
4、二进制计数器(1)异步二进制加法计数器：如下图电路中，四个JK触发器顺次连接起来，把上一触发器的Q 端输出作为下一个触发器的时钟信号，CP0=CP CP1=QCP2=Q1CP3=Q2，J=K=1J1=K1=1 J2=K2=1 J3=K3=1Q3Q2Q1Q为计数输出，Q3为进位输出，Rd 为异步复位（清0）这样构成了四位异步二进制加计数器。
在计数前清零，Q3Q2Q1Q=0000；第一个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0001；第二个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0010；第三个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0011，……，第15个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=1111，第16个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0000，并向高位输出一个进位信号，当下一个脉冲来时，进入新的计数周期。
数电知识点汇总
数电知识点汇总一、数制与编码。
1. 数制。
- 二进制：由0和1组成，逢2进1。
在数字电路中，因为晶体管的导通和截止、电平的高和低等都可以很方便地用0和1表示，所以二进制是数字电路的基础数制。
例如，(1011)₂ = 1×2³+0×2² + 1×2¹+1×2⁰ = 8 + 0+2 + 1=(11)₁₀。
- 十进制：人们日常生活中最常用的数制，由0 - 9组成，逢10进1。
- 十六进制：由0 - 9、A - F组成，逢16进1。
十六进制常用于表示二进制数的简化形式，因为4位二进制数可以用1位十六进制数表示。
例如，(1101 1010)₂=(DA)₁₆。
- 数制转换。
- 二进制转十进制：按位权展开相加。
- 十进制转二进制：整数部分采用除2取余法，小数部分采用乘2取整法。
- 二进制与十六进制转换：4位二进制数对应1位十六进制数。
将二进制数从右向左每4位一组，不足4位的在左边补0，然后将每组二进制数转换为对应的十六进制数；反之，将十六进制数的每一位转换为4位二进制数。
2. 编码。
- BCD码（Binary - Coded Decimal）：用4位二进制数来表示1位十进制数。
常见的有8421 BCD码，例如十进制数9的8421 BCD码为(1001)。
- 格雷码（Gray Code）：相邻的两个代码之间只有一位不同。
在数字系统中，当数据按照格雷码的顺序变化时，可以减少电路中的瞬态干扰。
例如，3位格雷码的顺序为000、001、011、010、110、111、101、100。
二、逻辑代数基础。
1. 基本逻辑运算。
- 与运算（AND）：逻辑表达式为Y = A·B（也可写成Y = AB），当A和B都为1时，Y才为1，否则Y为0。
在电路中可以用串联开关来类比与运算。
- 或运算（OR）：逻辑表达式为Y = A + B，当A和B中至少有一个为1时，Y为1，只有A和B都为0时，Y为0。
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数字逻辑第四版（欧阳星明著）课后习题答案下载数字逻辑第四版（欧阳星明著）课后答案下载第1章基础概念11.1概述11.2基础知识21.2.1脉冲信号21.2.2半导体的导电特性41.2.3二极管开关特性81.2.4三极管开关特性101.2.5三极管3种连接方法131.3逻辑门电路141.3.1DTL门电路151.3.2TTL门电路161.3.3CML门电路181.4逻辑代数与基本逻辑运算201.4.1析取联结词与正“或”门电路201.4.2合取联结词与正“与”门电路211.4.3否定联结词与“非”门电路221.4.4复合逻辑门电路221.4.5双条件联结词与“同或”电路241.4.6不可兼或联结词与“异或”电路241.5触发器基本概念与分类251.5.1触发器与时钟271.5.2基本RS触发器271.5.3可控RS触发器291.5.4主从式JK触发器311.5.5D型触发器341.5.6T型触发器37习题38第2章数字编码与逻辑代数392.1数字系统中的编码表示392.1.1原码、补码、反码412.1.2原码、反码、补码的运算举例472.1.3基于计算性质的几种常用二-十进制编码48 2.1.4基于传输性质的几种可靠性编码512.2逻辑代数基础与逻辑函数化简572.2.1逻辑代数的基本定理和规则572.2.2逻辑函数及逻辑函数的表示方式592.2.3逻辑函数的标准形式622.2.4利用基本定理简化逻辑函数662.2.5利用卡诺图简化逻辑函数68习题74第3章数字系统基本概念763.1数字系统模型概述763.1.1组合逻辑模型773.1.2时序逻辑模型773.2组合逻辑模型结构的数字系统分析与设计81 3.2.1组合逻辑功能部件分析813.2.2组合逻辑功能部件设计853.3时序逻辑模型下的数字系统分析与设计923.3.1同步与异步933.3.2同步数字系统功能部件分析943.3.3同步数字系统功能部件设计993.3.4异步数字系统分析与设计1143.4基于中规模集成电路(MSI)的数字系统设计1263.4.1中规模集成电路设计方法1263.4.2中规模集成电路设计举例127习题138第4章可编程逻辑器件1424.1可编程逻辑器件(PLD)演变1424.1.1可编程逻辑器件(PLD)1444.1.2可编程只读存储器(PROM)1464.1.3现场可编程逻辑阵列(FPLA)1484.1.4可编程阵列逻辑(PAL)1494.1.5通用阵列逻辑(GAL)1524.2可编程器件设计1604.2.1可编程器件开发工具演变1604.2.2可编程器件设计过程与举例1604.3两种常用的HDPLD可编程逻辑器件164 4.3.1按集成度分类的可编程逻辑器件164 4.3.2CPLD可编程器件1654.3.3FPGA可编程器件169习题173第5章VHDL基础1755.1VHDL简介1755.2VHDL程序结构1765.2.1实体1765.2.2结构体1805.2.3程序包1835.2.4库1845.2.5配置1865.2.6VHDL子程序1875.3VHDL中结构体的描述方式190 5.3.1结构体的行为描述方式190 5.3.2结构体的数据流描述方式192 5.3.3结构体的结构描述方式192 5.4VHDL要素1955.4.1VHDL文字规则1955.4.2VHDL中的数据对象1965.4.3VHDL中的数据类型1975.4.4VHDL的运算操作符2015.4.5VHDL的预定义属性2035.5VHDL的顺序描述语句2055.5.1wait等待语句2055.5.2赋值语句2065.5.3转向控制语句2075.5.4空语句2125.6VHDL的并行描述语句2125.6.1并行信号赋值语句2125.6.2块语句2175.6.3进程语句2175.6.4生成语句2195.6.5元件例化语句2215.6.6时间延迟语句222习题223第6章数字系统功能模块设计2556.1数字系统功能模块2256.1.1功能模块概念2256.1.2功能模块外特性及设计过程2266.2基于组合逻辑模型下的VHDL设计226 6.2.1基本逻辑门电路设计2266.2.2比较器设计2296.2.3代码转换器设计2316.2.4多路选择器与多路分配器设计2326.2.5运算类功能部件设计2336.2.6译码器设计2376.2.7总线隔离器设计2386.3基于时序逻辑模型下的VHDL设计2406.3.1寄存器设计2406.3.2计数器设计2426.3.3并/串转换器设计2456.3.4串/并转换器设计2466.3.5七段数字显示器(LED)原理分析与设计247 6.4复杂数字系统设计举例2506.4.1高速传输通道设计2506.4.2多处理机共享数据保护锁设计257习题265第7章系统集成2667.1系统集成基础知识2667.1.1系统集成概念2667.1.2系统层次结构模式2687.1.3系统集成步骤2697.2系统集成规范2717.2.1基于总线方式的互连结构2717.2.2路由协议2767.2.3系统安全规范与防御2817.2.4时间同步2837.3数字系统的非功能设计2867.3.1数字系统中信号传输竞争与险象2867.3.2故障注入2887.3.3数字系统测试2907.3.4低能耗系统与多时钟技术292习题295数字逻辑第四版（欧阳星明著）：内容提要点击此处下载数字逻辑第四版（欧阳星明著）课后答案数字逻辑第四版（欧阳星明著）：目录本书从理论基础和实践出发，对数字系统的基础结构和现代设计方法与设计手段进行了深入浅出的论述，并选取作者在实际工程应用中的一些相关实例，来举例解释数字系统的设计方案。
计算机组成原理3
A(A＋B) 0 0 1 1
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
A B
AB 与 A B
AB
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
AB
AB
1 0 0 0
1 0 0 0
1 1 1 0
1 1 1 0
计算机组成原理
13
逻辑代数的基本定理
代入定理
A＋B A B
A (D C) A (D C) A D C
逻辑门电路
1．介绍基本门电路的概念 2．将讨论数字集成电路的几种主要类型,重点是 双极型TTL集成门电路 3 ．MOS型数字集成电路
计算机组成原理
15
一、与门
电路工作原理、逻辑符号
VCC +6V
R 3.9k A 3V 0V B D1 F 3.7V D2 0.7V 0 0 3 3
电位关系
输入
VA（V）
VCC G B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
A1
B1
… …
A8 B8
DIR 1
0 0
DIR
0
G
29
MOS逻辑门
作为开关应用的MOS管 NMOS管开关
VDD
A=0，开关断开，F=1，图a A=1，开关闭和，F=0，图b VDD F D vO
VDD
F D vO
G S 图b
D
A
vI
R2 T
2
C
VO F 2 T5
F=F1 F2 = AB· CD
= AB ＋CD
23
R3
计算机组成原理
2、实现电平转换
VCC (10V) RL A B
计算机逻辑基础知识点总结
计算机逻辑基础知识点总结一、逻辑与计算机逻辑是计算机科学的基础原理之一，它是计算机系统的核心。
逻辑是一种思维方式，是一种思考问题的方法，是一种对事物关系的认识和分析方法。
计算机逻辑包括了命题逻辑、谓词逻辑等，是计算机科学中最基础的知识之一。
二、命题逻辑命题逻辑是研究命题之间的关系的学问，它是逻辑学中的一种基本形式。
命题是一个能够用真或假表示的简单的陈述句。
命题逻辑就是处理这些命题的逻辑。
1. 命题逻辑的概念（1）命题：一个陈述句，可以用真或假表示，并且具有明确的意义的不可分割的陈述。
（2）复合命题：由一个或多个命题通过逻辑连接词组成的复杂命题。
（3）逻辑连接词：与、或、非、蕴含和等价。
2. 命题逻辑的基本运算（1）合取：取多个真命题的逻辑与。
（2）析取：取多个真命题的逻辑或。
（3）非：对一个命题的否定。
（4）蕴含：p→q，如果p成立，则q一定成立。
（5）等价：p↔q，p和q具有相同的真假值。
（6）命题的推理：逻辑连接词的运用和命题之间的关系。
3. 命题逻辑的证明（1）直接证明法：可以用一个分析都可以推出结论。
（2）间接证明法：反证法，假设命题的逆否命题或者对偶命题成立。
三、谓词逻辑谓词逻辑（predicate logic）也叫一阶逻辑，是处理复杂命题的一种逻辑。
与命题逻辑只处理简单命题不同，谓词逻辑可以处理对象、性质、关系等更为复杂的断言。
1. 谓词逻辑的概念（1）类型：谓词表示对象性质、关系及否定。
（2）量词：全称量词（∀）和存在量词（∃）。
（3）联结词：与（∧）、或（∨）、非（¬）、蕴含（→）、等价（↔）。
2. 谓词逻辑的基本运算（1）命题：由谓词和主词组成的有意义的陈述。
（2）开放式公式：含有变元的谓词表达式。
（3）关系：包括真值表、联结词、优先级规则。
3. 谓词逻辑的应用（1）推理：利用推理规则和公式化知识得出结论。
（2）知识表示：用谓词逻辑可以清晰精确地表示知识。
（3）语义网络：用谓词逻辑可以描述复杂的语义结构。
数字逻辑(科学出版社 第五版)课后习题答案
（1）
化简得F=
(2)
化简得F=
（3）F(A,B,C,D)=∑m(0,1,2,5,6,7,8,9,13,14)
化简得F=
(4) F(A,B,C,D)=∑m(0,13,14,15)+∑ (1,2,3,9,10,11)
化简得F=
11.利用与非门实现下列函数，并画出逻辑图。
（1）F= =
12.用适当门电路，设计16位串行加法器，要求进位琏速度最快，计算一次加法时间。
解：全加器真值表如下
Ai
Bi
Ci-1
Si
Ci+1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
可以写出以下表达式
要使进位琏速度最快，应使用“与或非”门。具体连接图如下。
若“与或非”门延迟时间为t1，“非门”延迟时间为t2，则完成一次16位加法运算所需时间为：
G的卡诺图
化简得：
第三章时序逻辑
1.写出触发器的次态方程，并根据已给波形画出输出Q的波形。
解：
2.说明由RS触发器组成的防抖动电路的工作原理，画出对应输入输出波形
解：
3.已知JK信号如图，请画出负边沿JK触发器的输出波形（设触发器的初态为0）
4.写出下图所示个触发器次态方程，指出CP脉冲到来时，触发器置“1”的条件。
时序逻辑电路的分析(3)
x1
y1
xi
组合逻辑电路
yi
q1
z1
存储电路
qk
zk
时序逻辑电路h的结构框图
9
3. 举例说明：
串行加法器指将两个多位数相加时， 采取从低位到高位逐位相加的方式完成相加运算。 需具备两个功能：
将两个加数和来自低位的进位相加， 记忆本位相加后的进位结果。
4.画时序图
5.描述逻辑功能
h
20
二、同步时序逻辑电路的分析
[例1] 分析图示时序电路的逻辑功能，
写出它的驱动方程、状态方程和输出方程。 FF1、FF2和FF3是主从结构的TTL触发器， 下降沿动作，输入悬空时和逻辑1状态等效。
Q1
1J
1J
Q2
• &1J Q 3
C1
Q 1
1K
F F1
CLK
C1
1K
第六章 时序逻辑电路
1
2
本章主要内容
6.1概述 6.2 时序逻辑电路的分析方法
6.3 若干常用的时序逻辑电路 简介 6.4 时序逻辑电路的设计方法 自学 6.5 时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
3
教学基本要求
1. 熟练掌握时序逻辑电路的描述方式及其相互转换。 2. 熟练掌握时序逻辑电路的分析方法 3. 了解时序逻辑电路的设计方法 4. 熟练掌握典型时序逻辑电路计数器、寄存器、移位寄存器的 逻辑功能及其应用。
00
01
1/ 0
1
11/1 00/0 10/0 01/0
0/1 1/1 1/0 0/0
1/ 0
逻辑功能：A=1时是减法计数器。 A=0时是加法计数器。
时序逻辑电路基础知识讲解
同步时序电路的时钟 方程可省去不写。
写
输出方程： Y Q1nQ2n
输出仅与电路现态有关，为 穆尔型时序电路。
方 程 式
驱动方程：
J
2
J1
Q1n Q0n
K2 Q1n K1 Q0n
J
0
Q2n
K0 Q2n
2 求状态方程
JK触发器的特性方程：
Qn1 JQ n KQn
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
由状态图可以看出，在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状 态按递减规律循环变化，即：
000→111→110→101→100→011→010→001→000→… 电路具有递减计数功能，是一个3位二进制异步减法计数器。
6.3 计数器
计数器——用以统计输入脉冲CP个数的电路。
计数器的分类： （1）按计数进制可分为二进制计数器和非二进 制计数器。 非二进制计数器中最典型的是十进制计数器。
FF0
例 CP 1D C1
2
FF1
FF2
Q0 1D
Q1 1D
Q2
C1
C1
Q0
Q1
Q2
异步时序电路，时钟方程： 1
写
CP2 Q1，CP1 Q0，CP0 CP
方 电路没有单独的输出，为穆尔型时序电路。
程 驱动方程：
式
D2 Q2n，D1 Q1n，D0 Q0n
2 求状态方程
D触发器的特性方程：
000 001
010
QQ1212nnnn1111
1001不,不不变变10变,,QQ11 1010不不变变10,,QQ00
0 1
1 0
1 0
Q00nn11 10 10,,CCPP
大学电子电路基础 第十二章
n Q1n +1 = Q0 Q1n
输出方程简化为： 输出方程简化为：
Z=
n Q1n Q0
Q 1Q 0 00 /1 /0 10 /0 X=1时的状态图
0/0 00 1/1 1/0 1/0 0/0 10 01
01
由此作出状态表及状态图。 由此作出状态表及状态图。
X=0与X=1的状态图合并 将X=0与X=1的状态图合并 起来得完整的状态图。 起来得完整的状态图。
0/1
画时序波形图。 （5）画时序波形图。
0/0
根据状态表或状态图，可画出在CP 根据状态表或状态图，可画出在CP 脉冲作用下电路的时序图。 脉冲作用下电路的时序图。
00 1/1 0/1
1/0 1/0
01
0/0 10
CP X Q0 Q1 Z
（6）逻辑功能分析： 逻辑功能分析：
00
0/0 1/0 1/1 10 完整的状态图 1/0 0/0 01
(3)时序波形图 (3)时序波形图
已知： 已知：
T0=1 T1=Q0 C=Q3Q2Q1Q0 T2=Q1Q0 T3=Q2Q1Q0
10 11 12 13 14 15 16
CP Q0
1 2 3 0 1 0 1
4 5 6 0 0 1 0
7 8 9
t
0 1 1 1 1 0 t 1 0 t 1 0 t 1 0 t
3．集成二进制计数器举例
4位二进制同步加法计数器74161 位二进制同步加法计数器74161
RCO Q3 Q2 Q1 Q0
&
Q 1J C1 1K R & ∧ &
Q 1J C1 1K R & ∧ &
Q 1J C1 1K R & ∧ &
数字电路复习资料
数字电路复习资料数字电路复习资料1第一部分：基本要求和基本概念第一章半导体器件的基本知识一，基本建议1，了解半导体pn结的形成及特性，了解半导体二极管的开关特性及钳位作用。
2，介绍半导体三极管的输出特性和输出特性，熟识半导体三极管共发射极电路的三个工作区的条件及特点，掌控三极管开关电路分析的基本方法。
3，了解绝缘栅场效应管（mos）的结构、符号、工作原理及特性。
二，基本概念1，按导电率为可以把材料分成导体、绝缘体和半导体。
2，半导体中存有空穴和自由电子两种载流子。
3，清澈半导体称作本征半导体。
4，p型半导体中的多数载流子是空穴；少数载流子是自由电子。
5，n型半导体中的多数载流子是自由电子；少数载流子是空穴。
6，pn结是一个二极管，它具有单项导电性。
7，二极管电容由结电容和扩散电容构成。
8，二极管的截至条件就是vd＜0.5v，导通条件就是vd≥0.7v。
9，三极管的截止条件是vbe＜0.5v，截止的特点是ib=ic≈0；饱和条件是ib≥（ec-vces）/（βrc），饱和的特点是vbe≈0.7v，vce=vces≤0.3v。
第二章门电路一，基本要求1，熟识分立元件“与”“或”“非”“与非”“或非”门电路的工作原理、逻辑符号和功能。
2，熟悉ttl集成与非门的结构、工作原理及外部特性，熟悉oc门三态门和异或门的功能及主要用途，掌握各种门电路输出波形的画法。
2，熟识pmos门nmos门和cmos门的结构和工作原理，熟识cmos门的外部特性及主要特点，掌控mos门电路的逻辑功能的分析方法。
二，基本概念1，门是实现一些基本逻辑关系的电路。
2，三种基本逻辑就是与、或、非。
3，与门就是同时实现与逻辑关系的电路；或门就是同时实现或逻辑关系的电路；非门就是同时实现非逻辑关系的电路。
4，按集成度可以把集成电路分为小规模（ssi）中规模（msi）大规模（lsi）和超大规模（vlsi）集成电路。
5，仅有一种载流子参予导电的器件叫做单极型器件；存有两种载流子参予导电的器件叫做双极型器件。
数电本科总复习3-时序逻辑电路总复习20100527
A．基本触发器 B．边沿触发器
C．同步触发器
D．施密特触发器
13、下表所示为四位二进制计数器Ｔ215 的功能表,试分析下图 电路所具有的功能。要求画出状态转换图。
Cr
CP- CP+
A B C D QD QC QB QA
1× × 00 ×
× × × × × 00 0 0 × A B C D ABCD
A.3 B.4 C.6 D.5
32、某计数器的状态转换图如图所示，试问该计数器是一 个 7 进制 减 法计数器，它有 7 个有效状态， 1 个无效状 态，该电路 能 自启动。若用JK触发器组成，至少要 3 个JK触发器。
33、要构成5进制计数器，至少需要 3 个触发器，其无效状态
有 3 个。
34、分析下图所示的时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方 程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，并说明该 电路是否能自启动。（15分）
·
·
& “1”CP“1” “1”CP“1” CP“1”
Q3 Q2 Q1 Q0
C 74161
CP
CR LD CTP CTT D3 D2 D1 D0
Q3 Q2 Q1 Q0
CO 74161
CP
CR LD CTP CTT D3 D2 D1 D0
（2）画电路图。
6、分析下图所示序列发生电路，要求写出DSR的逻辑函数 式，列出状态转换表，写出Z的输出序列码。
解:
从图可知,X是控制端,CP是时钟脉冲输入端,该时序电路属于计数器.对
其功能分析如下：
1) 时钟方程CP1=CP2=CP,是同步工作方式.
2) 驱动方程 代入特性方程中得
状态方程
画状态转换图
数字逻辑课程知识点总结
数字逻辑课程知识点总结数字逻辑是计算机科学和电子工程中非常重要的基础知识之一。
数字逻辑课程主要介绍数字系统的基本概念和原理，包括数字信号的表示和处理、数字逻辑元件的设计和应用、数字系统的组成和设计方法等。
本文将针对数字逻辑课程的主要知识点进行总结，希望能帮助读者对这一领域有更深入的理解。
数字逻辑基本概念1. 数字系统和数制数字系统是一种用来表示和处理数字信息的系统，而数制是表示数字的一种方法。
在数字逻辑中，我们常用的数制有二进制、八进制和十进制等。
不同的数制有不同的特点和应用，例如二进制适合于数字电路的设计和计算机的处理，而十进制适合于人类的日常计数。
2. 逻辑代数逻辑代数是用来描述和分析逻辑运算的一种代数体系，其中包括逻辑运算符、逻辑表达式、逻辑函数等。
在数字逻辑中，我们经常使用的逻辑代数包括与、或、非等基本逻辑运算符，以及逻辑表达式的简化和化简方法。
数字逻辑元件1. 逻辑门逻辑门是数字电路中最基本的元件，它用来实现不同的逻辑运算。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门等，它们分别实现与运算、或运算、非运算等基本逻辑功能。
2. 组合逻辑电路组合逻辑电路由多个逻辑门和其他逻辑元件组成，用来实现复杂的逻辑运算和功能。
在数字逻辑中，我们需要学习组合逻辑电路的设计原理和实现方法，以及相关的逻辑运算和化简技巧。
3. 时序逻辑电路时序逻辑电路是在组合逻辑电路的基础上加入时钟信号和触发器等元件，用来实现时序逻辑功能和时序控制。
学习时序逻辑电路需要掌握时钟信号和触发器的基本原理，以及时序逻辑电路的设计和分析方法。
数字系统设计方法1. 进制转换进制转换是将不同数制的数值相互转换的过程，常见的转换包括二进制到十进制、十进制到二进制、二进制到八进制等。
掌握进制转换的方法和技巧对于理解数字系统和进行数字逻辑设计非常重要。
2. 逻辑函数的表示和化简逻辑函数是描述逻辑关系的代数表达式，可以通过真值表、卡诺图、奇偶检验等方法来表示和化简。
实验三_VHDL时序逻辑电路设计
实验三实验三 VHDL VHDL VHDL 时序逻辑电路设计时序逻辑电路设计 一、实验目的一、实验目的1． 熟悉用VHDL 语言设计时序逻辑电路的方法语言设计时序逻辑电路的方法 2． 熟悉用Quartus 文本输入法进行电路设计文本输入法进行电路设计 二、实验所用仪器元件及用途二、实验所用仪器元件及用途 1． 计算机：装有Quartus 软件，为VHDL 语言提供操作场所。
语言提供操作场所。
2． 直流稳压电源：通过USB 接口实现，为实验开发板提供稳定电源。
接口实现，为实验开发板提供稳定电源。
3． 数字系统与逻辑设计实验开发板：使试验结果下载到开发板上，实现整个实验的最终结果。
果。
三、实验内容三、实验内容 1． 用VHDL 语言设计实现一个8421码十进制计数器。
码十进制计数器。
（1） 实验内容及要求：在Quartus 平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。
验证试验结果。
（2） 试验结果：VHDL 代码和仿真结果。
代码和仿真结果。
2． 用VHDL 语言设计实现一个分频系数为8，分频输出信号占空比为50%的分频器。
的分频器。
（1） 实验内容及要求：在Quartus 平台上设计程序和仿真题目要求。
平台上设计程序和仿真题目要求。
（2） 试验结果：VHDL 代码和仿真结果。
代码和仿真结果。
3． 用VHDL 语言设计实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路。
个发光二极管亮灭的电路。
（1） 实验内容及要求：在Quartus 平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。
验证试验结果。
a. 单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮个发光二极管上来回的亮b. 幕布式：从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，依次往复往复c. 通过拨码开关或按键控制两种模式的转换通过拨码开关或按键控制两种模式的转换 （2） 试验结果：VHDL 代码和仿真结果。
53试分析图5—3时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和
5.3 试分析图5—3时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和书输出方程，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动。
解：233232113231211213211232133121213211Q Q Y Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q KQ Q J Q Q K Q J K Q Q J n n n =⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=⋅=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====⋅=+++输出方程：状态方程：，＝，，驱动方程：5.4 试分析图5—4给出的时序电路，画出电路的状态转换图，检查电路能否启动，说明电路实现的功能。
A 为输入变量。
解：212121121111122111Q Q A Q AQ Y Q Q A Q Q Q Q A Q A K J K J n n +=⎪⎩⎪⎨⎧⊕==⎩⎨⎧=⊕===++输出方程：⊙状态方程：⊙＝驱动方程：5.5 分析图P5.5时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程画出电路的状态转换图，说明该电路能否自启动。
解：123303012131012031210132011100312301203201320100,1Q Q Q Q Y Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q KQ Q Q J Q Q K Q Q J Q K Q Q Q J K J n n n n ⋅⋅⋅=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+⋅⋅⋅=⋅+⋅=+⋅==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅⋅=⋅==⋅⋅===++++输出方程：状态方程：，＝，驱动方程：5.6 试画出用4片74LS194组成16位双向移位寄存的逻辑图。
74LS194的功能表见教材表5.3.2。
解：5.8 分析图5—8的计数器电路，说明这是多少进制的计数器。
十进制计数器74160的功能表见教材表5.3.4。
解： 在十进制计数器74160计数过程中，同步置数端LD 当10010123=Q Q Q Q 时等于0，下一个时钟到达时，计数器状态置入00110123=Q Q Q Q ，从此状态开始下一循环的计数。
数字逻辑与计算机设计大学计算机基础要点梳理
数字逻辑与计算机设计大学计算机基础要点梳理数字逻辑与计算机设计是大学计算机科学与技术专业的一门基础课程，主要涉及计算机系统中数字电子技术的应用与实现原理。
本文将对数字逻辑与计算机设计的一些重要要点进行梳理，以帮助读者更好地理解和掌握这门课程。
1. 数制与编码- 数制是指用于表示数字的字符系统，常用的数制包括二进制、十进制、八进制和十六进制等。
不同数制之间可以进行转换，其中二进制和十进制转换较为常见。
- 编码是将字符或符号转换为特定的数字形式，常见的编码方式有ASCII码、BCD码和格雷码等。
编码的选择与应用场景密切相关。
2. 布尔代数- 布尔代数是一种逻辑运算系统，由乔治·布尔于19世纪提出。
布尔代数通过三种基本逻辑运算：与、或、非，来描述和分析逻辑关系。
- 逻辑运算可以使用真值表进行表示和分析，也可以通过逻辑表达式、逻辑图和逻辑门电路进行实现。
- 布尔代数具有结合律、分配律、德摩根定律等特性，这些特性对于逻辑电路的简化和优化起到重要作用。
3. 组合逻辑电路- 组合逻辑电路是指没有存储功能，只根据输入产生固定输出的逻辑电路。
它由逻辑门组成，逻辑门有与门、或门、非门等。
- 组合逻辑电路的真值表可以通过卡诺图进行化简，以减少逻辑门的数量和延迟，提高电路的性能和可靠性。
- 组合逻辑电路的设计与应用广泛，例如加法器、减法器、译码器、多路选择器等。
4. 时序逻辑电路- 时序逻辑电路是指具有存储功能的逻辑电路，其输出不仅由当前输入决定，还与电路的过去输入和内部状态有关。
- 时序逻辑电路由触发器和组合逻辑电路组成，触发器用于存储和传输信息，组合逻辑电路用于根据输入和存储信息产生输出。
- 常见的触发器有RS触发器、D触发器和JK触发器等。
时序逻辑电路的设计需要考虑时钟信号和状态转换的时序关系。
5. 存储器- 存储器是计算机系统中用于存储和读取数据的重要组件，主要包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
时序逻辑
0 0
0 1
0
0
0 0 n Q1 1 Q 2 Q1Q0 Q1 Q 0 /0 /1 n 110111000 Q2 1 Q1Q0 Q2 Q 0
n 1 检查能否自启动： Q Q
选用 JK 触发器 驱动方程
FF0 Q1Q0 Q2 Q2 Q0 1 CP
1J C1 1K
J0 K0 Βιβλιοθήκη 1 J1 Q 2Q0 , K1 Q0 能自启动 Q1Q0 (Q2 Q2 ) Q2 Q0 J 2 Q1Q0 , K 2 Q0 逻辑图 2 Q1Q0Q2 Q2 Q0 Q1Q0 Q &
n n Q0 1 Q0
Q2n+1 nQ n Q
1 0
SQ2n 00 01 00 01 11 10
n n n n n n n n Q1 1 S Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 Q1 Q0 Q0n+1 nQ n n+1 Q1 Q nQ n Q1 0
11 10
0 1 1 0 0 0 0 1 Q2n+1 Q1n+1 Q0 Q1nQ0n n
Moore型 组合 X(tn) 电路 输入 Mealy型 组合 电路 存储 Q 电路 W Y(tn) 输出
输入
存储 电路
CP
组合 Y(t ) n 电路 输出
Y (t n ) F [Q(t n )]
Y (t n ) F [ X (t n ), Q(t n )]
CP
5.1 时序电路的基本分析和设计方法
1 0
0 1 1
1 0
1 1 0
1 0
0 0 0
0 001 011 111
101 1 000 010 110 100
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触发器次态与输入信号和电路原 有状态之间关系的真值表。 有状态之间关系的真值表。 指触发器接收输入信号前的状态， 现态： 指触发器接收输入信号前的状态， 现态： 表示。 用 Qn 表示。
次态 ：指触发器接收输入信号后的新状
表示。 态，用 Qn+1 表示。
20112011-2-28 第三章 时序逻辑基础 9
20112011-2-28
触发器电路、 主从 RS 触发器电路、符号和工作原理
Q从 从触发器 1S C1 1R S CP R Q Q
给主从触发器提供反 表示时钟触发沿为 相的时钟信号， 相的时钟信号，使它们 下降沿 主触发器 在不同的时段交替工作。 在不同的时段交替工作。
第三章 时序逻辑基础 17
Q = Q从 Q从 Q从
第三章 时序逻辑基础 6
2.工作原理及逻辑功能 2.工作原理及逻辑功能
Q 1 G1 0 SD RD 0 Q 1 G2
输出状态不定。 输出状态不定。 这种情况禁用。 这种情况禁用。
输 入 RD SD 0 0 0 1 1 0 1 1
20112011-2-28
输 出 功 能 说 明 Q Q 输出状态不定(禁用 禁用) 不 定 输出状态不定 禁用 触发器置 0 0 1 触发器置 1 1 0 不 变 触发器保持原状态不变
20112011-2-28
特 性 表
S 0 0 1 1 0 0 1 1
Qn
Qn+1
Qn+1
S
0 1 0 1 0 1 0 1
0 1 1 1 0 0 × ×
0
R
1 0
1
× Qn
1
×
0
特性方程
第三章 时序逻辑基础
Qn+1 = S + RQn
RS = 0(约束条件) (约束条件)
12
3.2 同步RS触发器 同步RS RS触发器
FF2 封锁 工作 1S C1 1R CP 0 1 Q主 Q主 FF1 封锁 工作 1S C1 1R 1 S 0 CP R
时刻发生翻转， 主从触发器状态只能在CP 时刻发生翻转，其它时刻 则保持不变。 则保持不变。
20112011-2-28 第三章 时序逻辑基础 18
触发器电路、 主从JK触发器电路、符号和工作原理
0 1
说明 置0 置1
Q
Q
1D C1 D CP
Qn+1 = D
20112011-2-28
CP上升沿时刻有效 上升沿时刻有效
第三章 时序逻辑基础 28
T型触发器 在时钟脉冲作用下，具有保持和反转功能的 电路 T 0 1 Qn+1 Qn Qn
Q
n +1
=T ⊕Q
n
第三章 时序逻辑基础
令J=K=T 即可
13
增加了由时钟 CP 控制的门 G3、G4
第三章 时序逻辑基础
特性方程
20112011-2-28
Q
n+1
= S + RQ
n
RS = 0
第三章 时序逻辑基础
CP=1期间有效 CP=1期间有效
14
[例] 试对应输入波形画出下图中 Q 端波形 例
CP R S
Q
原态为0 原态为
20112011-2-28 第三章 时序逻辑基础 15
20112011-2-28
K 0 0 1 1 0 0 1 1
Qn 0 1 0 1 0 1 0 1
Qn+1 0 1 0 0 1 1 1 0
注 保持 置0 置1
Qn+1 = JQn + 翻转 KQn
第三章 时序逻辑基础 27
D型触发器 在时钟脉冲作用下，具有置0、置1功能的电路 具有置0
D
0 1
Qn+1
同步D 同步D触发器
Q Q Q Q
1S C1 1R CP
1D C1 D CP 同步 D 触发器功能表
D
CP
称为 D 功能
D Qn+1 说明
0 1 x 0 1
置0 置1 不变
16
1 0
第三章 时序逻辑基础
特点： 特点：Qn+1 跟随 D 信号
20112011-2-28
Qn
3.3 主从触发器
Q = Q从 Q从 FF2 1S C1 1R CP Q主 Q主 FF1 1S C1 1R S CP R
Q Q
G1 门输出
Q = SD ⋅Q
& G1 &
G2 门输出 G Q = RD ⋅ Q
2
= 1⋅ Q = Q
1 SD RD 1
=1
20112011-2-28
输 出 Q Q
功 能 说 明
触发器置 0 0 1 触发器置 1 1 0 不 变 触发器保持原状态不变
2.工作原理及逻辑功能 2.工作原理及逻辑功能
Q 1
触发器被置 1 Q
0
G1 1 0 S D 1 RD 1
G2
输 入 RD SD 0 0 0 1 1 0 1 1
20112011-2-28
输 出 Q Q 0 1 1 0
功 能 说 明 触发器置 0 触发器置 1
第三章 时序逻辑基础 5
2.工作原理及逻辑功能 2.工作原理及逻辑功能
29
20112011-2-28
T’型触发器
每来一个脉冲就翻转一次的电路
Q
Q
T′功能：(计数功能 功能： 计数功能 功能 计数功能) 输入端， 只有 CP 输入端，无数 据输入端。 据输入端。 来一个CP翻转一次 来一个 翻转一次 Qn+1 = Qn
第三章 时序逻辑基础
C1 ∧
CP
20112011-2-28
第三章 时序逻辑基础 25
相 异 处
20112011-2-28
3.5 时钟触发器的功能分类
RS型触发器 RS型触发器
在时钟脉冲作用下，根据R、S取值不同，具有 在时钟脉冲作用下，根据R 取值不同， 置0、置1和保持功能的电路
R 0 0 0 0 1 1 1 1
20112011-2-28
S 0 0 1 1 0 0 1 1
第三章 时序逻辑基础
23
边 沿 JK 触 发 器
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第三章 时序逻辑基础
24
主从触发器和边沿触发器有何异同？ 主从触发器和边沿触发器有何异同？ 边沿时刻翻转， 只能在 CP 边沿时刻翻转，因此都 相 克服了空翻，可靠性和抗干扰能力强， 同 克服了空翻，可靠性和抗干扰能力强， 处 应用范围广。 应用范围广。 电路结构和工作原理不同，因此电 电路结构和工作原理不同， 路功能不同。为保证电路正常工作， 路功能不同。为保证电路正常工作， 要求主从 JK 触发器的 J 和 K 信号在 CP = 1 期间保持不变；而边沿触发器 期间保持不变； 没有这种限制，其功能较完善， 没有这种限制，其功能较完善，因此 应用更广。 应用更广。
令J = K = 1 即可
30
1.特性表 1.特性表
3.6 触发器逻辑功能表示方 法及转换
注 保持 置0 置1 翻转
第三章 时序逻辑基础
2.卡诺图 2.卡诺图 Qn+1 K
J K Qn Qn+1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0
第三章 时序逻辑基础 7
[例] 设下图中触发器初始状态为 0，试对 例 ， 的波形。 应输入波形画出 Q 和 Q 的波形。
RD SD R S Q Q RD SD
初态为 0，故保持为 0 ， 解：
保持 保持 保持 置0 置1
Q Q
20112011-2-28
第三章 时序逻辑基础
8
3. 逻辑功能的特性表描述
20
J
K 0 1 0 1
Q n +1 Qn
功能 保持 置 0 置 1
功 能 表
CP
0 0 1 1
0 1
Q
n
翻转
波 形 图
J K Q
20112011-2-28 第三章 时序逻辑基础 21
20112011-2-28
第三章 时序逻辑基础
22
3.4 边沿触发器
边 沿 D 触 发 器
20112011-2-28
20112011-2-28
低电平有效。 置 0 端 RD 和置 1 端 SD 低电平有效。 禁用 RD = SD = 0
第三章 时序逻辑基础
约束条件
10
(二)基本 RS 触发器的两种形式 逻 辑 符 号 置 0、置1 信号 低电平有效
Q Q
置 0、置1 信号 高电平有效
Q Q
S SD
R RD SD Qn+1 SD
主从 RS 触发器工作原理
★ CP = 1 期间 主触发器接收输入信 期间,主触发器接收输入信 从触发器被封锁,使主从 号,从触发器被封锁 使主从 RS 触 从触发器被封锁 发器状态保持不变。 发器状态保持不变。 ★ CP 到达时 CP = 0,CP = 1。主触 到达时, 。 发器被封锁,并保持 发器被封锁 并保持 CP 到达之前的 状态不变。这时从触发器工作. 状态不变。这时从触发器工作 ★ CP = 0 期间，主触发器被封锁， 期间，主触发器被封锁， 保持CP 到达之前的状态不变 Q从 到达之前的状态不变, 保持 = Q主， 主从 RS 触发器状态保持不 变。
20112011-2-28 第三章 时序逻辑基础 3
SD
信号输入端
RD
2. 工作原理及逻辑功能
Q 0
触发器被置 0
Q 1
G1 1 1 S D 1 RD 0