典型同步时序电路
同步时序逻辑电路逻辑电路可分为组合逻辑电路和时...
根据时序电路的输出是否与输入x1 , …, xn有关可以把同步 时序逻辑电路分为Mealy型和Moore型。Mealy型同步时序 逻辑电路的输出由输入x1 , …, xn和现态决定：
Z i f i ( x1 , , xn , y1 , , yr ) Y j g j ( x1 , , xn , y1, , yr ) Z i f i ( y1 , , yr )
4.1 同步时序逻辑电路模型
同步时序逻辑电路具有统一的时钟信号。时钟信号通常是 周期固定的脉冲信号。同步时序逻辑电路在时钟信号的控 制下工作，其电路中的各个单元、器件在时钟信号到来时 读取输入信号、执行响应动作。
4.1.1 同步时序逻辑电路结构 同步时序逻辑电路在结构上可分为组合逻辑电路部分 和存储电路部分，并且存储电路受时钟信号控制。
而存储元件的输出y1, …, yr也作为组合逻辑部分的内部输入， y1, …, yr称为同步时序逻辑电路的状态。当新的时钟信号没 有到来的时候，同步时序逻辑电路的状态y1, …, yr不会发生 改变，即使输入x1 , …, xn有变化状态y1, …, yr也不会改变； 对于新的时钟信号到来之前的状态y1, …, yr称为现态，记作 记作y (n)或y；当新的时钟信号到达后，存储电路会根据激 励信号Y1, …, Yr而改变其输出y1, …, yr ，此时的状态称为次 态，记作y (n + 1)。当时钟信号没有到达时，电路处于现态， 次态是电路未来变化的走向；当时钟信号到来后，先前的 次态成为当前的现态。
4.2.3 JK触发器
JK触发器除时钟信号输入端外有J、K两个输入端，具有置 0，置1，翻转及保持四种功能，是一种功能较强的触发器。 JK触发器的状态方程为：
Q( n1) JQ KQ
同步时序逻辑电路
4）选择触发器的类型及个数（2n-1M 2n，其中M是电 路包含的状态个数）。 5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：根据各触 发器的次态方程，二进 制状态表求出触发器的激励函数 表达式和电路的输出函数表达式，并予以化简。 6）画逻辑电路图，并检查自启动能力。
五、画逻辑电路图：
1）先画出所选的触发器，并按状态表中状态变量的顺序 给触发器编号。 2）根据激励函数、输出函数写出组合逻辑图。 3）最后画出同步时钟信号线。
二、状态化简：
1、隐含表法：基本思想：先对原始状态表中的所有状态两两 比较，找出等效状态对；然后利用等效关系的传递性，得到 等效类和最大等效类；最后将最大等效类中的状态合并，得 到最小化状态表。
2、步骤：1）作隐含表：隐含表是一个直角三角形网格，横 向和纵向格数相同，即等于原始状态表中的状态数减1。隐含 表中的方格是用状态名称来标注的，即横向从左到右按原始 状态
1）设立初始状态：（时序逻辑电路在输入信号开始作用之 前的状态称为初始状态）。
首先设立初始状态，然后从初始状态出发考虑在各输入作用 下的状态转移和输出响应。
2）根据需要记忆的信息增加新的状态。 应根据问题中要求记忆和区分的信息去考虑设立每一个状态。 一般说来，若在某个状态下出现的输入信号能用已有状态表 示时，才令其转向新的状态。
例4 ， P224
§6.1 时序逻辑电路的基本概念
一、时序逻辑电路的基本结构及特点：
1、基本结构：由组合电路和存储电路（延迟元件和触 发器），两部分组成。
2、逻辑关系：1）输出方程Z=F1（X，Qn）；2）驱动 方程（激励函数）：Y=F2（X，Qn）；3）状（次） 态方程：Qn+1=F3(Y,Qn)。 3、特点：1）它由组合电路和存储电路组成。2）时序 逻辑电路中存在反馈，因而电路的工作状态与时间因 素相关，即时序电路的输出由电路的输入和电路原来 的状态共同决定。
《电子技术基础》第6章时序逻辑电路的分析与设计-1
6.1 时序逻辑电路的基本概念
1. 时序电路的一般化模型
I1 Ii
O1
Oj
Sm 特点： Ek 1）时序逻辑电路由组合电路（逻辑门）和存储电路( 一般由触 发器构成) 组成。 2）电路的输出由输入信号和原来的输出状态共同决定.
4/9/2019 12:58:22 PM
… … S1 …
… E1 … …
组合电路
1/0 1/0 1/0
01 01 0/0 10 10
00
11
10
01
0/1 11 11
1/1
0/0
电路进行减1计数 。 电路功能：可逆4进制计数器 Y可理解为进位或借位端。
4/9/2019 12:58:22 PM
D2 Q
n 1
(3) 根据状态方程组和输出方程列出状态表
Sn→Sn+1
S = Q2Q1Q0
Q
n 1 0
Q Q
n 1
n 0
Q
n 1 1
Q
n 0
n 1 Q2 Q1n
状态表
n 1 n n 1 n 1 n Q Q Q Q Q Q 0 1 0 1 2
n 2
(4) 画出状态图 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0
存储电路
时序电 路输入 信号
I1
Ii
O1 Oj
组合电路
时序电 路输出 信号
存储电路激 励信号(触发 器的输入)
… …
… …
存储电路输 出信号 (电路状态S) 各触发器的状态Q
S1 Sm …
E1
… Ek
存储电路
各信号之间的逻辑关系方程组为：
O = F1（I，Sn） E = F2
同步时序逻辑电路分析
.同步时序逻辑电路的解析一.解析的目的：得出时序电路的逻辑功能。
二.解析的方法 (步骤 )：1、写方程式（1）时钟方程： CP 的逻辑式（2）输出方程：时序电路输出逻辑表达式，它平时为现态的函数。
（3）驱动方程：各触发器输入端的逻辑表达式。
（4）状态方程：把驱动方程代入相应的触发器的特点方程，即可求出各个触发器次态输出的逻辑表达式。
2、列真值表；3、画状态变换图；4、画时序图；5、逻辑功能说明：由状态表归纳说明给定的时序电路的逻辑功能；6、检查电路能否自启动。
注意：常有时序电路：1）计数器：同（异）步N 进制加（减）法计数器。
2）寄存器三．时序逻辑电路中的几个看法说明1.有效状态与有效循环有效状态：在时序电路中，凡是被利用了的状态，都称为有效状态。
有效循环：在时序电路中，凡是有效状态形成的循环，都称为有效循环。
2.无效状态与无效循环无效状态：在时序电路中，凡是没有被利用的状态，都叫无效状态。
无效循环：在时序电路中，若是无效状态形成了循环，那么这种循环就称为无效循环。
3.电路能自启动与不能够自启动能自启动：在时序电路中，诚然存在无效状态，但是它们没有形成循环，这样的时序电路叫能够自启动的时序电路。
不能够自启动：在时序电路中，既有无效状态存在，且它们之间又形成了循环，这样的时序电路被称之为不能够自启动的时序电路。
在这种电路中，一旦因某种原因使循环进入无效循环，就再也回不到有效状态了，所以，再要正常工作也就不能能了。
四．同步时序电路的解析举例例 1 试解析以下列图的时序电路的逻辑功能&Y FF0FF 1FF2Q0Q11J Q21J1JC1C1C11k1k1kQ0Q1Q2 CP解：（1）写方程式时钟方程：CP0 CP1CP2CP输出方程：Y Q2n Q1n Q0n驱动方程：J 0Q2n K 0Q2nJ1Q0n K 1Q0nJ 2Q n K2Q n 11状态方程：把驱动方程分别代入特点方程JK 触发器的特点方程：Q n 1JQ n KQ n（6-2-4 ），得状态方程：Q0n 1J 0 Q0n K 0 Q0n Q2n Q0n Q2n Q0n Q2n（）Q n 1J Q n K Q n Q n Q n Q n Q n Q n1111101010Q2n 1J 2Q2n K 2Q2n Q1n Q2n Q1n Q2n Q1n（2）列状态表依次假设电路得现态Q2n Q1n Q0n，代入状态方程式和输出方程式，进行计算，求出相应得次态和输出，结果见状态表现态次态输出Qn Q n nQn 1 Q n 1n 1Y2Q 02Q 01111111 111111 1111110 11110 110 0111 11111（3）画出状态图/1/1/1/1/10 0 00 0 10 1 11 1 11 1 01 0 0/0（a ）有效循环/1010101/1（b ）无效循环（4）画时序图.CP1110000 Q01110000 Q11110000 Q2111111Y0（5）电路功能说明由状态图和时序图可知，该电路是一个 6 次 CP 脉冲一循环的序次发生器，又称为节拍发生器。
时序逻辑电路例题分析
Q0 Q1 Q2 Q3
Q4 Q5 Q6 Q37
CP1
CP CP0
74LS90(个位 ) S9A S9B R0A R0B
CP1 74LS90(十位 ) CP0 S9AS9B R0AR0B
5-1 第五章 时序逻辑电路设计例题
(1) 根据任务要求，确定状态图
001
011
010
QA、QB、QC分别表示三个绕组A、
/0
/0
(a) 有效循环
/0 010 101
/1
(b) 无效循环
6.时序图
CP
Q 0
Q1 Q2
Y
7.电路功能
有效循环的6个状态，称为六进制同步计数器。当对第6个脉
冲计数时，计数器又重新从000开始计数，并产生输出Y＝1。
8.自启动问题
如果无效状态构成循环，则一旦受到干扰，使得电路进入无效 状态，则电路就没有可能再回到有效状态，即不能在正常工作， 必须重起系统才能正常工作，此类电路不能自启动。
4.画出逻辑图：
J0 = Q1n K0 = 1
J1 = Q0n K1 = 1
Z = Q1nQ0n
FF0
1J
Q
FF1
1J
Q& Z
C1
C1
1 1K
1 1K
Q
Q
CP
5.检测自启动： 11 00
此电路能够自启动
例3 设计一个串行数据检测电路，当连续输入3个或3个以上1时， 电路的输出为1，其它情况下输出为0。例如： 输入X 101100111011110 输出Y 000000001000110
QA JA QAKA
计数脉冲CP
(7) 检验该计数电路能否自动启动。
第四章同步时序逻辑电路逻辑电路可分为组合逻辑电路和时
组合逻辑电路的模型：
x1
输入
xn
组合 逻辑 电路
F1
输出
Fm
Fi fi (x1,, xn ) i 1,, m
2 触发器
触发器是一种具有两个稳定状态、并且能可靠地设置其状 态的电路单元。触发器通常由逻辑门构成。
同步时序逻辑电路中常常用触发器作为存储元件。
4.2.1 RS触发器
1. 基本RS触发器
4.2.2 D触发器
D触发器除时钟信号输入端外有一个输入端D，具有置0、 置1的功能。D触发器受时钟信号控制，只有当时钟信号 有效时，才能通过输入端D设置其状态；若时钟信号无效， 无论输入端D是什么信号，D触发器保持先前的状态不变。
D触发器的状态方程为：
Q(n1) D
为避免“空翻”现象，实际使用的D触发器采用了维持阻 塞结构，称为维持阻塞D触发器。维持阻塞D触发器在时 钟信号的上升沿采样输入端D并设置状态，具有较高的稳 定性和可靠性。
而存储元件的输出y1, …, yr也作为组合逻辑部分的内部输入， y1, …, yr称为同步时序逻辑电路的状态。当新的时钟信号没 有到来的时候，同步时序逻辑电路的状态y1, …, yr不会发生 改变，即使输入x1 , …, xn有变化状态y1, …, yr也不会改变； 对于新的时钟信号到来之前的状态y1, …, yr称为现态，记作 记作y (n)或y；当新的时钟信号到达后，存储电路会根据激 励信号Y1, …, Yr而改变其输出y1, …, yr ，此时的状态称为次 态，记作y (n + 1)。当时钟信号没有到达时，电路处于现态， 次态是电路未来变化的走向；当时钟信号到来后，先前的 次态成为当前的现态。
在不完全确定状态表中，判断两个状态是否相容的条件是： 在所有的输入条件下，
同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路
同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路1. 引言说到电路，大家可能会觉得有点儿高深莫测，其实它们就像生活中的各种小插曲，错综复杂但又充满趣味。
今天我们来聊聊两种电路：同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。
听起来很正式吧？其实就像两位老朋友，各有各的个性，给我们的生活带来不同的滋味。
2. 同步时序逻辑电路2.1 什么是同步电路先说说同步时序逻辑电路。
想象一下，大家一起跳舞，必须跟着节拍来对吧？这就是同步电路的工作原理。
它们依靠一个时钟信号来统一行动，一切都得在这个时钟的节奏下进行。
你想想，如果没有这个节拍，大家就会乱成一团，完全没法协调。
2.2 优点与缺点同步电路的优点可多了。
首先，它们容易设计，因为所有的动作都得听从同一个“老大”——时钟。
这样一来，故障也比较容易定位，就像在大合唱里找出跑调的那个人，轻而易举！但是，当然了，凡事都有两面。
它们在速度上可能会受到限制，因为要等时钟信号到位才能开始下一步，仿佛总得等着老大下命令。
3. 异步时序逻辑电路3.1 什么是异步电路接下来，我们来聊聊异步时序逻辑电路。
这家伙就有点儿“放飞自我”的意思。
想象一下，大家随意地跳舞，没有固定的节拍，各自随心所欲，热火朝天。
这种电路不需要时钟信号，各个部分可以独立工作，就像一场即兴表演，想跳就跳，想停就停。
3.2 优点与缺点异步电路的优点就是速度快，反应灵敏。
因为没有时钟的限制，它们可以在需要的时候马上响应，特别适合处理突发事件，像是过马路时的红绿灯，红灯一亮就得停下，绿灯一闪立马走。
可是，快可不代表好，有时候这就像在一场没有指挥的音乐会上，大家都想表现，结果弄得一团糟，容易出现竞争和冲突。
4. 比较与应用4.1 各自的应用领域那么，这两种电路究竟哪种更好呢？这就要看情况了。
同步电路一般用于那些需要稳定和可靠性的地方，比如计算机和大型系统。
而异步电路则适合需要快速反应的地方，比如一些高频交易系统或者一些需要低延迟的通信设备。
时序电路的作用
时序电路的作用1. 时序电路简介时序电路是指一类能够按照预定的时间顺序进行状态切换的电路。
它由各种触发器、计数器和时钟信号等组成，广泛应用于数字系统中，用于控制和调度各个部件的运行顺序。
时序电路在数字系统中起着至关重要的作用。
2. 时序电路的分类2.1 同步时序电路同步时序电路是指通过同步信号进行状态切换的电路。
同步时序电路中，各个触发器和计数器的状态变化是同步进行的，由时钟信号来驱动。
典型的同步时序电路包括时钟分频器和状态机等。
同步时序电路通过统一的时钟信号来保证各个部件的同步运行，能够提高系统的稳定性和可靠性。
2.2 异步时序电路异步时序电路是指通过异步信号进行状态切换的电路。
异步时序电路中，各个触发器和计数器的状态变化是独立进行的，不需要时钟信号来驱动。
典型的异步时序电路包括门闩电路和脉冲生成电路等。
异步时序电路能够根据特定的输入信号实时响应，具有较高的灵活性和响应速度。
3. 时序电路的作用时序电路在数字系统中发挥着重要的作用，具有以下几个方面的功能：3.1 控制信号的生成和延时时序电路能够根据时钟信号和输入信号生成各个部件的控制信号，并对信号进行延时处理。
通过时序电路可以实现复杂的控制逻辑，对各个部件的运行顺序和时序进行精确控制，确保数字系统的正常工作。
3.2 数据的存储和传递时序电路中的触发器和计数器等部件能够存储和传递数据。
触发器可以将输入的数据存储起来，并在时钟信号的作用下将数据传递给下一个触发器或计数器，从而实现数据的传输和处理。
时序电路可以在不同的时钟周期中完成各个数据操作，确保数据的正确性和稳定性。
3.3 状态的控制和转换时序电路中的状态机可以对系统的状态进行控制和转换。
状态机能够根据输入信号的变化和时钟信号的触发，按照预定的状态转移规则进行状态的切换。
通过状态机的设计，可以实现复杂的状态控制和决策逻辑，使系统能够按照特定的流程和顺序进行运行。
3.4 时序逻辑的实现时序电路能够实现各种时序逻辑的功能。
同步时序电路
同步时序电路同步时序电路是一种基础的数字电路，它在许多电子设备中都有广泛的应用。
本文将从定义、分类、原理、设计和应用等方面对同步时序电路进行详细介绍。
一、定义同步时序电路是指在时序控制下，各个电路模块之间能够精确地协调工作，从而实现预定的功能。
它是一种特殊的时序电路，可以对时序信号进行处理和控制，保证电路的稳定性和可靠性。
二、分类根据不同的功能和工作原理，同步时序电路可以分为以下几种类型：1.触发器型同步时序电路：利用触发器的特性进行时序控制，实现时序信号的稳定和精确控制。
2.计数器型同步时序电路：利用计数器的特性进行时序计数和控制，实现多种复杂的时序功能。
3.状态机型同步时序电路：利用状态机的特性进行时序状态转换和控制，实现多种复杂的控制功能。
4.时钟型同步时序电路：利用时钟信号进行时序同步和控制，实现多种复杂的时序功能。
三、原理同步时序电路的工作原理主要包括时序控制、时序同步、时序存储和时序输出等方面。
1.时序控制：时序控制是同步时序电路的核心，它通过对时序信号进行处理和控制，实现电路的稳定和可靠工作。
2.时序同步：时序同步是同步时序电路的重要特性之一，它能够确保不同电路模块之间的时序信号同步，从而实现预定的功能。
3.时序存储：时序存储是同步时序电路的另一个重要特性，它能够将时序信号暂时存储在存储器中，以便后续处理和控制。
4.时序输出：时序输出是同步时序电路的最终结果，它通过将时序信号输出到其他电路模块中，实现预定的功能。
四、设计同步时序电路的设计需要考虑多种因素，包括电路结构、时序控制、时序同步、时序存储和时序输出等方面。
1.电路结构：电路结构是同步时序电路的基础，需要选择合适的电路结构来实现预定的功能。
2.时序控制：时序控制是同步时序电路的核心，需要合理设计时序控制电路，以实现精确的时序控制。
3.时序同步：时序同步是同步时序电路的重要特性之一，需要设计合理的时序同步电路，以确保不同电路模块之间的时序信号同步。
同步时序电路和异步时序电路
同步时序电路和异步时序电路
时序电路是一种电子电路，它可以驱动其他芯片，从而形成复杂的电路系统，用于控制和操纵计算机中的信号。
时序电路可以分为同步和异步两类。
同步时序电路是一种受控的时序电路，它在一定的时序上收取信号。
它的工作原理是，一个称为时钟的信号在一定的时序上做为控制标志来触发另一个信号，使其进行变化，从而实现模拟信号的转换。
由于同步时序电路可以在预定的时序上生成控制信号，因此它用在计算机中数据处理和传输中，主要用于实现数据的可靠传输。
异步时序电路是一种非受控的时序电路，它不依赖于控制信号，而是依赖于比特流中的特定的比特组合。
异步时序电路可以自动识别特定的比特组合，并重新组合它们，从而实现信号的转换。
由于它可以重新组合比特组合，因此它用在计算机中存储和传输中，主要用于实现数据的可靠传输。
同步时序电路和异步时序电路在性能和特性上有很大差别。
同步时序电路依赖于时钟信号，由复杂的时序和回路组成，具有高精度、高可靠性、高效率，但受时钟频率的限制，其处理的信号的传输速率较低。
相反，异步时序电路不依赖于时钟，它的结构相对简单，精度、可靠性和效率较低，但是它可以处理高速比特流，传输速率较高。
总之，同步时序电路和异步时序电路都是重要的时序电路，它们在计算机中都扮演着重要的角色，在信号处理和数据传输中都有着广泛的应用。
由于这两种电路在性能和特性上有很大差别，因此应根据
具体应用场景选择合适的时序电路，以实现最优的计算机控制和数据处理。
5-2时序逻辑电路的分析
1
1
0
1
0 1 0 / 1 0 1 1
0 0 1 / 0 1 1 1
波形图（略）
6.检查自启动
本电路具有自启动能力。
/L3L2L1L0 Q2Q1 Q0
000
/1110
/1110
/0111
111
100
/0111
001
/1101 /1011
/1101 101
011
010
/1011 110
5.2.3 异步时序逻辑电路的分析举例
0 0 1 / 1 1 1 0 0 1 0 / 1 1 0 1 0 1 1 / 1 0 1 1 1 0 0 / 0 1 1 1 0 0 0 / 1 1 1 0 0 1 1 / 1 1 0 1 0 1 0 / 1 0 1 1 0 0 1 / 0 1 1 1
Q2
n1
Q Q Q
n 1 n 0
n 2
L1 Q1 Q0 L2 Q1Q0 L3 Q1Q1 L4 Q1Q0
画出状态图
现 态 次态/输出信号
Q2
n
Q1
n
Q0
n
Q2 Q1 Q0
n 1 n 1 n 1
0
0 0
0
0 1
0
1 0
L4 L3 L2 L1 0 0 1 / 1 1 1 0
/L3L2L1L0 Q2Q1 Q0
000
/1110
n n Q1 Q0
CP0 CP1
Q1n+1 Q0n+1 Z
0
0 1
0
1 0 0
11/0
00/0 01/0
00 /0 01
/0
11 /1
1
时序逻辑电路同步时序逻辑电路
S3
S1/0
S0/0
这里所谓的次态交错，是指在某种输入取值下，Si的次态为SJ， 而SJ的次态为Si 。 而所谓次态循环则是指次态之间的关系构成闭环，例如， Si
和 SJ 在某种输入取值下的次态是 Sk和 Sl ，而Sk和Sl在j种取值
下的次态又是Si和SJ，这种情况称为次态循环。 次态对等效是指状态 Si和SJ的次态对Sk和SJ满足等价的两个条 件。例如，状态S1和S2的次态对为S3和S4，它们既不相同，也 没有与状态对 S1,S2 直接构成交错和循环。但是，状态 S3 和 S4
2）根据需要记忆的信息增加新的状态。
应根据问题中要求记忆和区分的信息去考虑设立每一个状态。 一般说来，若在某个状态下出现的输入信号能用已有状态表 示时，才令其转向新的状态。 3）确定各时刻电路的输出：
在描述逻辑问题的原始状态图和原始状态表中，状态数 目不一定能达到最少，这一点无关紧要，因可对它再进 行状态化简。应把清晰、正确地描述设计要求放在第一 位。由于开始不知描述一个给定的逻辑问题需多少状态， 故在原始状态图和状态表中一般用字母或数字表示状态。
第六章 时序逻辑电路的分析和设计
一、时序逻辑电路：
1、数字逻辑电路： 组合逻辑电路（特点）：任何时刻电路产生的稳 定输出信号仅与该时刻电路的输入信号有关。 时序逻辑电路（特点）：任何时刻电路的稳定输 出信号与该时刻和过去的输入信号都有关，必须 含有存储电路。 2、时序逻辑电路： 同步时序逻辑电路：某时刻电路的稳定输出与该 时刻的输入和电路的状态有关。 异步时序逻辑电路：电路中没有统一的时钟脉冲， 电路状态的改变是由外部输入信号的变化直接引 起的。
二、时序逻辑电路的分类：
同步时序电路的速度高于异步时序电路，但电路结构 一般较后者复杂。
第五章 同步时序逻辑电路
三、状态图
状态图：是一种反映同步时序电路状态转换规律及相应输 入、输出取值关系的有向图。
Mealy 型电路状态图的形式如图 (a) 所示。图中，在有向箭 头的旁边标出发生该转换的输入条件以及在该输入和现态下的 相应输出。
x/z
x
Moore型电路状态图的形式如图(b) 所示，电路输出标在圆 圈内的状态右下方，表示输出只与状态相关。
0
1
根据状态响应序列可作出时间图如下：
时钟节拍：1 2 输入x1： 0 0 输入x2： 0 1 状态 y： “0” 0 输出Z ： 0 1 3 1 0 0 1 4 1 1 0 0 5 0 1 1 0 6 1 1 1 1 7 1 0 1 0 8 0 0 1 1
分析时间图可知，该电路实现了串行加法器的功能。其中x1 为被加数，x2为加数，它们按照先低位后高位的顺序串行地输入。 每位相加产生的进位由触发器保存下来参加下一位相加，输出Z 从低位到高位串行地输出“和”数。
构造Moore型原始状态图如下：
1
相应的原始状态表如下表所示。
例 设计一个用于引爆控制的同步时序电路，该电路有一 个输入端x和一个输出端Z。平时输入x始终为0，一旦需要引爆， 则从 x 连续输入4个1信号(不被0间断)，电路收到第四个1后在 输出端Z产生一个1信号点火引爆，该电路连同引爆装置一起被 炸毁。试建立该电路的Mealy型状态图和状态表。
四、时间图
时间图是用波形图的形式来表示输入信号、输出 信号和电路状态等的取值在各时刻的对应关系，通常 又称为工作波形图。在时间图上，可以把电路状态转 换的时刻形象地表示出来。
5.2 同步时序逻辑电路分析
5.2.1 分析的方法和步骤 常用方法有表格法和代数法。 一、表格分析法的一般步骤 1．写出输出函数和激励函数表达式。 2．借助触发器功能表列出电路次态真值表。 3．作出状态表和状态图（必要时画出时间图） 。 4．归纳出电路的逻辑功能。
同步时序逻辑电路的设计
D3 D2 D1 D0 =Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1
由状态图可以看出，这是一个循环移位计数器。在计数时循
Q0 Q1, Q1 Q2 , Q2 Q3 , Q3 Q0
这种计数器的循环长度l=2n，其中n为位数，这里n=4，l=8
由状态图还可看出，图左半部8个状态形成闭环，称为 “有效序列”，右半部8个状态称为“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，该计数器称为具
01 0 10 0 00 1
10 1 00 1 01 0
01
状态图
1/0 0/0
6
画时序波形图。
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。
00
0/0 1/0 1/1 0/1 10 1/0 0/0 01
CP X Q0 Q1 Z
7
（4）逻辑功能分析：
该电路一共有3个状态00、01、10。
有自恢复功能的扭环移位计数器。
2 同步时序逻辑电路的设计
同步时序逻辑电路的设计是指根据特定的逻辑要求，设计 出能实现其逻辑功能的时序逻辑电路。显然， 设计是分析的逆 过程，即：
分析
逻辑电路
设计
逻辑功能
同步时序逻辑电路设计追求的目标是，使用尽可能少的 触发器和逻辑门实现预定的逻辑要求！
设计的一般步骤如下：
构造Moore型原始状态图如下：
1
相应的原始状态表如下表所示。
例 设计一个用于引爆控制的同步时序电路，该电路有一 个输入端x和一个输出端Z。平时输入x始终为0，一旦需要引爆， 则从 x 连续输入4个1信号(不被0间断)，电路收到第四个1后在 输出端Z产生一个1信号点火引爆，该电路连同引爆装置一起被 炸毁。试建立该电路的Mealy型状态图和状态表。
同步时序电路和异步时序电路
同步时序电路和异步时序电路触发器是构成时序逻辑电路的基本元件，根据电路中各级触发器时钟端的连接方式，可以将时序逻辑电路分为同步时序电路和异步时序电路。
在同步时序电路中，各触发器的时钟端全部连接到同一个时钟源上，统一受系统时钟的控制，因此各级触发器的状态变化是同时的。
在异步时序逻辑电路中，各触发器的时钟信号是分散连接的，因此触发器的状态变化不是同时进行的。
8.2.1 同步时序电路设计1．同步时序电路原理说明从构成方式上讲，同步时序电路所有操作都是在同一时钟严格的控制下步调一致地完成的。
从电路行为上讲，同步电路的时序电路共用同一个时钟，而所有的状态变化都是在时钟的上升沿（或下降沿）完成的。
例如，基本的D触发器就是同步电路，当时钟上升沿到来时，寄存器把D 端的电平传到Q输出端；在上升沿没有到来时，即使D端数据发生变化，也不会立即将变化后的数据传到输出端Q，需要等到下一个时钟上升沿。
换句话说，同步时序电路中只有一个时钟信号。
2．同步电路的Verilog HDL描述同步逻辑是时钟之间存在固定因果关系的逻辑，所有时序逻辑都在同源时钟的控制下运行。
注意，在Verilog HDL实现时并不要求同一时钟，而是同源时钟。
所谓的同源时钟是指同一个时钟源衍生频率比值为2的幂次方，且初相位相同的时钟。
例如，clk信号和其同初相的2分频时钟、4分频就是同源时钟。
（1）典型的同步描述在Verilog HDL设计中，同步时序电路要求在程序中所有always块的posedge/negedge关键字后，只能出现同一个信号名称（包括同源的信号），并且只能使用一个信号跳变沿。
下面给出一个同步时序电路的描述实例。
【例8-9】通过Verilog HDL给出一个同步的与门。
上述程序比较简单，这里就不给出其仿真结果。
（2）同步复位的描述同步复位，顾名思义，就是指复位信号只有在时钟上升沿为有效电平时，才能达到复位的效果。
否则，无法完成对系统的复位工作。
同步时序电路特点的描述_解释说明以及概述
同步时序电路特点的描述解释说明以及概述1. 引言1.1 概述同步时序电路是数字电路中一种关键的设计方法，它基于同步信号和时钟周期来进行数据处理和传输。
该类电路具有许多特点和优势，但也存在一些局限性。
本文将对同步时序电路的特点、工作原理以及优点和局限性进行详细描述和解释。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述：首先，在第2节中，我们将详细描述同步时序电路的特点。
包括定义和背景介绍、同步信号的重要性以及时钟周期和延迟问题。
接下来，在第3节中，我们将解释说明同步时序电路的工作原理。
主要包括时钟信号与触发器的关系、状态转换和输入输出关系以及基本逻辑门在同步电路中的应用。
紧接着，在第4节中，我们将对同步时序电路的优点和局限性进行特征分析，主要包括灵活性和可控性、同步冲突和竞态条件问题以及关键路径和最大频率问题。
最后，在第5节中，我们将总结同步时序电路的特点及应用场景，并展望未来发展趋势，并提出可能存在的改进方向。
1.3 目的本文的目的是深入了解同步时序电路的特点及工作原理，全面分析其优点和局限性，并从中得出结论。
通过本文的阐述，读者将能够更好地理解同步时序电路在数字电路设计中的重要性，并能够在实际应用中有针对性地选择和设计合适的同步时序电路。
同时，本文也希望为同步时序电路相关研究者提供一些启发和思路，促进该领域的进一步发展。
2. 同步时序电路特点的描述2.1 定义和背景介绍同步时序电路是一种基于时钟信号的数字电路，用于对输入数据按照预定的时间顺序进行处理和输出。
在现代计算机系统和其他数字系统中广泛应用。
同步时序电路具有以下特点：2.2 同步信号的重要性同步信号在同步时序电路中起到关键作用。
通过使用同步信号，可以保证所有触发器在特定的时钟周期内以正确的顺序更新其状态，从而确保数据按照所需的时间顺序进行处理。
同时，同步信号还能控制数据传输的开始和结束时间，确保所有触发器在稳定状态下工作。
2.3 时钟周期和延迟问题同步时序电路中的所有操作都是由一个全局统一的时钟信号控制的。
同步时序电路设计步骤
同步时序电路设计步骤同步时序电路是数字电路中的一种重要设计。
它通过时钟信号来同步多个电路的操作，确保数据在正确的时间被采样和处理。
本文将详细介绍同步时序电路的设计步骤，包括需求分析、状态图设计、状态转换表设计、逻辑方程式推导以及逻辑电路实现。
1. 需求分析在进行同步时序电路设计之前，首先需要明确电路的需求。
这包括确定输入和输出信号的类型、数量以及对其进行操作的具体要求。
需要考虑的因素包括输入信号的时序关系、输出信号的逻辑关系以及任何特殊功能或约束。
2. 状态图设计状态图是描述同步时序电路行为的一种图形化表示方法。
它由状态和状态之间的转移组成。
每个状态代表了电路在不同时间点上可能处于的状态，而转移则表示了在某些条件下从一个状态到另一个状态的变化。
在设计状态图时，需要考虑所有可能的输入组合，并确定每个输入组合下所对应的输出以及下一个状态是什么。
通常使用有限状态机（FSM）来表示同步时序电路。
3. 状态转换表设计基于状态图，可以得到状态转换表。
状态转换表列出了每个状态及其对应的输入组合、输出和下一个状态。
它是状态图的一种更具体和详细的表示形式。
将状态图转换为状态转换表时，需要将每个状态分配一个唯一的编号，并确定每个输入组合所对应的输出和下一个状态。
可以使用真值表或决策表来辅助设计。
4. 逻辑方程式推导根据状态转换表，可以推导出同步时序电路的逻辑方程式。
逻辑方程式描述了输入信号和当前状态如何决定输出信号和下一个状态。
推导逻辑方程式时，可以使用布尔代数和逻辑运算符（如与、或、非）来描述不同输入组合下的输出和下一个状态。
根据具体需求，可以选择使用门电路、触发器等元件来实现逻辑功能。
5. 逻辑电路实现最后一步是将推导出的逻辑方程式转换为具体的逻辑电路。
这包括选择合适的门电路、触发器以及其他元件，并按照设计要求进行布线。
在进行逻辑电路实现时，需要注意信号传输延迟、功耗以及布线复杂性等因素。
还需要进行仿真和验证，确保电路在不同输入组合下能够正确地工作。
电路中的时序和计时电路
电路中的时序和计时电路时序电路是电子电路中的一种重要类型，主要用于处理和控制电路的时间顺序和事件顺序。
计时电路则是一种特殊的时序电路，用于测量和控制时间间隔。
本文将介绍时序电路和计时电路的基本原理和应用。
一、时序电路的基本原理时序电路是由各种逻辑门和触发器等基本元件组成的，通过它们的组合与连接，实现电路中各个部分之间时间顺序的正确控制。
时序电路通常分为同步时序电路和异步时序电路两类。
同步时序电路是指各个部件在同一个时钟信号的控制下进行工作，各个时序关系由时钟信号直接决定。
典型的同步时序电路包括计数器、移位寄存器和状态机等。
异步时序电路则是各个部件在不依赖时钟信号的情况下，通过接收和检测各个输入信号的变化来进行工作的。
典型的异步时序电路包括触发器、门锁存器和比较器等。
时序电路的主要功能是实现电路中各个部分之间的时序关系，并确保各个信号的正确传递和处理。
例如，在计算机中，时序电路用于控制指令的执行、数据的传输以及各个设备的协调。
二、计时电路的基本原理计时电路是一种特殊的时序电路，用于测量和控制时间间隔。
计时电路可以通过外部信号的触发或者内部计数器的计数来确定时间的长度和顺序。
计时电路通常包括计数器、时钟信号源和显示装置等组件。
计数器负责记录时间的长度，时钟信号源提供稳定的时钟信号作为时间的基准，显示装置则将计时结果以可视化的形式展示出来。
计时电路的应用非常广泛，例如在测量仪器中用于测量时间间隔、在计算机中用于处理和控制指令执行的时间长度、在交通信号灯中用于控制车辆和行人的通行时间等。
三、时序电路与计时电路的实例应用1. 时序电路的实例应用：状态机状态机是一种常见的时序电路，在数字逻辑电路和计算机系统中广泛应用。
它由状态寄存器、状态转移逻辑和输出逻辑等组成，用于实现复杂的控制任务。
以自动售货机为例，状态机可以用于控制售货机中各个动作的顺序和时机，实现按键输入、选择货物、出货和找零等操作的自动化控制。
2. 计时电路的实例应用：秒表秒表是一种常见的计时电路应用，用于测量时间的长度。
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10
X Q2n Q1n Q2n+1 Q1n+1 Z
.
00 0 0 1 0 00 1 1 0 0 01 0 0 0 1 01 1 d d d 10 0 1 0 1 10 1 0 0 0 11 0 0 1 0 11 1 d d d
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11 1/0 10
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2、做状态表
.
X Q2n Q1n Q2n+1 Q1n+1 Z
00 0 00 1 01 0 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1
0 00 0 10 1 00 1 10 1 11 0 00 0 10 1 00
3、化简
. Q2n+1 Q2n Q1n
00
可见电路可以自启动,但有一次错误输出.这可以 通过修改输出方程来解决.
.
即在圈输出方程的卡诺图时不把“ d ”作为“ 1” 来圈.这样:
Z=XQ2nQ1n+XQ2nQ1n
可见经修改后的输出方程已无错误输出.另外还
可以在电路中增加开机复位电路避免进入“ 11” 状态.
.
X . =1 J Q1 =1 J Q2
Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1 100 000 101 001 110 010 111 011
.
.
000 100
110
001
011
111
101
010
. 特点 : 任意两个相邻码组之间只有一位发生 改变.故译码时不会产生译码尖峰.
同样,由于有无效循环存在,故可以通过修改反馈函数使 电路能开机后自动进入有效循环.
K Q1 RD
K Q2 RD
CP
& Z
&
&
VCC
R C
二、 寄存器
• 寄存器用于存储一组二值代码.其分为基本寄存 器、移位寄存器(单向或双向).
• 例1: 试设计一个三位串行输入,串行输出的移位 寄存器.输入信号由低位到高位依次进行,输入端 为X,输出为组成寄存器的触发器的最高位.
• 根据以上要求可直接作出该寄存器的状态图和
状态表. X
Q3
Q2
Q1
Q
cp
.
0/
1/
1/
0/
.
000
001
010
011
1/
0/
0/ 1/
1/ 111 0/
110
1/
0/ 101
1/ 1/ 0/ 100
0/
Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1
.
Q3n Q2n Q1n X=0 X=1
000 001 010 011 100 101 110 111
000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111
若要用J-K触发器实现 :
.
Q3n+1 Q2nQ1n
XQ3n
00 01 11 10
00 0 0 1 1
01 0 0 1 1 11 0 0 1 1
10 0 0 1 1
Q3n+1=Q2nQ3n+Q2nQ3n J3=Q2n K3=Q2n
J2=X Q1n K2=1
J1=X Q2n K1=1
Z Q2n Q1n
X 00 01 11 10
.
00 0 d 1
11 0 d 0
Z=XQ2nQ1n+XQ2n=XQ2nQ1n XQ2n
讨论能否自启动.即检查没用到的状态“ 11 ” X Q2n Q1n Q2n+1 Q1n+1 Z
•
01 1 0
01
11 1 0
移位寄存器位数n
反馈逻辑
3
D3= Q1 Q2 , Q1 Q3
4
D4= Q1 Q2 , Q1 Q4
5
D5= Q1 Q2 , Q1 Q5
6
D6= Q1 Q2 , Q1 Q6
7
D7= Q1 Q2 , Q1 Q7
. 若n=3,则有效计数循环为:
.
001 100
010
101
011
111
110
000
因为状态“ 000 ”为无效循环故修改状态表为:
10 1 1 1 1
Q1n+1=XQ1n+XQ1n J1=X K1=X
.
X .
CP
并行输出
J Q1 K Q1
J Q2 K Q2
J Q3 串 行
输 K Q3 出
. 若由D触发器实现则
Q3n+1= Q2n
.
D3= Q2n
Q2n+1= Q1n Q1n+1= X
D2= Q1n
D1= X
并行输出
X
D Q1
1 2 3 456789
• 例4 : 扭环计数器
.
D Q1
D Q2 D Q3
Q1
Q2
Q3
CP
激励方程: D1=Q3 D2=Q1 D3=Q2 状态方程: Q1n+1=Q3n Q2n+1=Q1n
Q3n+1=Q2n
Q1n Q2n Q3n 0 . 0 0
00 1 01 0 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1
.
Q3n Q2n Q1n
000
001
010
011
100
101
110
11 1
Q3n+1 1 1 1 0 0 1 1 0
Q2n+1 Q1n+1 00 00 01 01 10 10 11 11
Q3n+1 Q2n Q1n
.
Q3n 00 01 11 10
01 1 0 1
10 1 0 1
Q3n+1= Q3n Q2n+ Q2n Q1n+ Q2n Q1n = Q3n Q2n+ Q3n Q2n = Q3n Q2n Q3n Q2n
Q1n+1 Q2n Q1n
X 00 01 11 10 X 00 01 11 10
00 0 1 1
00 1 1 0
11 0 1 0
11 0 0 1
Q2n+1=XQ1nQ2n+Q1nQ2n +XQ2n=XQ1nQ2n+XQ1nQ2n =XQ1n Q2n
Q1n+1=XQ1n+XQ1n =X Q1n
Z Q2n Q1n
Q2n+1 Q2nQ1n
.
XQ3n
00 01 11 10
00 0 1 1 0
01 0 1 1 0 11 0 1 1 0
10 0 1 1 0
Q2n+1=Q1nQ2n+Q1nQ2n J2=Q1n K2=Q1n
Q1n+1 Q2nQ1n
.
XQ3n
00 01 11 10
00 0 0 0 0
01 0 0 0 0 11 1 1 1 1
.
X1 X2
00
11
.
10
00
00 01
01
11 10 00
11
01 10 00
10
01
10 11
01 11
Q2n+1 Q1n+1
. Q2nQ1n X1X2=00 X1X2=01 X1X2=11 X1X2=10
0 0 00
10
01 00
0 1 00
10
11 10
1 1 01
11
11 10
1 0 01
11
01 00
Q2n+1 Q2nQ1n
.
X1X2
00 01 11 10
00 0 0 0 0
01 1 1 1 1 11 0 1 1 0
10 0 1 1 0
Q2n+1= X1X2+ X1Q1n
D2= X1X2+ X1Q1n = X1X2 X1Q1n
Q1n+1 Q2nQ1n
.
X1X2
00 01 11 10
0011 1 0 0 1
0100 0 0 1 0
0101 1 0 1 0
0110 0 0 1 1
0111 1 0 1 1
1000 0 1 0 0
1001 1 1 0 0
1010 0 1 0 1
.
Q1n Q2n Q3n Q4n Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1 Q4n+1
1011 1 1 1100 0 1 1101 1 1 1110 0 1 1111 1 1
. Q2n+1Q2n Q1n
Q1n+1Q2n Q1n
Q3n 00 01 11 10 Q3n 00 01 11 10
00 0 0 0
00 0 1 1
11 1 1 1
10 0 1 1
Q2n+1= Q3n
Q1n+1= Q2n
.
.
=1
& & D Q3
D Q2 D Q1
Q3
Q2
Q1
CP
见下面修改激励方程的方法:
Q1n Q2n Q3n Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1 D1 D2 D3
00 0 1 0
.
00 1 0 0
0 1 00 0 0 00