6_时序逻辑与FSM_2_61890535
_时序逻辑与FSM__00（PDF精品）
ü 一方面因为计算机或数字系统的操作都是有序进 行的，通常不可能信号一到即刻处理
ü 另一方面，可防止输入信号的各个位到达时间不 一致造成竞争与险象
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基本时序逻辑单元-触发器
l Ref.1/6.1 l 双稳态单元-触发器的基本结构，已介绍 l 锁存器Latches l 触发器Flip-Flops
◆状态 ——系统的基本数学特征 ◆状态机 —— 一个离散数学模型
给定一个输入集合，根据对输入的接收 次序来决定一个输出集合 ◆有限状态机 —— 输入集合和输出集合 都是有限的，且状态数目是有限的
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有限状态机
l 在计算机科学与工程中，有限状态机是最常使用 的设计模型
l 模型包括 l 状态集合 l 状态转移集合 l 关联于状态的操作集合 l 关联于转移的操作集合 l 同时关联于状态和转移的操作集合
l C L K A 和 C L K B 之 间 时 钟 频 率 不 一 样 ， 或 者 虽 然 频 率 相同，但存在相位差 l DA被CLKB这个时钟域认为是异步的输入信号
D
DA D DB
D DFF
DFF
CLKA
CLKB
14
亚稳态Metastability
l 在时钟的上升沿，CLKB采样DA，而此时DA正 在发生变化，则DB的输出是亚稳态的，其值可 能为1，也可能为0，不确定
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时钟域Clock Domain
l 逻辑单元由不同来源的多个时钟驱动 l 这些时钟称作时钟域
Clock Domain1
Clock Domain2
13
跨时钟域
l 如 果 在 两 个 不 同 的 时 钟 域 之 间 传 递 数 据 ， 存 在 跨时钟域（clock domain crossing, CDC）问题
时序逻辑实验报告
时序逻辑实验报告时序逻辑实验报告引言：时序逻辑是计算机科学中的重要概念，它描述了事件在时间上的顺序和发生关系。
在本次实验中，我们将探索时序逻辑的基本原理，并通过实际的电路设计和仿真来加深对其理解。
实验一：时钟信号的生成和分频时钟信号是时序逻辑中的基础，它提供了时间参考，使得电路中的各个元件能够按照特定的时间序列进行操作。
在本实验中，我们首先学习了如何通过计数器和分频器生成时钟信号。
通过调整分频器的参数，我们可以得到不同频率的时钟信号，并观察其对电路行为的影响。
实验二：时序逻辑电路的设计在本实验中，我们将学习如何设计时序逻辑电路。
时序逻辑电路通常由触发器、计数器、状态机等组成，它们能够根据输入信号的变化产生不同的输出。
我们将通过实际的案例来展示时序逻辑电路的设计过程，并使用仿真工具验证其正确性。
实验三：状态机的设计和实现状态机是时序逻辑中常用的模型，它描述了系统根据输入信号的变化而转换的状态。
在本实验中，我们将学习如何设计和实现状态机。
通过定义状态和状态转换条件，我们可以将复杂的系统行为转化为简单的状态转换图，并通过电路实现这些状态转换。
实验四：时序逻辑电路的故障排查时序逻辑电路的故障排查是电子工程师日常工作中的重要环节。
在本实验中，我们将学习如何通过逻辑分析仪和示波器等工具来排查时序逻辑电路的故障。
通过观察信号波形和逻辑分析结果，我们可以确定故障的原因，并采取相应的修复措施。
实验五：时序逻辑电路的应用时序逻辑电路在计算机科学和电子工程中有着广泛的应用。
在本实验中，我们将学习一些时序逻辑电路的典型应用，如计数器、时序多路复用器等。
通过实际的案例，我们可以更好地理解时序逻辑电路在实际系统中的作用和价值。
结论：通过本次实验，我们深入了解了时序逻辑的基本原理和应用。
我们学习了时钟信号的生成和分频，掌握了时序逻辑电路的设计和实现方法，学会了使用工具进行故障排查。
时序逻辑在现代电子系统中起着重要的作用，通过实验的学习，我们对其有了更深入的理解和应用能力。
时序逻辑系统
时序逻辑系统
时序逻辑系统
一、概述
时序逻辑系统(Sequential Logic System，简称SLS)是一种用于控制多个输入设备的逻辑系统，它能够根据输入的信号控制输出的行为。
时序逻辑系统是一种经典的逻辑系统，可以用来实现更复杂的控制功能，比如多级联控制系统和定时器控制系统等。
它的基本原理是根据控制信号来控制输出设备的动作，从而达到控制输出设备行为的目的。
二、结构
时序逻辑系统由输入部分，控制部分和输出部分组成。
输入部分由输入信号发生器、多路选择器和时序延时器等组成，用于接收外部的控制信号，并由这些元件转换成可控制的信号输入到控制部分。
输出部分内部有若干个输出设备，接收来自控制部分的控制信号，从而实现控制输出设备的动作，如开关、驱动等。
控制部分属于核心，它是一种控制器，用于处理外部输入信号并根据设定程序来控制输出设备的行为，以实现所需的控制功能。
控制部分包括逻辑门、触发器、定时器和时序程序存储器等。
三、应用
时序逻辑系统的应用非常广泛，可以应用于自动化控制、数据处理和电梯等多种场合。
它可以提供更复杂的控制功能，如自动化控制系统、自动检测系统、多级工厂生产线控制系统、定时器控制系统等。
四、优点
1、可靠性强：时序逻辑系统的控制精度高，漏洞少，因此可靠性非常高。
2、可扩展：时序逻辑系统具有模块化的特点，可以根据实际需要灵活地扩展其功能。
3、易操作：时序逻辑系统的操作简单，易于掌握，易于维护。
4、功能强大：时序逻辑系统可以实现复杂的控制功能，如自动检测、多级联控制和定时器控制等。
现代逻辑设计——时序逻辑设计与FSM
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时钟域与同步
同步(Synchronization)包含对信号事件顺序的决定和 处理 讨论数据与各种时钟之间的同步问题 当数据与采样时钟异步时，就需要同步处理。为了 确定在一个时钟节拍上的信号值，对于信号变化就 需要决定时钟采样沿到底在信号变化之前还是之后 当数据同步于一个时钟源，而又要传送到另一个时 钟(不同频率)进行处理时，也需要同步处理。在这种 情况下，信号跨越了时钟域(clock domain crossing)，它必须同步于新的时钟域 一个时钟域就是所有同步于同一个时钟信号的信号集合 同一个时钟域中的信号只能由同一个时钟的时钟沿 (上升沿或下降沿)来触发，在时隙内，所有的信号不 会发生变化
数字逻辑与处理器基础
第5讲 时序逻辑设计与FSM(1)
第5讲 时序逻辑设计与FSM(1)
基本概念 基本时序逻辑单元 同步时序电路分析和设计方法 典型的时序逻辑电路 FSMD模型
清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春
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基本概念
时序逻辑电路 过程的离散化与时钟 时钟域与同步 状态 有限状态机
All digital designers use the name flip-flop for a sequential device that normally samples its inputs and changes its outputs only at times determined by a clocking signal
清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春
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门控D锁存器
1 0 1
逻辑图
Q Q’
Q
D 0 1
时序逻辑电路总结
时序逻辑电路总结
嘿，朋友们，今天咱们来摆一摆时序逻辑电路这个事儿。
说起时序逻
辑电路，我就想起小时候在乡坝头看那些复杂的机器，虽然那时候不懂啥
子叫电路，但总觉得里面藏了好多秘密，跟变魔术一样。
现在学了这些，
才发现，原来那些“魔术”就是时序逻辑电路在起作用。
你们晓得不，时序逻辑电路跟组合逻辑电路比起来，那可是要复杂多了。
它不光要看当前的输入，还要看过去的输入和电路的状态。
这就像我
们平时做决定，不光要考虑现在的情况，还要想想以前发生过啥子事，自
己现在是个啥子状态。
这种“记忆”功能，让时序逻辑电路在处理复杂问
题时，显得格外得力。
说到时序逻辑电路里的“记忆”，那就不得不提触发器这个关键角色了。
触发器就像是电路里的小脑袋，它能记住之前的信息，并根据这些信
息来决定下一步怎么做。
每次看到触发器在电路里忙忙碌碌地工作，我就
觉得它们像是在跳一种特殊的舞蹈，每一步都充满了节奏感和逻辑性。
最后，我想说的是，时序逻辑电路虽然复杂，但只要我们用心去学，
就一定能发现它的美。
它不仅仅是一堆冷冰冰的电子元件，更是我们人类
智慧的结晶。
每次解决了一个电路问题，我就像是解开了一个谜题，心里
头那种成就感，简直比吃了火锅还要爽！
好了，今天就跟大家摆到这里，希望你们在学习时序逻辑电路的时候，也能像我一样，发现其中的乐趣和美好。
咱们下次再见！。
数字电子技术时序逻辑电路PPT
写驱动方程： J 0 K 0 1
J1 J2
Q3 K2
1
K1
1
J 3 Q1Q2
K3 1
写状态方程：
Q0n1 QQ1n2n11
n
Q0
Q3
n
Q2
n
Q1
（CP0 下降沿动作） （Q0 下降沿动作） （Q1下降沿动作）
Q3n 1
Q1Q2
画时序图： 该电路能够自启动。
5.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法
异步时序电路的分析步骤：
① 写时钟方程； ② 写驱动方程； ③ 写状态方程； ④ 写输出方程。
[例5-2]试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换 表，并画出状态转换图。
解：图5-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。 写时钟方程：
Q3n（Q0
下降沿动作）
列状态转换表：
画状态转换图：
5.2 若干常用的时序逻辑电路 5.2.1寄存器
1. 基本寄存器
图5-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图
图5-2所示为双2位寄存器74LS75的逻辑图。当 CPA = 1时，
送到数据输入端的数据被存入寄存器，当CPA =0时，存入
寄存器的数据将保持不变。
2n-1 M 2n
然后给电路的每一种状态分配与之对应的触发器状态组合。
4）确定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动方程 和输出方程。 确定触发器类型后，可根据实际的状态转换图求出电路的状 态方程和输出方程，进而求出电路的驱动方程。
5）根据得到的驱动方程和输出方程，画出相应的逻辑图。
6) 判断所设计的电路能否自启动。
1.同步计数器 1)同步二进制计数器
数字电子技术基础 第六章
输出信号不仅取决于存储电路的状态，还取决于输入变量。
穆尔型：
输出信号仅仅取决于存储电路的状态。是米利型的特例。
状态机：State Machine简称SM。或称算法状态机 (Algorithmic State Machine，简称ASM)。
6.2 时序逻辑电路的分析方法
6.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法 分析步骤：
6.3.2 计数器
数字电路中使用最广泛。不仅可以用于对时钟脉 冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲 和脉冲序列以及进行数字运算。
分类：
按触发器是否同时翻转：同步和异步 按计数过程中数字增减：加法计数器、减法计数器和
可逆计数器。 按编码方式：二进制计数器、二-十进制计数器、格
雷码计数器等。 按计数容量分：如十进制计数器、六十进制计数器等。
两个部分。 2、存储电路的输出状态必须反馈到组合电路的
输入端，与输入信号一起，共同决定组合逻辑电 路的输出。
图6.1.1 串行加法器电路
图6.1.2 时序逻辑电路的结构框 图
几个概念
同步时序电路：
所有触发器状态的变化都是在同一时钟信号操作下同时发生的。
异步时序电路：
触发器状态的变化不是同时发生的。
例 6.2.3 P256-P266 图6.2.3 例6.2.3的时序逻辑电路
图6.2.4 图6.2.3电路的状态转换图
三、状态机流程图（SM图）
State machine flowchart,或State machine chart
采用类似于编写计算机程序时使用的程序流程图 的形式。
使用的图形符号有三种：状态框、判断框和条件 输出框。
图6. 3.12 例6.3.10电路的时序图
时序逻辑电路讲解ppt
Q JQ C KQ
CP
J K AQn AQn ，A与Qn是异或关系
A与Qn相同时， J K 0 Qn1 Qn 具有保持原状态功能
A与Qn不同时，J K 1 Qn1 Qn 具有计数功能
时序逻辑电路
特点:
在数字电路中,凡就是任一时刻得稳定输出不仅决定 于该时刻得输入,而且还与电路原来得状态有关者,都 叫做时序逻辑电路,简称时序电路。
3、动作特点: 在CP=1得全部时间里,输入信号 得变化都对主触发器起控 制作用,所以当CP下降沿到达时从触发器得状态不仅仅由 此时刻输入信号得状态决定,还必须考虑整个CP=1期间输 入信号得变化过程。
三、 主从RS、JK触发器
主从RS触发器 的图形符号
S
1S
Q
CP C1
R
1R
Q
主从JK触发器 的图形符号
4. 根据状态转换情况总结电路功能。
例:时序电路见下图, FF1～FF3为主从JK触发器、下降沿动作。 分析其逻辑功能。输入端悬空时等同逻辑1。
1J
Q1
C1
1K
Q1 &
FF1
1J
Q2
C1
1K
Q2
FF2
& 1J Q3 &
1
Y
C1
1K
Q3
FF3 CP
J1 Q2 • Q3
K1 1
1、驱动方程 J2 Q1
RD
0–t1： RD=0、 SD=1
Q=1、Q=0
SD t1 t2 t3 t4 t5 t
t1–t2： RD= SD=0
保持Q=1、Q=0
t2 –t3： RD=1、 SD=0
Q
t
Q=0、Q=1
计算机硬件设计中的时序分析方法
计算机硬件设计中的时序分析方法时序分析是计算机硬件设计过程中非常重要的一环。
它可以帮助设计师确保系统中各个元件的工作时序满足预期的要求，从而保证系统的正确性和稳定性。
本文将介绍几种常见的时序分析方法，包括静态时序分析、动态时序分析以及时钟域分析。
一、静态时序分析静态时序分析是在不考虑信号传输延迟和时钟周期的情况下进行的时序分析。
它主要依赖于电路元件的逻辑关系和布局设计来进行分析。
在进行静态时序分析时，需要提供设计的电路原理图、信号路径以及逻辑关系等信息。
常用的静态时序分析工具包括VHDL等硬件描述语言，它们可以帮助设计师对电路进行建模、仿真和验证，从而找到潜在的时序问题。
静态时序分析可以帮助设计师发现电路中的时序冲突、时序违约和时序不确定性等问题。
通过对电路进行静态时序分析，设计师可以提前预测并解决可能出现的时序问题，从而减少后期测试的工作量和风险。
二、动态时序分析动态时序分析是指考虑信号传输延迟和时钟周期的情况下进行的时序分析。
它主要依赖于电路的时钟边沿和时钟周期等信息进行分析。
在进行动态时序分析时，需要提供设计的时钟频率、延迟模型以及电路中的时钟约束等信息。
常用的动态时序分析工具包括模拟器和时序分析器等。
动态时序分析可以帮助设计师检测电路中的时序故障、时序偏差和时序违规等问题。
通过对电路进行动态时序分析，设计师可以模拟真实的工作环境，准确评估电路的时序性能，从而提前发现并解决时序问题。
三、时钟域分析时钟域分析是指对电路中不同时钟域的信号传输进行分析。
在现代的计算机硬件设计中，通常存在多个时钟域，每个时钟域都有自己的时钟信号和时钟延迟特性。
时钟域之间的信号传输需要进行专门的时序分析，以保证信号的正确传递和同步。
时钟域分析可以帮助设计师解决时钟间的异步问题、时序冲突和时序不一致等。
通过对不同时钟域的信号传输进行分析，设计师可以确定时钟域之间的接口逻辑，优化时钟插入和同步方法，确保电路的正常工作。
第六章_清华1 ppt课件
用A（1位）表示输入数据
用Y（1位）表示输出（检测结果）
三、规定电路状态的编码
《数字电子技术基本教程》
取n=2，取 Q1Q 0 的00、01、10为S0、S1、S2 则，
Q1*AQ 1AQ 0 Q0*AQ1Q0 Y AQ1
《数字电子技术基本教程》
四、选用JK触发器，求方程组
Q1*AQ 1AQ 0 Q0*AQ1Q0 Y AQ1
异步置0
《数字电子技术基本教程》
CLR D K L D EE P 工T 作模式 X 0 X X X 置0 1 0 X X 预置数 X 1 1 0 1 保持 X 1 1 X 0 保持（C=0） 1 1 1 1 计数
（3）任意进制计数器的构成方法
《数字电子技术基本教程》
用已有的N进制芯片，组成M进制计数器，是常用的方法。
AQ1Q2 AQ1Q2
Q 2Q 1
Q
* 2
Q
* 1
Y
A
0
1
00 01/1 11/0
01 10/0 00/0
10 11/0 01/0
11 00/0 10/1
二、状态转换图
《数字电子技术基本教程》
四、时序图
《数字电子技术基本教程》
6.3 常用的时序逻辑电路
《数字电子技术基本教程》
6.3.1 寄存器
T0始终等于1
《数字电子技术基本教程》
《数字电子技术基本教程》
器件实例：SN74163
《数字电子技术基本教程》
同步置0
CLR KL D EP ET 工作模式 0 X X X 置零 1 0 X X 预置数
X 1 1 0 1 保持 X 1 1 X 0 保持（C=0）
1 1 1 1 计数
时序逻辑和组合逻辑的详解
时序逻辑和组合逻辑的详解时序逻辑和组合逻辑是数字电路设计的两种基本逻辑设计方法，它们在数字系统中起着至关重要的作用。
时序逻辑是一种依赖于时钟信号的逻辑设计方法，通过定义在时钟信号上升沿或下降沿发生的动作，来确保逻辑电路的正确性和稳定性。
而组合逻辑则是一种不依赖时钟信号的逻辑设计方法，其输出只取决于当前的输入状态，不受到时钟信号的控制。
本文将分别对时序逻辑和组合逻辑进行详细的阐释，并比较它们在数字电路设计中的应用和特点。
时序逻辑首先来看时序逻辑，它是一种将输入、输出和状态信息随时间推移而改变的逻辑系统。
时序逻辑的设计需要考虑到时钟信号的作用，时钟信号的传输速率影响了时序逻辑电路的稳定性和响应速度。
时钟信号的频率越高，电路的工作速度越快，但同时也会增加功耗和故障率。
因此，在设计时序逻辑电路时，需要充分考虑时钟频率的选择，以及如何合理地控制时钟信号的传输和同步。
时序逻辑电路通常由触发器、寄存器、计数器等组件构成，这些组件在特定的时钟信号下按照预定的顺序工作，将输入信号转换成输出信号。
时序逻辑电路的设计需要满足一定的时序约束，确保信号在特定时间内的传输和处理。
时序约束包括激发时序、保持时序和时序延迟等，这些约束在设计时序逻辑电路时至关重要，一旦违反可能导致电路不能正常工作或产生故障。
时序逻辑的一个重要应用是时序控制电路，它在数字系统中起着至关重要的作用。
时序控制电路通过时序逻辑实现对数据传输、状态转换和时序控制的精确控制，保证系统的正确性和稳定性。
时序控制电路常用于时序逻辑电路的设计中，例如状态机、序列检测器、数据通路等，它们在计算机、通信、工控等领域都有广泛的应用。
时序逻辑还常用于时序信号的生成和同步，如时钟信号、复位信号、使能信号等。
时序信号的生成需要考虑电路的稳定性和同步性，确保各个部件在时钟信号的控制下协调工作。
时序信号的同步则是保证各个时序逻辑电路之间的数据传输和处理是同步的，避免数据冲突和错误。
时序逻辑电路基本应用作文
时序逻辑电路基本应用作文
在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来状态有关者都叫时序逻辑电路。
时序逻辑电路的状态是靠具有存储功能的触发器所组成的存储电路来记忆和表征的。
计数器是实现计数操作的时序逻辑电路。
计数器的应用十分广泛，除了有计数功能外，还具有定时、分频等功能。
计数器按触发器时钟的连接方式区分，有同步和异步按计数过程中数字的增减来分，又可分为加法计数器和减法计数器。
由于计数器的应用极其广泛，因此集成电路制造商生产了各种功能的通用集成计数器，用户可以通过不同的连接得到任意进制的计数器。
模值为M的集成计数器可以被用来实现模为任意值的计数器电路。
利用集成计数器的置数功能或复位功能可以减小集成计数器的模，而多片集成计数器相连又可以扩展计数器的模。
异步时序逻辑电路分析时，还需考略各触发器的时钟信号，当某触发器时钟有效信号到来时，该触发器状态按状态方程进行改变，而无时钟有效信号到来时，该触发器状态将保持原有的状态不变。
数字逻辑名词解释
数字逻辑名词解释
嘿，咱今儿就来讲讲数字逻辑那些事儿！啥是数字逻辑呀？简单说，它就像是计算机世界的魔法咒语！比如说，与门，就好像是一个特别
挑剔的守卫，只有当所有条件都满足了，它才会放行，这就跟咱去参
加个重要活动，得各种要求都达标了才能进去一个样！再说说或门，
那简直就是个豪爽的大哥，只要有一个条件满足，它就大手一挥，放
行啦！好比咱去吃自助餐，有一样爱吃的就够本啦！还有非门，嘿，
它就像个爱唱反调的小孩，你给它个信号，它非得给你反过来。
数字逻辑里还有组合逻辑和时序逻辑呢！组合逻辑就像是一场精彩
的杂技表演，当下的动作决定了当下的精彩，没有啥历史包袱。
而时
序逻辑呢，就像是一部有剧情发展的电影，前后都有关联，前面的情
节会影响后面的发展。
你看，这多有意思呀！
咱再聊聊逻辑函数，这可重要啦！它就像是一个神秘的配方，决定
了数字电路会有啥样的表现。
就好像做蛋糕，不同的配方做出来的蛋
糕味道可大不一样呢！
数字逻辑可不只是理论哦，它在我们生活中无处不在呢！咱的手机、电脑，各种电子设备，都离不开数字逻辑的功劳。
它就像是默默工作
的小蜜蜂，为我们的科技生活奉献着。
总之，数字逻辑真的超级重要，超级有趣！它是打开数字世界大门
的钥匙，让我们能享受到科技带来的便利和乐趣。
咱可得好好了解它，掌握它，让它为我们服务呀！。
时序逻辑电路分析
2021/7/28
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3.2.1 锁存器
（2）基本RS锁存器的特性表及特性函数 特性表：反映锁存器或触发器的次态（Qn+1）与现态（Qn）以 及输入信号之间对应关系的表格。类似于真值表 。
2021/7/28
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3.2.2 触发器
（2） D触发器的特性表及特性函数
（3）D触发器的状态图 状态图：以图形的方式形象地表示时序电路的逻辑 功能，又称状态转换图。
2021/7/28
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3.2.2 触发器
（4）D触发器时序图
（5）D触发器的特点 具有置0和置1功能 时钟脉冲边沿控制 便于多个触发器同步工作 抗干扰能力强
28 28
3.2.2 触发器
5．带置位、清零端的触发器
异步方式 ：当置位或清零信号一产生就立刻进行置位或 清零 同步方式 ：当置位或清零信号产生后，还要等待时钟的 有效边沿到来才进行置位或清零操作 （1）带异步置位、清零端的D触发器
D SET Q
Q CLR
2021/7/28
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3.2.2 触发器
但无效状态经过若干个Clk脉冲后会自动进入有效循环。 不能自启动时序电路：在时序电路中，如果存在无效循环，
电路为不能自启动时序电路。
2021/7/28
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3.3.1 时序电路的分析方法
【例3-2】分析如图所示 电路，画出状态图及时 序图，并说明该电路的 功能。
（1）写函数表达式 电路有4个输出，分别是Y0、Y1、Y2、Y3， 它们的输出 函数分别为：
时序逻辑 组合逻辑
时序逻辑组合逻辑时序逻辑与组合逻辑的应用时序逻辑和组合逻辑是数字电路设计中的两个重要概念，它们分别用来描述数字电路中的时序和组合关系。
本文将介绍时序逻辑和组合逻辑的基本概念及其在电路设计中的应用。
一、时序逻辑时序逻辑是描述数字电路中时序关系的逻辑模型。
它主要用于描述电路中不同部件之间的时序关系，例如时钟信号的传递、触发器的状态转换等。
时序逻辑的设计侧重于电路的运行顺序以及电路的状态转换。
在时序逻辑中，最重要的概念是时钟信号。
时钟信号是时序电路中的基准信号，它用于同步电路中的各个部件。
时钟信号的变化决定了电路中各个部件的工作时机，以及数据的传输顺序。
在时序逻辑中，时钟信号的上升沿和下降沿是非常重要的，因为它们在电路中触发状态的改变。
时序逻辑中常用的元件包括触发器、计数器、移位寄存器等。
触发器是一种存储器件，可以存储一个或多个比特的信息，并在时钟信号的作用下改变其状态。
计数器是一种能够计数的电路，它可以根据时钟信号的变化进行计数操作。
移位寄存器是一种能够将数据进行移位操作的电路，它可以在时钟信号的作用下将输入数据按照一定的规则进行移位。
时序逻辑在数字电路中的应用非常广泛。
例如，在计算机的中央处理器（CPU）中，时序逻辑用于控制指令的执行顺序以及数据的传输。
在通信系统中，时序逻辑用于控制数据的传输速率和时序同步。
此外，时序逻辑还广泛应用于各种数字系统中，如嵌入式系统、数字信号处理器等。
二、组合逻辑组合逻辑是描述数字电路中组合关系的逻辑模型。
它主要用于描述电路中输入和输出之间的组合关系，例如门电路的逻辑运算、多路选择器的选择等。
组合逻辑的设计侧重于电路的逻辑运算和数据的处理。
在组合逻辑中，最基本的元件是逻辑门。
逻辑门是一种能够进行逻辑运算的电路，包括与门、或门、非门等。
与门输出的结果只有在所有输入都为1时才为1，或门输出的结果只要有一个输入为1就为1，非门将输入信号取反。
通过逻辑门的组合，可以实现各种复杂的逻辑运算。
时序电路逻辑功能描述方式
时序电路逻辑功能描述方式
它的功能如下：
1.执行定时控制，实现定时计时的功能：时序逻辑模型可以用来实现
将输入的控制信号（如一个定时器的开始/停止信号）转换为具有定时性
质的输出信号。
2.高精度控制：时序逻辑模型可以实现比较高的精度控制，可以实现
比较精确的时间控制，可以通过设定定时时间来实现比较精确的定时功能。
3.动态变化：时序逻辑模型可以实现动态变化的功能，可以根据定时
器的需要设定不同的时间周期，实现更多的动态变化。
4.压控模型功能：时序逻辑模型可以实现压控模型功能，通过设定一
个压控时间，当输入信号为真时，输出信号在设定的压控时间内不会变化，并保持该持续时间，以实现压控输出信号的效果。
5.时序和事件驱动功能：时序逻辑模型可以实现定时器和事件驱动的
功能，可以根据定时器或事件的需要设定不同的时间周期，以实现不同的
功能。
6.状态机模型功能：时序逻辑模型可以实现多状态机模型功能，可以
实现多个输入和输出状态。
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1
1
0
1
? 1
1
0
??? 1 1
0
12
输出有毛刺
z xQ1 Q1Q2
因为理论分析时仅在时钟触发沿时刻考虑外部输 入对时序电路的影响，而米利型电路的输出与外 部输入时时刻刻都相连。
13
确定电路行为
14
摩尔型同步时序电路分析
状态表, 状态图
次态 x=0 x=1 输出 Z
x
D
SET
FF1
CLR
16
Moore与Mealy输出对比
Moore输出与时钟同步 Mealy 输出与时钟是异步的，因为只要输 入发生变化，输出就立即发生相应的改变
有可能出现毛刺 用来产生输出 的组合逻辑 寄存器 输出
输 入
用来产生次态 的组合逻辑
状态寄 存器 现态
17
同步时序电路
自底向上（Bottom-Up）
B
H:接收到000 I: 接收到001 J: 接收到010 K: 接收到011 L: 接收到100 M:接收到101 1/0 N:接收到110 C 0/0 1/0 O:接收到111
H
I
J
K 0/1
L
M 0/1
N
O
26
输入序列
现态 A B C D E F G H I J K L M N O
例2 的 状 态 表
Q
z
现态
Q
x
D
SET
S1/z1
D1 XQ2
x
S2/z2
x
FF2
CLR
Q
Q
clock
D2 XQ2 Q1 X Q1 Q2 Z Q1Q2
15
摩尔型同步时序电路分析
D1 XQ2 D2 XQ2 Q1 X Q1 Q2 Z Q1Q2
0 00/0 0,1 10/0 1 01/0 1 1 0 0 11/1
分析
设计
自顶向下（Top-Down）
18
同步时序电路的设计方法ref.1/7.3
Step4:确定激励方程和输出方程 Step5: 根据激励方程和输出方程，画出 两级或者多级逻辑电路图
19
Step1:抽象出一个有限状态机
根据文字描述，没有统一的方法 得到状态表和/或状态图 定义一个初始状态 尝试不同的输入，确定 FSM 状态转换的 条件，用新状态来记录当前时刻之前历 史输入对电路未来行为的影响 同时更新输出值
输出 x=0 x=1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
30
例2的行匹配Iteration (1)
输入序列 复位 0 1 00 01 10 11 000 001 010 011 or 101 100 110 111 现态 A B C D E F G H I J K’ L N O 次态 x=0 x=1 B C D E F G H I J K’ L K’ N O A A A A A A A A A A A A A A 输出 x=0 x=1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
20
例1：设计一个串行二进制加法器
该二进制加法器串行输入加数和被加数，输出为当 前输入的两个单比特二进制数之和
x y
串行二进制 加法器
z
输入: x与y 输出: x与y之和z 需要记录的状态： 低位向高位的进位
clock
Step1:抽象出一个有限状态机
21
串行二进制加法器的米利机
A*:初始状态, 在当前时刻之前进行的加法运算没有 进位产生 B:在当前时刻之前进行的加法运算有进位产生
复位 0 1 00 01 10 11 000 001 010 011 100 101 110 111
次态 x=0 x=1 B C D E F G H I J K L M N O A A A A A A A A A A A A A A A A
输出 x=0 x=1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
27
Step2：状态化简
依靠状态化简技术
行匹配技术 Row matching (ref.1/8.1.1) 蕴含表技术 Implication Chart (ref.1/8.1.2) 两者结合使用
找出等价状态对，得到等价状态类
构造最简状态表
28
行匹配技术
在步骤1构造出状态表之后 检查状态表中所有行，找出具有相同次态 和输出的行，用新的一行代替这些行 — Row Matching 重复行匹配，直到没有行和可以合并 — Row-matching Iteration
xy/z 00/0 01/1 10/1 01/0 10/0 B 11/1 00/1 11/0
A
22
串行二进制加法器的摩尔机
A*: 无进位, z=0
当前两个比特之和Z为0，且在之前的加法中无进位
B: 有进位, z=0 C: 无进位, z=1 D: 有进位, z=1
xy
S/z
00
A/0
11 B/0 00
z
x=0010 0110 1100 1010 0011
x 序列检测器
z=0000 0001 0000 0001 0000
clock
25
例2：序列检测器的状态机
A*: 复位
B: 接收到0 C: 接收到1
D: 接收到00 E: 接收到01 F: 接收到10 G: 接收到11
0/0
A
0/0 1/0 D E F G 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/0
米利同步时序电路
5
利用激励方程和输出方程得到激励表
激励方程 J1 y xQ2 J2 x y
现态 Q1Q2 xy=00
K1 xQ2 yQ2 K2 Q1 xy
输出方程 z xQ1 Q1Q2
输出 Z x=0 x=1
激励 J1K1,J2K2 01 10
11
00 01 10 11
Q2 J 2 Q2 K 2 Q2 x yQ2 (Q1 xy )Q2 x yQ2 xQ1Q2 yQ1Q2
7
yQ1 xQ2 Q1 xyQ1 xQ2 Q1 yQ2 Q1
利用次态方程和输出方程得到次态表
次态方程
Q yQ1 xQ1Q2 xyQ1 xQ1Q2 yQ1Q2
10 C 01 B 10 C 10 C
10 C 10 C 00 A 10 C
1 1 1 0
0 0 1 0
9
画出状态图
现 态 次态 Z
xy
00 01 10 11 x=0 x=1
xy/z S1 S2
A B C D
B B D A
C D A A
C B C C
C C A C
1 1 1 0
0 0 1 0
00
输出与状态变化是异步的 有限状态机中状态的数目更少
00/0 01/1 10/1
A
01/0 10/0 B 11/1 00/1 11/0
24
例2：设计一个序列检测器
一个有限状态机中，当且仅当其当前输入以及之 前的3 个输入出现 0110或者1010时，其输出才为 1 。其他情况下，输出为 0 。每接收到 4 比特输入 序列后，这个状态机回到复位状态，即输入不可 重复使用
State Tables
State Diagrams
状态表
状态图
4
分析实例
x y
x
xQ2
yQ2
y
y xQ2
J
SET
FF1
CLR
Q
Q1Q2
x
xQ1 Q1Q2
z
K
Q
xQ2
x y x y
xQ2 yQ2
J
SET
xQ1
FF2
CLR
Q
K
Q
clock
激励方程 J1 y xQ2 K1 xQ2 yQ2 J2 x y K2 Q1 xy 输出方程 z xQ1 Q1Q2
SET
Q
CLR
Q
x y x y
J
SET
FF2
CLR
Q
K
Q
clock
3
表格化描述
Excitation & Output Expressions 激励方程/输出方程 Transition Equations 次态方程 Transition Tables 次态表 Excitation Tables 激励表
C
10/1
x=001100011111/0,10/0 y=0101101011 ABDCACDACAC Z=1101110110
11
画出时序图
时钟 x y
z xQ1 Q1Q2
Q1 Q2 z
A B D C A C D A C A
J2 x y K2 Q1 xy
特性方程
次态方程
Q JQ KQ
Q1 J1Q1 K1Q1 ( y xQ2 )Q1 ( xQ2 yQ2 )Q1 yQ1 xQ2 Q1 xQ2 yQ2 Q1
(������2 + ������2 ) ∙ (������ + ������2 )������1 yQ1 xQ2 Q1 xQ yQ 2 Q1