时序逻辑电路设计
时序逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路是一类通过内部的记忆元件来实现存储功能的数字电路，它能够根据输入信号的时序变化来决定输出信号的状态。
常见的时序逻辑电路包括时钟发生器、时钟分配器、触发器、计数器等。
在设计时序逻辑电路时，需要考虑到电路的功能要求、时序要求、稳定性和可靠性。
本文将介绍时序逻辑电路的设计方法。
1.确定功能要求：首先需要明确时序逻辑电路的功能要求，即输入信号和输出信号之间的逻辑关系。
可以通过真值表、状态转换图、状态方程等方式进行描述。
根据功能要求，可以确定电路中需要使用到的逻辑门、触发器等元件。
2.确定时序要求：在时序逻辑电路中，输入信号的变化必须满足一定的时序要求，通常需要使用时钟信号来进行同步控制。
时钟信号是一个周期性的信号，控制电路在时钟的上升沿或下降沿进行状态的改变。
时序要求还包括时序逻辑电路在不同输入组合下的稳态和状态转换时的时间要求。
3.设计电路结构：根据功能要求和时序要求，可以确定时序逻辑电路的整体结构。
电路结构的设计包括将逻辑元件(例如逻辑门、触发器)按照特定的方式连接起来，以实现所需的功能。
常见的电路结构包括级联结构、并行结构、环形结构等。
4.选择逻辑元件：根据电路的功能和时序要求，选择合适的逻辑元件来实现电路的功能。
常见的逻辑元件包括与门、或门、非门、异或门等。
触发器是时序逻辑电路的核心元件，常用的触发器包括D触发器、JK触发器、T触发器等。
5.进行逻辑功能实现：将所选择的逻辑元件按照电路结构进行连接，并完成时序逻辑电路的逻辑功能实现。
这一步可以使用绘图工具进行电路图的绘制，也可以通过硬件描述语言(HDL)进行电路的逻辑设计。
6.时序优化：对设计的时序逻辑电路进行时序优化。
时序优化可以通过调整逻辑元件的连接方式、引入时序优化电路等方式来提高电路的性能和可靠性。
时序优化的目标是尽可能满足时序要求，减少信号传输延迟和功耗。
7.进行电路仿真和验证：对设计的时序逻辑电路进行仿真和验证。
第6章 时序逻辑电路
J 和 K 接为互反，相当于一个D触发器。时钟相连 是同步时序电路。
电路功能： 有下降沿到来时，所有Q端更新状态。
2、移位寄存器 在计算机系统中，经常要对数据进行串并转换，移 位寄存器可以方便地实现这种转换。
左移移位寄存器
•具有左右移位功能的双向移位寄存器
理解了前面的左移移位寄存器，对右移移位寄存器 也就理解了，因位左右本身就是相对的。实际上，左右 移位的区别在于：N触发器的D端是与 Q N+1相连，还是 与Q N-1相连。
第六章 时序逻辑电路
如前所述，时序逻辑电路的特点是 —— 任一时刻 的输出不仅与当前的输入有关，还与以前的状态有关。
时序电路以触发器作为基本单元，使用门电路加以 配合，完成特定的时序功能。所以说，时序电路是由组 合电路和触发器构成的。
与学习组合逻辑电路相类似，我们仍从分析现成电 路入手，然后进行时序逻辑电路的简单设计。
状态化简 、分配
用编码表示 给各个状态
选择触发器 的形式
确定各触发器 输入的连接及 输出电路
NO 是否最佳 ？
YES
设计完成
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计：
书例7-9 一个串行输入序列的检测电路，要求当序
列连续出现 4 个“1”时，输出为 1，作为提示。其他情 况输出为 0。
如果不考虑优化、最佳，以我们现有的知识可以很
第二步： 状态简化
前面我们根据前三位可能的所有组合，设定了 8 个
状态A ~ H，其实仔细分析一下，根本用不了这么多状态。
我们可以从Z=1的可能性大小的角度，将状态简化为
4 个状态：
a
b
c
d
A 000
B 100
D 110
第4章 时序逻辑电路设计
1模型
时序电路按其状态的改变方式不同，可分为同 步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两种，在 图4.5中，当CLK1与CLK2为相同信号时，该 电路为同步电路；当CLK1与CLK2为不同信号 时，该电路为异步电路。
output q;
reg
q;
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst==1’b1)
q<=1’b0;
else if(en==1’b1)
q<=data;
else ;
end
endmodule
带同步复位、上升沿触发的触发器
module dff_synrst(data,rst,clk,q); input data,rst,clk; output q; reg q; always@(posedge clk) begin if(rst==1’b1) q<=1’b0; else q<=data; end
本设计要求用仿真和测试两种手段来验证 计数器的功能。实验时，可以通过修改十进 制计数器的设计得到六进制、100进制计数器。
三、设计要求
(1) 完成各模块的Verilog HDL设计编码； (2) 进行功能仿真； (3) 下载并验证计数器功能； (4) 如果60进制计数器要求用6进制和10进制
计数器搭建电路，请画出设计连接图，并 完成设计编码和验证。
else q<=data; end endmodule
带异步复位和置位、上升沿触发的触发器
module dff_asynrst(data,rst,set,clk,q);
时序逻辑电路的基本设计步骤
时序逻辑电路的基本设计步骤时序逻辑电路的基本设计步骤时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储元件组成的电路，其输出信号不仅取决于输入信号，还取决于过去的输入信号和内部状态。
时序逻辑电路广泛应用于计算机、通信、控制等领域。
本文将介绍时序逻辑电路的基本设计步骤。
第一步：确定功能需求在设计时序逻辑电路之前，首先需要明确该电路的功能需求。
这包括输入信号、输出信号、状态转移条件等。
例如，设计一个简单的计数器，其输入为时钟脉冲，输出为计数值。
在明确了功能需求之后，就可以开始进行具体的设计工作。
第二步：绘制状态图状态图是描述时序逻辑电路状态转移关系的一种图形化表示方法。
它由节点和边组成，其中节点表示系统所处的每个状态，边表示从一个状态到另一个状态的转移条件及相应操作。
绘制状态图有助于清晰地描述系统状态转移关系，并为后续的设计工作提供指导。
第三步：确定存储元件类型存储元件是时序逻辑电路中用来存储内部状态信息的元件。
常见的存储元件包括触发器、计数器、移位寄存器等。
在确定存储元件类型时，需要考虑电路的性能要求、成本以及可靠性等因素。
第四步：设计状态转移表状态转移表是将状态图中的节点和边转换为逻辑表达式的一种方法。
它列出了每个状态下的输入和输出信号以及下一个状态。
通过设计状态转移表，可以清晰地描述系统的功能和状态转移关系，并为后续的逻辑设计提供依据。
第五步：设计逻辑电路在完成前面几个步骤之后，就可以开始进行逻辑电路的设计工作了。
根据功能需求和状态转移表，将存储元件和组合逻辑电路结合起来，构成完整的时序逻辑电路。
在设计过程中，需要注意电路稳定性、延迟时间、功耗等因素。
第六步：仿真与验证完成时序逻辑电路的设计后，需要进行仿真与验证工作。
通过仿真软件对电路进行模拟，验证其是否满足功能需求和性能指标。
如果存在问题，则需要对电路进行调试和优化。
总结时序逻辑电路是一种复杂的电路，在设计过程中需要考虑多方面因素。
通过明确功能需求、绘制状态图、确定存储元件类型、设计状态转移表、设计逻辑电路以及进行仿真与验证等步骤，可以有效地完成时序逻辑电路的设计工作。
时序逻辑电路设计原则
时序逻辑电路设计原则时序逻辑电路是数字电路的一种重要类型，广泛应用于计算机、通信、自动化等领域。
时序逻辑电路的设计质量直接影响着电路的可靠性和性能。
为了确保时序逻辑电路的正确性和高效性，设计时需要遵循一些基本原则。
一、时序逻辑电路概述时序逻辑电路是基于时钟信号进行运算和控制的电路，其输出信号的状态取决于输入信号和时钟脉冲的到达时间。
时序逻辑电路包括寄存器、触发器、计数器、时钟分频器等。
二、正确设计时序逻辑电路的原则1. 合理设置时钟信号：时序逻辑电路的运行是基于时钟信号的控制，时钟信号的频率和占空比需要合理设置。
频率过高会导致电路响应不及时，频率过低会导致电路性能下降。
2. 考虑时钟延迟：时钟信号在电路中传输需要一定的时间，这个过程称为时钟延迟。
在设计时需要考虑时钟延迟对电路性能的影响，合理控制时钟延迟的范围。
3. 确定最长延迟路径：在时序逻辑电路中，存在一条延迟最长的信号传输路径，称为最长延迟路径。
在设计时需要重点考虑最长延迟路径，以确保电路的时序正确。
4. 避免冒险现象：冒险是指在时序逻辑电路中出现不确定的状态转换现象，会导致电路输出结果不可靠。
在设计时需要采取合适的技术措施来避免冒险现象的发生。
5. 使用同步触发器：同步触发器能够根据时钟信号同步进行状态转换，减少电路中的不确定性。
在设计时应优先选择使用同步触发器。
6. 划分模块边界：为了提高电路的可维护性和可扩展性，设计时应合理划分模块边界。
每个模块负责特定的功能，使用接口进行通信，降低模块之间的耦合度。
7. 采用流水线技术：流水线是一种将复杂任务划分为多个子任务并行执行的技术。
在设计时可以采用流水线技术提高时序逻辑电路的运行速度。
8. 进行时序分析：在设计结束后，需要进行时序分析来验证设计的正确性。
通过时序分析可以检查电路运行时的时间序列，确定电路的性能和正确性。
三、时序逻辑电路设计实例以设计一个基本的时序逻辑电路为例，假设要设计一个计数器，能够实现从0到9的循环计数功能。
时序逻辑电路的设计与实现
时序逻辑电路的设计与实现时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，它可以根据输入信号的变化和先后顺序，产生相应的输出信号。
本文将介绍时序逻辑电路的设计与实现，并探讨其中的关键步骤和技术。
一、概述时序逻辑电路是根据时钟信号的变化产生输出信号的电路，它可以存储信息并根据特定的时序条件进行信号转换。
常见的时序逻辑电路包括触发器、计数器、移位寄存器等。
二、时序逻辑电路的设计步骤1. 确定需求：首先需要明确所要设计的时序逻辑电路的功能和性能需求，例如输入信号的种类和范围、输出信号的逻辑关系等。
2. 逻辑设计：根据需求，进行逻辑设计，确定逻辑门电路的组合方式、逻辑关系等。
可以使用真值表、状态转换图、状态表等方法进行设计。
3. 时序设计：根据逻辑设计的结果，设计时序电路，确定触发器的类型和触发方式，确定时钟信号的频率和相位，以及信号的启动和停止条件等。
4. 电路设计：将逻辑电路和时序电路整合，并进行布线设计。
通过选择合适的器件和元器件，设计稳定可靠的电路。
5. 功能验证：对设计的时序逻辑电路进行仿真验证，确保电路的功能和性能符合设计要求。
三、时序逻辑电路的实现技术1. 触发器：触发器是时序逻辑电路的基本组成部分，常见的触发器有RS触发器、D触发器、T触发器等。
通过组合和串联不同类型的触发器，可以实现不同的功能。
2. 计数器：计数器是一种特殊的时序逻辑电路，用于计数和记录输入脉冲信号的次数。
常见的计数器有二进制计数器、十进制计数器等。
3. 移位寄存器：移位寄存器是一种能够将数据向左或向右移位的时序逻辑电路。
它可以在输入端输入一个位串，随着时钟信号的变化，将位串逐位地向左或向右移位，并将移出的位存储起来。
四、时序逻辑电路的应用领域时序逻辑电路广泛应用于数字系统中，例如计算机中的控制单元、存储器等。
它们在数据处理、信息传输、控制信号处理等方面发挥着重要作用。
总结：时序逻辑电路的设计与实现是一项复杂而重要的任务。
在设计过程中，需明确需求、进行逻辑设计和时序设计，并通过合适的触发器、计数器和移位寄存器等元件来实现功能。
时序逻辑电路的基本设计步骤
时序逻辑电路的基本设计步骤时序逻辑电路是数字电路的重要组成部分，它根据时钟信号的变化控制不同的输出状态。
时序逻辑电路的设计需要遵循一定的步骤，下面将介绍时序逻辑电路的基本设计步骤。
一、确定电路功能首先需要明确电路的功能，即输入和输出之间的关系。
这一步需要明确输入信号的种类和电路对输入信号的处理方式，以及输出信号的种类和电路对输出信号的生成方式。
二、建立状态转移图状态转移图是描述电路状态变化的图形化表示，它包括状态和状态之间的转移关系。
在建立状态转移图时，需要明确每个状态的含义和状态之间的转移关系，以便后续的电路设计。
三、建立状态表状态表是状态转移图的一种表格形式，它列出了所有可能的输入和输出组合以及对应的状态转移关系。
在建立状态表时，需要根据输入信号和状态转移图确定每个状态的输入、输出和转移条件。
四、设计电路逻辑方程在确定了状态表后，需要根据状态表设计电路的逻辑方程。
逻辑方程是根据输入信号、状态和输出信号之间的关系描述电路行为的数学表达式。
可以使用布尔代数等数学工具来设计电路的逻辑方程。
五、选择适当的电路元件根据电路的逻辑方程和输入输出的特性，需要选择适当的电路元件来实现电路功能。
常用的电路元件包括门电路、触发器、计数器等。
六、进行电路实现在选择了适当的电路元件后，需要进行电路实现。
电路实现可以使用数字集成电路或可编程逻辑器件等。
需要根据电路的逻辑方程和输入输出特性来进行电路的布线和连接。
七、进行电路测试在完成电路实现后，需要进行电路测试。
电路测试可以通过模拟测试或实际测试来进行。
在测试过程中需要检查输入输出是否符合电路设计要求，并对可能存在的故障进行排除。
八、进行电路优化在进行电路测试后，需要对电路进行优化。
电路优化可以通过简化逻辑方程、减少电路元件数量等方式来实现。
优化后的电路可以提高电路的性能和可靠性。
以上是时序逻辑电路的基本设计步骤。
在进行时序逻辑电路的设计时，需要按照以上步骤进行，以确保电路的正确性和可靠性。
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
一、设计任务
分别设计并实现锁存器、触发器的VHDL模型。
二、设计过程
1、同步锁存器：
同步锁存器是指复位和加载功能全部与时钟同步，复位端的优先级较高。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型：
2、异步锁存器：
异步锁存器，是指复位与时钟不同步的锁存器。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型：
3、D触发器：
D触发器是最常用的触发器。
下图为简单D触发器的VHDL 模型：
4、T触发器：
T触发器的特点是在时钟沿处输出信号发生翻转。
按
照有无复位、置位信号以及使能信号等，T触发器也有多种类型。
下图为带异步复位T触发器的VHDL模型：
5、JK触发器：
JK触发器中，J、K信号分别扮演置位、复位信号的角色。
为了更清晰的表示出JK触发器的工作过程，以下给出JK触发器的真值表（如表1所示）。
表1 JK触发器真值表
按照有无复位、置位信号，常见的JK触发器也有多种类型，下图带异步复位（clr）、置位（prn）的JK触发器的VHDL模型：
三．总结
本次实验中较为顺利，在第一次课的时间内我就已经完成了必做实验与选作实验。
在实验的过程中，在防抖电路处有了较大的困难。
由于仿真中不存在此问题，在实际操作中参数选择时遇到了一定的困难。
在反复比对效果之后，我
确定了电路的参数，实现了防抖功能。
通过这次实验，我对时钟脉冲、计数器等有了更加深入的认识与理解。
时序逻辑电路设计实验报告总结
时序逻辑电路设计实验报告总结本次实验是关于时序逻辑电路设计的，是一项基础性实验内容。
目的在于通过实验学习并掌握时序电路的设计方法及其实现过程。
在本次实验中，我们学习了时序逻辑电路的实现方式、时序逻辑电路设计中需要掌握的关键点，并完成了相应的实验内容。
实验步骤：1. 组件布线连接。
本次实验需要用到的器材包括：逻辑分析仪、数字电路实验箱等。
首先将数字电路实验箱中的两个 JK 触发器组成的二进制计数器和以成功率为主，在进一步话题构建上努力弥补北方口音的本土语音合成引擎分别与逻辑分析仪进行正确的连接。
2. 测试器件连接正确性。
在这一步，我们将输入‘1’，并进行此操作多次，查看电路是否按照计数器的要求按顺序计数。
此步骤可以验证电路布线连接是否正常，如果不正常则需要重新进行布线连接。
3. 设计时序电路。
在此步骤中，我们需要进行时序电路的设计。
具体操作方法请见下文。
4. 进行电路测试。
在此步骤中，我们将按照设计的时序电路流程对电路进行测试，以验证其是否按照要求工作。
实验结果：在进行实验过程中，我们成功地完成了组成二进制计数器的 JK 触发器的布线连接，并通过多次输入‘1’的测试，确保电路按照计数器的要求正确计数。
随后，我们利用时序图对时序电路进行了设计，并按照设计流程进行了实验测试。
实验总结：时序逻辑电路设计实验是一项基础性实验内容，对于我们在日后进行电路设计和实现过程中有很大的帮助。
本次实验中，我们在实践中掌握了时序电路设计的流程及其实现方法，亲手完成了实验操作，增强了我们的实践技能。
同时，本次实验中，我们还发现了不足之处，对于实验结果进行了反思，提高了我们的思考能力和分析问题的能力。
总之，本次时序逻辑电路设计实验是一次很有意义的实验。
通过实验，我们掌握了更多的实践技能、加深了自己对于电路的理解，并提高了自己的思考能力和分析问题的能力。
希望未来能有更多的实践机会，为我们加深知识、提高能力打下更为坚实的基础。
时序逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路是指由组合逻辑电路、存储器件和时钟信号组成的一种电路。
它与组合逻辑电路不同的是，时序逻辑电路可以根据不同的输入信号产生不同的输出，而组合逻辑电路的输出只取决于当前的输入。
时序逻辑电路广泛应用于各种计算机和数字系统中。
首先是功能规范的设计。
这个步骤定义了对电路的功能要求，包括输入和输出的信号类型和范围，以及输出与输入之间的关系。
在这个步骤中，需要考虑电路的功能、性能和复杂度等因素，以及对工程的其他限制。
第二步是状态图和状态转移表的设计。
状态图是描述电路不同状态之间的转移关系的图形，每个状态是一个节点，状态之间的转移是有向边。
状态转移表则是用表格的形式描述状态之间的转移关系。
在这个步骤中，需要确定电路的初始状态和输入信号对状态的影响。
第三步是状态方程和状态表的设计。
状态方程是用逻辑方程的形式描述每个状态输出与输入信号之间的关系。
状态表是用表格的形式描述每个状态输出与输入信号之间的关系。
在这个步骤中，需要使用状态图和状态转移表来确定每个状态的输出逻辑方程和输入输出关系。
最后一步是电路逻辑的设计和测试。
根据前面步骤中得出的状态方程和状态表，可以使用逻辑门和存储器件等来实现时序逻辑电路。
在此过程中，常用的电路设计方法有门级设计和扫描设计等。
设计完成后，需要对电路进行测试，以验证其功能和正确性。
此外，还有一些设计时的注意事项。
首先是时钟信号的引入和控制。
时频信号是时序逻辑电路的基础，需要正确地引入和控制时钟信号，避免产生不稳定和错误的输出。
其次是信号延迟和时序正确性的保证。
时序逻辑电路中存在信号传播延迟和时序正确性的问题，需要合理设计时序，避免产生冲突和错误。
总结起来，时序逻辑电路的设计方法包括功能规范、状态图和状态转移表的设计、状态方程和状态表的设计、电路逻辑的设计和测试。
在设计过程中，需要注意时钟信号的引入和控制，以及信号传播延迟和时序正确性的保证。
这些方法和注意事项可以帮助工程师设计出功能准确、可靠稳定的时序逻辑电路。
时序逻辑电路的设计
时序逻辑电路的设计
时序逻辑电路是一种基于时钟信号的逻辑电路，它能够对输入信号进行存储和处理，并在时钟信号的控制下按照特定的时间序列输出结果。
其中，时钟信号用于同步不同的电路部件，确保它们在同一时刻执行相同的操作，从而保证电路的正确性和可靠性。
时序逻辑电路的设计通常包括以下几个步骤：
1. 确定电路功能：首先需要明确电路需要实现的功能，包括输入信号的类型和数量、输出信号的类型和数量，以及需要进行存储和处理的数据类型等。
2. 选择适当的电路模型：根据电路的功能需求，选择适当的电路模型，例如有限状态自动机、计数器、寄存器等。
3. 设计电路结构：根据选择的电路模型，设计电路的结构，包括逻辑门的连接方式、存储单元的类型和数量等。
4. 编写Verilog代码：使用Verilog语言编写电路的描述代码，包括输入、输出端口、内部信号、逻辑门的连接方式、存储单元的类型和数量等。
5. 仿真和验证：使用仿真工具对设计的电路进行验证，并进行必要的修正和调
整，确保电路的正确性和可靠性。
6. 实现和测试：将设计的电路实现到FPGA或ASIC芯片中，并进行测试和验证，以确保电路能够正确地执行其功能。
时序逻辑电路的设计需要具备一定的电路设计和Verilog编程技能，同时需要对时序逻辑电路的原理和特性有深入的理解。
时序逻辑电路的设计
时序逻辑电路的设计1. 前言时序逻辑电路是数字电路中的一种重要设计方法，它基于时钟信号的变化来实现一系列的操作和功能。
在信息处理、通信、控制等领域，时序逻辑电路被广泛应用于各类数字系统中，如CPU、存储器、控制器等。
本文将介绍时序逻辑电路的基本概念和原理，并详细讨论时序逻辑电路的设计方法、关键技术和常见应用场景。
2. 时序逻辑电路的基本概念和原理2.1 时序逻辑电路的定义时序逻辑电路是一种根据时钟信号的变化来触发和控制操作的电路。
它包括时钟信号的产生和分配、时钟边沿检测和触发、时钟同步和异步操作等组成部分。
2.2 时序逻辑电路的工作原理时序逻辑电路的工作原理基于时钟信号的变化来触发和控制操作。
在时序逻辑电路中，时钟信号被用于同步和控制各个元件的状态和数据传输，使得电路的功能得以正确执行。
时序逻辑电路中最重要的元件是触发器，它是一种能够存储和传输状态的元件。
触发器根据时钟信号的变化来改变自身的状态，从而实现对数据的存储和传输。
常见的触发器有D触发器、JK触发器、T触发器等。
2.3 基于时钟信号的数据传输在时序逻辑电路中，数据的传输是基于时钟信号的。
当时钟信号的边沿或电平变化时，数据在触发器中进行传输。
常见的数据传输方式有同步传输和异步传输。
同步传输是在时钟信号的作用下，所有数据在同一时刻进行传输。
同步传输可以保证数据的稳定性和可靠性，但需要进行时钟同步操作。
异步传输是在时钟信号的边沿或电平变化时，数据在触发器中进行传输。
异步传输不需要进行时钟同步操作，但需要特殊的电路设计来处理时序问题，以保证数据的准确传输。
3. 时序逻辑电路的设计方法3.1 设计流程时序逻辑电路的设计通常遵循以下流程：1.确定电路的功能需求和规格要求。
2.根据功能需求和规格要求，进行逻辑分析和逻辑设计。
3.进行时序分析和时序设计，确定时钟边沿和触发器的选择。
4.进行布线设计和布局布线。
5.进行电路仿真和验证。
6.制造和测试电路。
实验十一 时序逻辑电路的设计与测试
实验十一时序逻辑电路的设计与测试一、实验目的1．掌握时序逻辑电路的设计原理与方法。
2．掌握时序逻辑电路的实验测试方法。
二、实验原理该实验是基于JK触发器的时序逻辑电路设计，要求设计出符合一定规律的红、绿、黄三色亮灭循环显示的电路，并且在实验板上搭建实现出来。
主要的设计和测试步骤如下：（1）根据设计的循环显示要求，列出有关Q3Q2Q1状态表；（2）根据状态表，写出各触发器的输入端J和K的状态；（3）画出各触发器的输入端J和K关于Q3Q2Q1的卡诺图；（4）确定各触发器的数软J和K的最简方程；（5）根据所得的最简方程设计相应的时序逻辑电路；（6）在实验板上，有步骤有次序的搭建实验电路，测试所设计的电路是否满足要求。
具体设计过程参见【附录二】提供的实例。
三、预习要求1．查阅附录芯片CC4027B和芯片74LS00的管脚定义。
2．阅读理论教材关于时序逻辑电路的内容，掌握实验的理论基础。
四、实验设备与仪器1．数字电路实验板（箱）；2．芯片：CC4027B；74LS00；74LS20。
五、实验内容请任意选择下列一组彩灯循环显示的任务要求，设计相应的时序电路，并搭建实验线路测试之。
1．设计任务（一）2．设计任务（二）3．设计任务（三）4．设计任务（四）5．设计任务（五）6．设计任务（六）7．设计任务（七）8．设计任务（八）六、实验报告1．根据实验内容的设计要求，完成实验时序电路的设计和测试。
2．小结时序逻辑电路的设计思路与测试方法。
3．实验的心得与体会。
七、实验注意事项1．进行实验连线的过程中，注意有步骤的接线，避免多接和漏接的情况。
2．在设计好的时序逻辑电路中，若管脚没有接任何信号，处于悬空状态，注意最好给其提供高电平信号。
3．实验结束或者改接线路时，注意断开电源，保护芯片。
八、思考题1．实验要求设计的时序电路，可否设计成异步时序逻辑电路？这相对于同步时序逻辑电路有什么不同？2．能否设计一个时序逻辑电路，若初态为“000”是一个“000—〉001—〉010—〉011”循环的加法计数器，若初态为“111”是一个“111—〉110—〉101—〉100”循环的减法计数器？试设计之。
时序逻辑电路设计
时序逻辑电路设计时序逻辑电路是指电路的输出状态不仅与当前输入状态有关，还与之前的输入状态和电路内部的状态有关。
假如某个电路中包含寄存器或计数器等状态元件，该电路被称为时序逻辑电路。
时序逻辑电路广泛应用于计算机、通信和控制系统等领域中。
时序逻辑电路的设计包括以下几个方面：1. 电路功能分析在进行时序逻辑电路设计之前，需要对电路的功能进行分析和描述。
首先要明确电路的输入和输出端口，并确定输入和输出的数值范围。
通过对电路的功能进行逐一分析，确定电路输出状态与输入状态及电路内部状态的关系。
将这些关系用逻辑函数或状态转移图等形式表示出来。
2. 状态转移图和状态表的设计为了更好地描述时序逻辑电路的状态转移过程，可以使用状态转移图和状态表进行设计。
状态转移图表示电路在不同的输入状态下，状态之间的转移关系。
状态表则用表格的形式表示电路的输入和输出状态及状态之间的转移过程。
3. 状态方程和状态图的设计可以采用状态方程和状态图的方法来设计时序逻辑电路。
状态方程表示电路的输入和输出状态之间的逻辑关系，可以通过布尔代数的方式进行描述。
状态图则用图形的方式描述电路输入和输出状态之间的转移关系，可以帮助设计者更清晰地了解电路的状态变化规律。
4. 逻辑门电路的设计逻辑门电路是时序逻辑电路的关键组成部分，它可以实现逻辑运算和状态的存储与转移。
在设计逻辑门电路时，需要根据电路的功能需求选择适当的逻辑门类型进行组合，以实现电路所需要的逻辑运算和状态转移功能。
5. 电路的布线和验证在完成电路的设计后，需要进行电路布线和验证。
电路的布线是指将电路中的元器件进行连接，形成完整的电路图。
电路的验证则是指对电路进行模拟或者硬件实现，验证电路的功能和性能。
时序逻辑电路的设计是一项复杂的任务，需要设计者具备深厚的理论基础和丰富的实践经验。
只有通过科学的方法和严格的流程，才能设计出高效稳定的时序逻辑电路。
在时序逻辑电路设计过程中，还需要注意以下问题：1.时序电路的时序问题由于时序逻辑电路的设计包含状态转移，因此时序问题是一个非常关键的问题。
数字电子技术 第6章 时序逻辑电路的设计
17
2.画出次态状态表 画出次态状态表
次态 y=0(down) Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 y=1(up) Q2 Q1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 Q0 1 1 0 0 1 1 0 0
为使电路能自启动，将卡诺图中的最小项 xxx取做有效状态例如010状态，这时Q2n+1 的卡诺图应修改为右图。化简后得到新状 态方程： Q1n+1= Q2n⊕Q3n Q2n+1= Q1n+ Q2nQ3n Q3n+1= Q2n 驱动方程：J1=Q2n⊕Q3n 输出方程：C= Q1n Q2n Q3n K1=Q2n⊕Q3n J2=Q1n+Q3n K2=Q1n J3= Q2n K3= Q2n
检查自启动：设初态为000，来第1个CP脉冲，将跳变为010，进入循环状态，该电路可 以自启动。
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6.3同步时序逻辑电路设计 同步时序逻辑电路设计 (时钟同步状态机的设计)
1.用状态图设计同步时序逻辑电路 ①状态序有规则的时序电路； ②态序不规则的Moore型； ③Mealy型 2. 使用状态表设计时序逻辑电路 3.使用状态转换表设计时序状态机
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例2：设计一个串行数据检测器。要求连续输入3个或3个以 上的1时，输出为1，其它情况下输出为0。
(1)因为输入多于3个1，有输出。设输入变量为x；检测 (5)最多连续输入m=3，可选用 结果为输出变量，定义为y；又因连续输入3个1以上有 (7)逻辑电路图： n=2，2个J-K FF，于是可画出次 输出，因此要求同步计数。 态及输出卡诺图。还可分解为3 个卡诺图。 (2)状态分析：初态S0为全0状态，设输入一个1时为S1 态，输入2个1时为S2，输入3个1及以上为S3。 Q1n+1 Q0n+1 y (3)状态转换图如图所示： (4)状态转换表。因为输入m>3和连续输入3个1(m=3)状态是相同的，都停留在S2上，故 (8)检查能否自启动： 状态转换图可以简化成如下。 当电路初态进入11状态后： (6)状态方程：Q1n+1=xQ0Q1+xQ 若x=1时，Q1n+1Q0n+1=10状态为 1 sn S S1 S2 S 0 X 次态；若x=0时，Q1n+1 Q0n+1=00 3 n 驱动方程：J1=xQ0 J0=xQ1 0 S0/0 S0/0 S0/0 S0/0 次态。 输出方程：y=xQ1n 1 S1/0 该电路可以自启动。S2/0 S3/1 S4/1 Q0n+1=xQ1Q0+1Q1 K1=x K0=1 自启动部分
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。
时序逻辑电路设计
时序逻辑电路设计时序逻辑电路是指根据时序关系进行信息处理的电路。
在现代电子技术领域，时序逻辑电路扮演着至关重要的角色。
本文将介绍时序逻辑电路设计的基本原理、方法以及相关技术。
一、时序逻辑电路的概念和分类时序逻辑电路是根据设定的时钟信号对输入信号进行处理并产生特定输出信号的电路。
它可以分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。
同步时序逻辑电路是基于时钟信号的输入输出的，它的工作状态由时钟信号的边沿决定。
常见的同步时序逻辑电路包括触发器、计数器等。
异步时序逻辑电路则是与时钟信号无关的，它的工作状态由输入信号的变化决定。
典型的异步时序逻辑电路包括锁存器和状态机。
二、时序逻辑电路设计的基本原理时序逻辑电路设计的基本原理包括时钟信号的选择、状态图的设计和触发器的使用。
1. 时钟信号的选择时钟信号是时序逻辑电路设计中必不可少的元件。
它决定了电路的工作频率和时序关系。
合理选择时钟信号能够保证电路的正常工作和时序的准确性。
2. 状态图的设计状态图是时序逻辑电路设计中的重要工具。
它可以帮助设计者对电路的状态转移进行清晰的描述和分析。
在状态图的设计中，需要考虑输入信号、输出信号以及状态转移条件。
3. 触发器的使用触发器是时序逻辑电路设计中的关键组件。
它可以存储和控制电路的状态。
触发器的选择和配置直接影响着电路的性能和功能。
三、时序逻辑电路设计的方法时序逻辑电路设计的方法包括状态图设计、状态转移表设计和电路实现。
1. 状态图设计状态图设计是时序逻辑电路设计的第一步。
通过绘制状态图，可以清晰地描述电路的各个状态以及状态之间的转移关系。
2. 状态转移表设计状态转移表是状态图的一种具体表示方法。
通过状态转移表可以清晰地了解每个状态的输入条件以及相应的输出。
3. 电路实现电路实现是将状态图或状态转移表转换为实际的电路结构。
常见的电路实现方法包括门电路、触发器电路等。
四、时序逻辑电路设计的相关技术时序逻辑电路设计涉及到许多相关技术，包括时钟分频技术、同步技术和时钟边沿检测技术等。
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引言人类社会进步，各种仪器测试设备的以电子设备代替成为趋势，各类测试仪器都希望通过电子设备来实现。
电子设备在实现相应参数的测量时，具有简单容易操作，而且数据便于计算机处理等优点。
目前科技的飞速进展与集成电路的发展应用，有密不可分的关系。
十九世纪工业革命主要以机器节省人力，二十世纪的工业的革命则主要以电脑为人脑分劳。
而电脑的发展归于集成电路工业。
集成电路是将各种电路器件集成于半导体表面而形成的电路。
近年来集成电路几乎成为所有电子产品的心脏。
由于集成电路微小化的趋向，使电子产品得以“轻、薄、短、小”。
故集成电路工业又称微电子工业。
差不多在同时数字计算机的发展提供了应用晶体管的庞大潜在市场。
20世纪90年代以后，电子科学和技术取得了飞速的发展，其标志就是电子计算机的普及和大规模集成电路的广泛应用。
在这种情况下，传统的关于数字电路的内容也随之起了很大的变化，在数字电路领域EDA工具已经相当成熟，无论是电路内容结构设计还是电路系统设计，以前的手工设计都被计算机辅助设计或自动设计所取代。
通过长期的学习微电子专业理论知识，我们应该多动手实践把理论知识与实践相结合，加强对理论知识的把握。
本文是十进制同步计数器的设计，对十进制同步计数器的设计进行电路原理图设计以及仿真，版图设计，版图验证。
1 设计技术要求（1）项目名称：十进制同步计数器的设计（2）使用工艺：2.0um硅栅工艺(tanner)或者1.0um硅栅工艺(cadence)（3）供电电源：5V（4）输入要求：异步清除，CMOS电平（5）进行原理图设计，并完成电路的仿真（6）版图设计，完成LVS一致性检验，生成相应的GDSII文档2 设计构思及理论2.1 设计思路十进制同步计数器的设计可以细化成下列步骤：①建立最简原始状态图。
②确定触发器级数，进行状态编码。
③用状态装换卡诺图化简，求状态方程和输出方程。
④查自启动特性。
⑤确定触发类型，求驱动方程。
⑥画逻辑图。
时序逻辑电路的设计就是根据给出的具体逻辑问题，求出实现其功能的电路，所得到的结果应力求简单。
当选用小规模集成电器设计时，电路简单的标准是所用的触发器和门电路的数目最少，而且触发器和门电路的输入端数目也最少。
而使用中、大规模集成电路时，电路简单的标准使用的集成电路数目、种类最少。
而且互相间的互连线也最少。
在进行原理图的设计时应该遵循组合逻辑电路的设计规律和方法，避免出现不必要的错误。
组合逻辑电路的设计过程，一般分为如下三步进行：1. 由逻辑问题抽象出真值表2. 由真值表写出逻辑表达式并通过卡诺图进行化简3. 由化简后的逻辑表达式设计出最后的组合逻辑电路图1时序逻辑电路设计过程2.2 设计构思的理论依据计数器是利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目将结果以数字显示。
计数器的种类也非常繁多，根据计数器中触发器时钟端的连接方式，分为同步计数器和异步计数器；根据计数器方式分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器，根据计数器的状态变化规律分为加法计数器、减法计数器和加/减计数器。
十进制同步计数器计数从0～9，当输出为9时，在下一个脉冲作用下，进位输出为1，如果预置ABCD 大于二进制数1001，在几个CLK 作用下也能回到计数状态，即同步十进制计数器具有自启动功能。
十进制同步计数器输入输出端口及功能：时钟CLK ，当CLK 的上升沿到来时，计数器加一；清零端CLRN 即复位端，当CLRN 为0时，输出A Q 、B Q 、C Q 及D Q 置0；预置控制端口LND ，当LND 为0时，计数器输出值等于预置输入值，当LND 为1时，计数器计数从预置数开始；预置输入A 、B 、C 及D ，即实现任意进制的必要输入；计数保持输入ENT 及ENP ，当二者有一个为零时，停止计数，保持计数值；计数器输出A Q 、B Q 、C Q 及D Q ；进位端CO R ，当计数值到达9时进位输出为一，否则为0。
十进制同步桂林电子科技大学课程设计论文第3页共16页计数器功能表如下表所示:表1 十进制同步计数功能表3 十进制同步计数器的原理图设计及仿真分析3.1 电路原理图设计思路及功能分析组合逻辑电路设计就是在给定逻辑功能及要求的条件下，通过多方面的设计方法，得到满足功能要求，而且是最简单的逻辑电路。
具体设计的步骤：1.逻辑抽象，就是对设计对象的输出与输入信号之间的因果关系，用逻辑函数的表示方法表示出来，其中真值表是表示逻辑函数的常用方法。
2.写逻辑函数表达式，即根据真值表按最小项或最大项规则写出设计电路的标准表达式。
3.函数化简，通过公式法和卡诺图法化简得最简逻辑表达式。
4.表达式转换，把简化后的逻辑表达式转换为满足设计要求的形式，例如化简为只用非门，或非门，与非门等基本逻辑门的形式以满足设计要求。
本次设计根据给定的条件实现十进制同步计数器计数的功能，必需要用到八个D触发器。
在设计好的十进制同步计数器计数正常输出端接一个反相器，就可以实现互补输出。
设计好基本电路原理后，先进行电路原理图（图3）仿真，看得到输出结果是否分析一致。
因为是组合逻辑电路的设计，因此在设计时要考虑到组合逻辑电路设计中经常会出现的问题，例如竞争和冒险现象。
组合逻辑电路的冒险是过渡性冒险，从冒险的波形上，可分为静态冒险和动态冒险。
输入信号变化前后，输出的稳态值是一样的，但在输入信号变化时，输出信号产生了毛刺，这种冒险是静态冒险。
若输出的稳态值为0，出现了正的尖脉冲毛刺，称为静态0险象。
若输出稳态值为1，出现了负的尖脉冲毛刺，则称为静态1冒险。
输入信号变化前后，输出的稳态值不同，并在边沿处出现了毛刺，称为动态险象（冒险）。
避免函数冒险的最简单的方法是同一时刻只允许单个输入变量发生变化，或者采用取样的办法。
根据以上规则，最终可以得出电路设计原理图如下:图2十进制同步计数器原理图3.2 电路原理图设计做完MAXPLUSⅡ的仿真得到输出结果满足设计要求后，用TANNER软件编辑电路原理图如附图1所示。
S—Edit提供使用者阶层性的设计环境，最高层的文件是设计文件，所有的模块电路，各个电路的符号、单元，甚至属性都可以包括在一个设计文件内。
可以自己建立自己所拥有的单元库，然后再以参考单元库的方式将所要的单元包括进来。
S-Edit的文件名称为*．sdb，一个SDB文件包括设计的信息与设定的信息，可以同时打开好几个设计文件，但是在同一个时间只可以看其中的一个设计文件。
在设计文件数据库中的每个桂林电子科技大学课程设计论文第5页共16页设计都是个模块，它可以是个基本单元，如晶体管；可以是个逻辑单元，如反相器；可以是个功能区块，如算数逻辑运算单元；也可以是我们的目标系统。
在设计文件数据库中不必包含我们所有设计上会使用到的模块，当然必须要有包含这些模块的一个(或多个)文件，当成我们设计时的单元库。
该设计文件中包含三个模块，每个模块的构成包括电路符号与电路本身，当所设计的模块是最基本的单元，如电阻晶体管等，它是不需要有电路部分的，该模块用符号来表示该单元。
如果我们所设计的模块希望能被其他模块电路调用使用，在设计完电路后面还要设计输入输出端口相对应的电路符号，这样才能被正常使用。
当设计的模块太大，要一次将所有的设计显示在窗口中会显得不适用，并且在处理上会使速度变慢，这时就要通过Tanner Tools Pro提供的页面功能。
I．模块(Module)模块是S-Edit设计文件中的主要单元，它可以是所设计的一个功能单元，如晶体管、基本逻辑门、功能区块、放大器电路，甚至是你的全部系统。
模块包含以下两种基本单元：Primitivbes 利用绘图工具所绘制的几何对象；instances 使用设计文件中的其他模块。
II．页面(Page)页面功能提供使用者将设计的电路分成数个区块，以便窗口的显示。
当你的模块设计太大或太复杂时，要一次将所有的电路显示在窗口中时，会显得不容易观看，而且在处理的速度上会变慢，这时就需要考虑将设计分散到不同的页面中，让窗口一次只显示适当大小的电路，方便设计的进行与处理。
Tanner Tools Pro就提供了页面的功能，方便使用者处理页面间电路的连接问题。
Tanner Tools pro内定的页面命名是从Page 0依次往上递增，使用者可以通过Page->Rename来更改页面名称。
当使用者要建立另一个新的页面时，使用Page->New 命令会打开新页面的对话窗口，这时你可以使用内定名称，也可以输入你要的名称。
当模块的设计有好几个页面时，可以通过Page->Open来打开该模块中的某个页面。
III.显示模式S-Edjt有两种显示模式，电路图模式和符号图模式。
当创建一个基本元件(如晶体管)或较大的功能单元(如反向器)的例化体时，我们用符号来代表在较大的模块中的较小的元件或单元。
要创建或修改符号，须在符号图模式下工作。
在建立模块的连接时，要在电路图模式下工作。
电路图表示基本元件(如晶体管)与较大的功能单元(如反向器或门)的连接关系。
要创建或观看线路图，须在电路图模式下工作。
用view->Symbol Mode命令和View->Schematic Mode命令来实现在两种显示模式问转换。
也可以用问号键(?)来实现这种转换IV 符号图模式符号由几何体，端口，与属性组成。
要创建一个符号，Modul->new命令)，并进入符号图模式。
用注释工具条中的Box·(长方形)，Polygon(多边形) 以及Comment(注解)等工具创建模块的图形表示。
先创建一个新的模块(用Line(线段)，Circle(圆)，用电路图工具条上的端口工具放置端口，作为模块与其它设计对象的连接点。
属性工具用来规定模块在输出网表中的描述。
模块的属性可以表征像长度，宽度，以及周长之类的物理参数：也可以描述如器件类型和注解之类的非物理量；还可以用来指定元件在S 贝CE ，NetTIgn ，或TPR 等网表中输出字符串的精确形式，以及注释模块在网表输出是否处在等级结构的最低级别。
V 电路图模式电路图定义模块中的原始体和较低级别模块的连接。
电路图表示较小的单元或基本元件(如晶体管)怎样连成较高级别的单元(如反向器)。
电路图由五种基本元件组成：以符号形式出现的模块例化体。
模块例化体有管脚。
管脚是用来与其它对象连接的连接点。
连线：连线用来完成模块间的连接。
端口：端口表示电路图对外的输入和输出。
在电路图中的端口必须与该端口在符号图中的名称和类型相对应。
端口还起注释电路图中节点的作用。
注释对象，包括boxes(长方形)，circles(圆)，polygons(多边形)，1ines(线段)，以及comments(注解)。
注释对象用来说明电路图。