第7章时序逻辑设计原理(5)

合集下载

第7章 RTL设计原则及技巧

7.2.2 流水线操作
图 7–2 串行多任务示意图流水线操作，在每个组合逻辑块之间加入寄存器簇，所有的寄存器采用一个公共的时钟信号来驱动，一旦时钟的有效沿到来，寄存器就会把前一阶段所得出来的结果输出下一级组合逻辑块，否则就一直等待。当流水线刚开始加载的时候，数据会有一个等待时间，因此第一个数据从输入到输出所经历的时间和非流水线操作的时间几乎相等，第一个时间时产生的任务a1从开始到结束用时与有没有采用流水线操作没有关系。
7.1.4同步原则
同步化设计，就是核心逻辑采用触发器来实现，电路的主要信号都使用触发器来触动，尽量采用同一个时钟域的时钟进行驱动。同步原则的好处在于它不仅可以很好的避免毛刺的产生，而且有利于器件的移植，而最重要的是它可以产生较好的静态时延分析报告。进行同步设计的关键就是认真了解和掌握并且设计好整个系统的时钟域的划分。
图 7–5 未采用资源共享的RTL线路图
图 7–6 未采用资源共享的资源利用报告
图 7–7 采用资源共享的R用报告
7.2.4逻辑复用操作
逻辑复用操作跟资源共享操作是一个相反过程。逻辑复用是通过增加面积来改善时序条件的优化手段。逻辑复用最常用的场合就是调整信号的扇出。资源共享操作中的实现方法一就是一个逻辑复用的逆操作。香农扩展定律则可以清楚地表明怎样把一个逻辑组合来实现逻辑复用、提高频率。而卡诺图化简则相当于香农扩展的逆操作，相当于资源共享操作。
7.1.3系统原则
CPLD/FPGA本身就一个系统的集合，需要以系统的眼光来看待和设计CPLD/FPGA，以最优的设计方案来实现。 FPGA速度快、内部寄存器资源和布局布线丰富，因此适合于那些实时性要求很高、频率又要快、寄存器消耗多的功能模块设计；另外现在很多FPGA都内嵌DSP模块，因此适合于嵌入式DSP设计。对于那些速度要求不是很高的功能模块，或者组合逻辑要求相对丰富、输入输出管脚要求比较多的功能单元，则可以采用CPLD 来完成。系统原则其实就是自顶向下的方式的具体化。CPLD/FPGA设计工程师只有清楚了这些系统级的定义和规范才能开始芯片选型、具体的逻辑模块的划分以及子模块的RTL设计。

2023年大学_EDA技术与VHDL第二版(潘松著)课后习题答案下载

2023年EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后习题答案下载EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后答案下载第1章 EDA技术概述1.1 EDA技术及其发展1.1.1 EDA技术的发展1.1.2 EDA技术的涵义1.1.3 EDA技术的基本特征1.2 EDA技术的主要内容及主要的EDA厂商1.2.1 EDA技术的主要内容1.2.2 主要EDA厂商概述1.3 EDA技术实现目标1.3.1 超大规模可编程逻辑器件1.3.2 半定制或全定制ASIC1.3.3 混合ASIC1.4 EDA技术应用1.4.1 EDA技术应用形式1.4.2 EDA技术应用场合1.5 EDA技术的发展趋势1.5.1 可编程器件的发展趋势1.5.2 软件开发工具的发展趋势1.5.3 输入方式的发展趋势__小结思考题和习题第2章大规模可编程逻辑器件2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 PLD的'发展进程2.1.2 PLD的种类及分类方法2.2 简单可编程逻辑器件2.2.1 PLD电路的表示方法及有关符号 2.2.2 PROM基本结构2.2.3 PLA基本结构2.2.4 PAL基本结构2.2.5 GAL基本结构2.3 复杂可编程逻辑器件2.3.1 CPLD基本结构2.3.2 Altera公司器件2.4 现场可编程逻辑器件2.4.1 FPGA整体结构2.4.2 Xilinx公司FPGA器件2.5 在系统可编程逻辑器件2.5.1 ispLSl/pLSl的结构2.5.2 Lattice公司ispLSI系列器件 2.6 FPGA和CPLD的开发应用2.6.1 CPLD和FPGA的编程与配置2.6.2 FPGA和CPLD的性能比较2.6.3 FPGA和CPLD的应用选择__小结思考题和习题第3章 EDA设计流程与开发3.1 EDA设计流程3.1.1 设计输入3.1.2 综合3.1.3 适配3.1.4 时序仿真与功能仿真3.1.5 编程下载3.1.6 硬件测试3.2 ASIC及其设计流程3.2.1 ASIC设计方法3.2.2 一般的ASIC设计流程3.3 可编程逻辑器件的开发环境 3.4 硬件描述语言3.5 IP核__小结思考题和习题第4章硬件描述语言VHDL4.1 VHDL概述4.1.1 VHDL的发展历程4.1.2 VHDL的特点4.2 VHDL程序基本结构4.2.1 实体4.2.2 结构体4.2.3 库4.2.4 程序包4.2.5 配置4.3 VHDL基本要素4.3.1 文字规则4.3.2 数据对象4.3.3 数据类型4.3.4 运算操作符4.3.5 VHDL结构体描述方式 4.4 VHDL顺序语句4.4.1 赋值语句4.4.2 IF语句4.4.3 等待和断言语句4.4.4 cASE语句4.4.5 LOOP语句4.4.6 RETIARN语句4.4.7 过程调用语句4.4.8 REPORT语句4.5 VHDL并行语句4.5.1 进程语句4.5.2 块语句4.5.3 并行信号代人语句4.5.4 并行过程调用语句4.5.5 并行断言语句4.5.6 参数传递语句4.5.7 元件例化语句__小结思考题和习题第5章 QuartusⅡ软件及其应用5.1 基本设计流程5.1.1 建立工作库文件夹和编辑设计文件 5.1.2 创建工程5.1.3 编译前设计5.1.4 全程编译5.1.5 时序仿真5.1.6 应用RTL电路图观察器5.2 引脚设置和下载5.2.1 引脚锁定5.2.2 配置文件下载5.2.3 AS模式编程配置器件5.2.4 JTAG间接模式编程配置器件5.2.5 USBBlaster编程配置器件使用方法 __小结思考题和习题第6章 VHDL应用实例6.1 组合逻辑电路设计6.1.1 基本门电路设计6.1.2 译码器设计6.1.3 数据选择器设计6.1.4 三态门设计6.1.5 编码器设计6.1.6 数值比较器设计6.2 时序逻辑电路设计6.2.1 时钟信号和复位信号6.2.2 触发器设计6.2.3 寄存器和移位寄存器设计6.2.4 计数器设计6.2.5 存储器设计6.3 综合实例——数字秒表的设计__小结思考题和习题第7章状态机设计7.1 一般有限状态机7.1.1 数据类型定义语句7.1.2 为什么要使用状态机 7.1.3 一般有限状态机的设计 7.2 Moore型有限状态机设计 7.2.1 多进程有限状态机7.2.2 单进程有限状态机7.3 Mealy型有限状态机7.4 状态编码7.4.1 状态位直接输出型编码 7.4.2 顺序编码7.4.3 一位热码编码7.5 状态机处理__小结思考题和习题第8章 EDlA实验开发系统8.1 GW48型实验开发系统原理与应用8.1.1 系统性能及使用注意事项8.1.2 GW48系统主板结构与使用方法8.2 实验电路结构图8.2.1 实验电路信号资源符号图说明8.2.2 各实验电路结构图特点与适用范围简述8.3 GW48CK/GK/EK/PK2系统信号名与芯片引脚对照表 __小结思考题和习题第9章 EnA技术实验实验一：全加器的设计实验二：4位加减法器的设计实验三：基本D触发器的设计实验四：同步清零计数器的设计实验五：基本移位寄存器的设计串人/串出移位寄存器实验六：同步预置数串行输出移位寄存器的设计实验七：半整数分频器的设计实验八：音乐发生器的设计实验九：交通灯控制器的设计实验十：数字时钟的设计EDA技术与VHDL第二版（潘松著）：内容简介《EDA技术与VHDL》主要内容有Altera公司可编程器件及器件的选用、QuartusⅡ开发工具的使用;VHDL硬件描述语言及丰富的数字电路和电子数字系统EDA设计实例。

第七章时序逻辑电路题库

1.JK触发器可完成：保持、置0、置1、翻转四种功能。

（对）2、JK触发器只有置0、置1两种功能。

（错）3、JK触发器只有保持、翻转两种功能。

（错）4、JK触发器可完成：保持、置0、置1、计数四种功能。

（错）5、RS触发器没有不确定的输出状态。

（错）6、RS触发器有不确定的输出状态。

（对）7、仅具有保持和翻转功能的触发器是RS触发器。

（错）8、仅具有保持和翻转功能的触发器是T触发器。

（对）9、仅具有保持和翻转功能的触发器是T’触发器。

（错）10、仅具有翻转功能的触发器是T’触发器。

（对）11、同步时序逻辑电路中各触发器的时钟脉冲CP是同一个信号。

（对）12、同步时序逻辑电路中各触发器的时钟脉冲CP不是同一个信号。

（错）13、异步时序逻辑电路中各触发器的时钟脉冲CP不是同一个信号。

（对）14、异步时序逻辑电路中各触发器的时钟脉冲CP是同一个信号。

（错）15、触发器在某一时刻的输出状态，不仅取决于当时输入信号的状态，还与电路的原始状态有关。

（对）16、触发器进行复位后，其两个输出端均为0.（错）17、触发器进行复位后，其两个输出端均为1.（错）18、触发器与组合电路两者都没有记忆能力。

（错）19、基本RS触发器要受时钟脉冲的控制。

（错）20、Qn+1表示触发器原来所处的状态，即现态。

（错）21、Qn表示触发器原来所处的状态，即现态。

（对）22、当CP处于下降沿时，触发器的状态一定发生翻转。

（错）23、当CP处于上升沿时，触发器的状态一定发生翻转。

（错）24、所谓单稳态触发器，只有一个稳定状态，而不具有其他的状态。

（错）25、JK触发器能够克服RS触发器存在的缺点。

（对）26、寄存器具有记忆功能，可用于暂存数据。

（对）27、74LS194可执行左移、右移、保持等几种功能。

（对）28、在异步计数器中，当时钟脉冲到达时，各触发器的翻转是同时发生的。

（错）29、可逆计数器既能作加法计数，又能作减法计数。

（对）30、计数器计数前不需要先清零。

数字电子技术基础习题册答案

第7章时序逻辑电路【7-1】已知时序逻辑电路如图所示，假设触发器的初始状态均为0。

(1 )写出电路的状态方程和输出方程。

(2) 分别列出X =0和X =1两种情况下的状态转换表，说明其逻辑功能。

(3) 画出X =1时，在CP 脉冲作用下的Q 1、Q 2和输出Z 的波形。

1J 1KC11J 1KC1Q 1Q 2CPXZ1图解：1．电路的状态方程和输出方程n 1n2n 11n 1Q Q Q X Q +=+n 2n 11n 2Q Q Q ⊕=+ CP Q Q Z 21=2．分别列出X =0和X =1两种情况下的状态转换表，见题表所示。

逻辑功能为当X =0时，为2位二进制减法计数器；当X =1时，为3进制减法计数器。

3．X =1时，在CP 脉冲作用下的Q 1、Q 2和输出Z 的波形如图(b)所示。

题表Q Q Z图(b)【7-2】电路如图所示，假设初始状态Q a Q b Q c =000。

(1) 写出驱动方程、列出状态转换表、画出完整的状态转换图。

(2) 试分析该电路构成的是几进制的计数器。

Q c图解：1．写出驱动方程1a a ==K J ncn a b b Q Q K J ⋅== n b n a c Q Q J = n a c Q K = 2．写出状态方程n a 1n a Q Q =+ n a n a n a n a n c n a 1n b Q Q Q QQ Q Q +=+ nc n a n c n b n a 1n b Q Q Q Q Q Q +=+3．列出状态转换表见题表，状态转换图如图(b)所示。

图7.2(b)表7.2状态转换表CP na nbc Q Q Q 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 16 0 0 0n4．由FF a 、FF b 和FF c 构成的是六进制的计数器。

【7-3】在二进制异步计数器中，请将正确的进位端或借位端（Q 或Q ）填入下表解：题表7-3下降沿触发由 Q 端引出进位由Q 端引出借位触发方式加法计数器减法计数器上升沿触发由Q 端引出进位由Q 端引出借位【7-4】电路如图(a)所示，假设初始状态Q 2Q 1Q 0=000。

电路基础原理数字电路中的组合逻辑与时序逻辑

电路基础原理数字电路中的组合逻辑与时序逻辑数字电路作为电子电路中的重要分支，涉及到了很多基础原理和概念，其中包括组合逻辑和时序逻辑。

这两者在数字电路的设计和实现中起着重要的作用。

在本文中，我们将探索数字电路中的组合逻辑和时序逻辑的基本原理和应用。

一、组合逻辑组合逻辑是指数字电路的输出只依赖于输入的当前状态，而不依赖于输入的之前的历史状态。

组合逻辑电路一般由逻辑门构成，包括与门、或门、非门等。

逻辑门可以根据输入的逻辑状态产生相应的输出。

组合逻辑的设计和实现中，最常见的是使用布尔代数进行逻辑分析和运算。

布尔代数使用逻辑运算符号来表示逻辑关系，如与（AND）、或（OR）、非（NOT）等。

通过对输入信号进行布尔运算，可以得到输出信号的逻辑关系。

组合逻辑电路的设计离不开真值表和卡诺图的运用。

这些工具可以帮助我们实现更高效的电路设计和优化。

组合逻辑的应用非常广泛，比如在计算机的内部电路和逻辑运算中，组合逻辑起到了至关重要的作用。

另外，在数字电子系统中，还有很多设备和模块都是通过组合逻辑来实现控制和数据处理的功能。

二、时序逻辑时序逻辑是指数字电路的输出不仅仅依赖于输入的当前状态，还可能受到输入的历史状态的影响。

时序逻辑电路一般由触发器、计数器、状态机等构成。

触发器是时序逻辑电路的基本单元，可以用来存储和传递信号。

时序逻辑电路的设计和实现中，需要考虑时序关系和时钟信号的影响。

时钟信号被认为是时序逻辑电路中最关键的信号，它用来同步和控制时序逻辑电路的运行。

通过时序逻辑的设计，可以实现更复杂的逻辑功能，如数据存储、状态切换和时序控制等。

时序逻辑的应用广泛存在于数字系统中，比如在计算机的控制和时序同步等方面。

此外，时序逻辑还被广泛应用于通信领域、嵌入式系统和数字信号处理中。

三、组合逻辑和时序逻辑的联系与区别组合逻辑和时序逻辑都是数字电路中重要的概念和技术，它们相互依存，共同构成了数字电路的基础。

组合逻辑是由逻辑门构成的，输出只依赖于当前输入的状态；而时序逻辑则以触发器为基础，能够存储和传递信号，输出受到原始输入和历史输入的共同影响。

时序逻辑设计原理

21
Chapter 7
frequency divider with D f-fs
(frequency, fin) input
DQ CLK Q
(frequency, fout)
output
fout
fin 2
divide-by-2 divider
22
Chapter 7
7、scan flip-flop
the time of active level of S or R must be keeping longer than minimum pulse width, or else the
latch may be go into metastable.
11
Chapter 7
(3) characteristic equation
input, S=R=1).
Q*=J·Q’+K’ ·Q •But, 1s catching and 0s catching
are exist.
29
Chapter 7
1s catching
• C=1， last Q=0 • there be JK=0×, if J changes to 1, then the
2
Chapter 7
Some important concepts
• state and state variable
state : collection of state variable, contain all the
information about the past necessary to account for the circuit’s future behaviors.

数字电路系统设计中英文课件教程 07 时序逻辑电路原理-Sequential Logic Design Principles (1)

所有的时序电路对亚稳态都是敏感的
metastable 亚稳态
stable
稳态
stable
稳态
7.2 Latches and Flip-Flops (锁存器与触发器)
—— The Basic Building Blocks of most Sequential Circuits. (大多数时序电路的基本构件)
Clock Frequency: The Reciprocal of the Clock Period
(时钟频率：时钟周期的倒数。）
Clock Tick: The First Edge of Pulse in a clock period or sometimes the period itself.
DIGITAL SYSTEM DESIGN
ESHINE
eshine.li@
Chapter 7 Sequential Logic Design Principles ( 时序逻辑设计原理 )
Latches and Flip-Flops (锁存器和触发器 ) Clocked Synchronous State-Machine Analysis (同步时序分析) Clocked Synchronous State-Machine Design (同步时序设计)
Basic Concepts (基本概念)
Sequential Logic Circuit （时序逻辑电路） Clock Period: The Time between Successive transitions in the same direction.
(时钟周期：两次连续同向转换之间的时间。）

Latches（锁存器）

数字电路第七章时序逻辑电路

/0 001
/0
010 /0
101
100 /1 /0
011
结论:该电路是一个同步五进制( ⑥ 结论:该电路是一个同步五进制(模5)的加法计数器,能够自动启动, 为进位端. 法计数器,能够自动启动,C为进位端.
§7.3 计数器
7.3.1 计数器的功能和分类
1. 计数器的作用
记忆输入脉冲的个数;用于定时,分频, 记忆输入脉冲的个数;用于定时,分频,产生节拍脉冲及进行数字运算等等. 生节拍脉冲及进行数字运算等等.
1 0 1 0 1 0 1 0
3. 还可以用波形图显示状态转换表. 还可以用波形图显示状态转换表.
CP Q0 Q1 Q2
思考题: 思考题:试设计一个四位二进制同步加法计数器电路,并检验其正确性. 器电路,并检验其正确性.
7.3.4 任意进制计数器的分析
例:
Q2 J2 Q2 K2 Q1 J1 Q1 K1 Q0 J0 Q0 K0
第七章时序逻辑电路
§7.1 概述 §7.2 时序逻辑电路的分析方法 §7.3 计数器 §7.4 寄存器和移位寄存器 §7.5 计数器的应用举例
§7.1Байду номын сангаас概述
在数字电路中, 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,而且还和输出不仅决定于该时刻的输入,而且还和电路原来的状态有关者电路原来的状态有关者,都叫做时序逻辑电路,简称时序电路时序电路. 电路,简称时序电路. 时序电路的特点:具有记忆功能. 时序电路的特点:具有记忆功能.
下面将重点讨论蓝颜色电路—移位电路移位寄存器的工寄存器的工作原理. 作原理. D0 = 0 D1 = Q0 D2 = Q1 D3 = Q2

电子设计中的时序逻辑设计

电子设计中的时序逻辑设计时序逻辑设计是电子设计中非常重要的一个部分，它主要涉及到在数字电路中对信号的时序进行控制和调整，以确保电路能够按照预定的顺序正确地工作。

在电子设备中，时序逻辑设计直接影响着整个系统的性能、稳定性和功耗等方面。

首先，时序逻辑设计需要考虑时钟信号的控制。

时钟信号是数字系统中非常关键的一个信号，它提供了同步的时序参考，确保各个部分能够同时工作。

在时序逻辑设计中，需要合理地设置时钟信号的频率、相位和占空比等参数，以保证整个系统的稳定性和可靠性。

其次，时序逻辑设计还涉及到时钟域的概念。

数字系统中的不同部分可能工作在不同的时钟频率下，这就涉及到时钟域之间的数据传输和同步。

在时序逻辑设计中，需要考虑时钟域之间的同步问题，采取合适的方法来确保数据的正确传输和处理。

此外，时序逻辑设计还需要考虑信号的延迟和时序约束。

在数字系统中，信号的传输会存在一定的延迟，这可能会导致时序不一致的问题。

因此，在时序逻辑设计中，需要对信号的延迟进行分析和优化，以满足系统的时序约束要求，确保数据的正确性和稳定性。

在实际的时序逻辑设计中，通常会采用时序分析工具来辅助设计。

时序分析工具可以帮助设计工程师对时序逻辑进行建模和仿真，提前发现潜在的时序问题，并进行相应的优化。

通过时序分析工具，可以有效地提高设计的可靠性和稳定性。

总的来说，时序逻辑设计在电子设计中具有非常重要的地位，它直接影响着数字系统的性能和稳定性。

设计工程师需要充分理解时序逻辑设计的原理和方法，合理地设计时钟信号控制、时钟域同步和信号延迟等，以确保系统能够按照预期的时序要求正确地工作。

通过良好的时序逻辑设计，可以提高数字系统的性能和可靠性，满足不同应用领域的需求。

(完整版)《数字电子技术》知识点

《数字电子技术》知识点第1章数字逻辑基础1．数字信号、模拟信号的定义2．数字电路的分类3．数制、编码其及转换要求：能熟练在10进制、2进制、8进制、16进制、8421BCD 之间进行相互转换。

举例1：（37.25）10= ( )2= ( )16= ( )8421BCD 解：（37.25）10= (100101.01)2= ( 25.4)16= (00110111.00100101)8421BCD 4．基本逻辑运算的特点与运算：见零为零，全1为1；或运算：见1为1，全零为零；与非运算：见零为1，全1为零；或非运算：见1为零，全零为1；异或运算：相异为1，相同为零；同或运算：相同为1，相异为零；非运算：零变 1， 1变零；要求：熟练应用上述逻辑运算。

5．数字电路逻辑功能的几种表示方法及相互转换。

①真值表（组合逻辑电路）或状态转换真值表（时序逻辑电路）：是由变量的所有可能取值组合及其对应的函数值所构成的表格。

②逻辑表达式：是由逻辑变量和与、或、非3种运算符连接起来所构成的式子。

③卡诺图：是由表示变量的所有可能取值组合的小方格所构成的图形。

④逻辑图：是由表示逻辑运算的逻辑符号所构成的图形。

⑤波形图或时序图：是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。

⑥状态图（只有时序电路才有）：描述时序逻辑电路的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图。

要求：掌握这五种（对组合逻辑电路）或六种（对时序逻辑电路）方法之间的相互转换。

6．逻辑代数运算的基本规则①反演规则：对于任何一个逻辑表达式Y ，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函数Y 的反函数Y （或称补函数）。

这个规则称为反演规则。

②对偶规则：对于任何一个逻辑表达式Y ，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到的一个新的函数表达式Y ＇，Y ＇称为函Y 的对偶函数。

数字电路中的时序逻辑设计原理

数字电路中的时序逻辑设计原理时序逻辑是数字电路中的重要概念，通过有序的时钟信号来控制电路的行为。

在数字系统中，时序逻辑电路扮演着重要的角色，用于处理和存储数据。

本文将介绍数字电路中的时序逻辑设计原理，包括时钟信号、触发器、状态机以及时序逻辑设计的方法。

1. 时钟信号时钟信号在数字电路中起到同步和定时的作用。

它通过周期性的信号波形，使得电路中的操作在特定的时间点发生。

时钟信号通常表示为高电平和低电平的变化，这些变化用于触发电路中的不同操作。

时钟频率表示时钟信号的周期，单位为赫兹（Hz）。

2. 触发器触发器是时序逻辑电路中常用的元件，用于存储和传输数据。

它基于时钟信号来触发输入数据的存储，并且在时钟信号的上升沿或下降沿改变输出。

触发器一般分为 D 触发器、JK 触发器、SR 触发器等不同类型，根据需求选择适当的触发器类型。

3. 状态机状态机是一种时序逻辑电路，用于描述系统的行为和状态转换。

它由状态和状态之间的转移组成，通过输入信号的变化触发状态转移。

状态机可以是同步的或异步的，同步状态机与时钟信号同步，而异步状态机不需要时钟信号。

4. 时序逻辑设计方法时序逻辑设计需要遵循以下步骤：a) 分析需求：明确设计的目标和功能，确定所需的输入和输出信号。

b) 设计状态图：根据需求设计状态机的状态和状态转移。

c) 确定触发器类型：选择合适的触发器类型来实现状态机的功能。

d) 实现电路：根据设计的状态机和触发器类型，搭建电路并连接输入输出信号。

e) 验证和调试：通过模拟和测试验证电路的正确性，修复可能存在的问题。

总结：时序逻辑设计原理在数字电路中起着重要的作用。

时钟信号作为同步和定时的基准，触发器用于存储和传输数据，状态机描述系统行为和状态转换。

时序逻辑设计需要分析需求、设计状态图、选择合适的触发器类型、搭建电路并进行验证和调试。

通过了解和应用这些原理，可以有效设计和实现复杂的数字电路系统。

数字电子技术基础课后答案全解__主编_杨春玲_王淑娟

数字电子技术基础课后答案全解__主编_杨春玲_王淑娟(总43页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第3章逻辑代数及逻辑门【3-1】填空1、与模拟信号相比，数字信号的特点是它的离散性。

一个数字信号只有两种取值分别表示为0 和1 。

2、布尔代数中有三种最基本运算：与、或和非，在此基础上又派生出五种基本运算，分别为与非、或非、异或、同或和与或非。

3、与运算的法则可概述为：有“0”出 0 ，全“1”出 1；类似地或运算的法则为有”1”出”1”，全”0”出”0” 。

4、摩根定理表示为：A B ⋅=A B + ；A B +=A B ⋅。

5、函数表达式Y=AB C D ++，则其对偶式为Y '=()A B C D +⋅。

6、根据反演规则，若Y=AB C D C +++，则Y =()AB C D C ++⋅ 。

7、指出下列各式中哪些是四变量A B C D 的最小项和最大项。

在最小项后的（）里填入m i ，在最大项后的（）里填入M i ，其它填×（i 为最小项或最大项的序号）。

(1) A +B +D (× ); (2) ABCD (m 7 ); (3) ABC ( × ) (4)AB (C +D ) (×); (5) A B C D +++ (M 9 ) ; (6) A+B+CD (× ); 8、函数式F=AB+BC+CD 写成最小项之和的形式结果应为m ∑(3,6,7,11,12,13,14,15),写成最大项之积的形式结果应为M (∏0,1,2,4,5,8,9,10 )9、对逻辑运算判断下述说法是否正确，正确者在其后（）内打对号，反之打×。

（1）若X +Y =X +Z ，则Y=Z ；( × ) （2）若XY=XZ ，则Y=Z ；( × ) （3）若X ⊕Y=X ⊕Z ，则Y=Z ；(√ ) 【3-2】用代数法化简下列各式(1) F 1 =1ABC AB += (2) F 2 =ABCD ABD ACD AD ++=(3)3F AC ABC ACD CD A CD =+++=+ (4) 4()()F A B C A B C A B C A BC =++⋅++⋅++=+【3-3】用卡诺图化简下列各式(1) 1F BC AB ABC AB C=++=+ (2) 2F AB BC BC A B=++=+(3) 3F AC AC BC BC AB AC BC=+++=++ (4) 4F ABC ABD ACD CD ABC ACD A D=+++++=+或AB AC BC ++(5) 5F ABC AC ABD AB AC BD=++=++ (6) 6F AB CD ABC AD ABC A BC CD=++++=++(7) 7F AC AB BCD BD ABD ABCD A BD BD=+++++=++ (8) 8 F AC AC BD BD ABCD ABCD ABCD ABCD=+++=+++(9) 9()F A C D BCD ACD ABCD CD CD =⊕+++=+(10)F 10=10F AC AB BCD BEC DEC AB AC BD EC =++++=+++【3-4】用卡诺图化简下列各式(1) P 1(A ,B ,C )=(0,1,2,5,6,7)m AB AC BC =++∑(2) P 2(A ,B ,C ,D )=(0,1,2,3,4,6,7,8,9,10,11,14)m AC AD B CD =+++∑ (3)P 3(A ,B ,C ,D )=(0,1,,4,6,8,9,10,12,13,14,15)m AB BC AD BD =+++∑ (4) P 4 (A ,B ,C ,D )=17M M A BC BC D •=+++【3-5】用卡诺图化简下列带有约束条件的逻辑函数（1）()1,,,(3,6,8,9,11,12)(0,1,2,13,14,15)()d P A B C D m AC BD BCD ACD =+=++∑∑或 (2) P 2(A ,B ,C ,D )=(0,2,3,4,5,6,11,12)(8,9,10,13,14,15)d m BC BC D +=++∑∑ (3) P 3 =()A C D ABCD ABCD AD ACD BCD ABD ++++=++或 AB +AC =0 (4) P 4 =A B ABCD ABCD +=+（A B C D 为互相排斥的一组变量，即在任何情况下它们之中不可能两个同时为1）【3-6】已知: Y 1 =AB AC BD ++ Y 2 =ABCD ACD BCD BC +++ 用卡诺图分别求出Y Y 12⋅， Y Y 12+， Y Y 12⊕。

数字电路第7章

时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
用D触发器构成的异步四位二进制加计数器
Q0 CP Q D C F0 Q Q D C F1 Q Q1 Q D C F2 Q Q2 Q D C F3 Q Q3
RD
CP Q0 Q1 Q2 Q3
1 0 0 0
0 1 0 0
1 1 0 0
0 0 1 0
1 0 1 0
0 1 1 0
6人 2人 4人 3人
3人 4人 4人 2人
57.1% 36% 34.6% 33.3%
26人 17人 16人 17人
1人 4人 6人 6人
1人 4人 4人 2人
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
7.1 概述 7.2 时序逻辑电路的分析方法和设计思路 7.4 集成计数器 7.5 寄存器
数字电路与逻辑设计
4 作状态转换真值表
计数脉冲
0 1 2 3 4 5 6 7 8 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
无论是时序波形图还是状态转换真值表，都反映了该计数器是从状态000开始计数，每来一个计数脉冲，二进制数值便加1，计满归零。输入第8个计数脉冲时计满归零作为整体，该电路可称为模8加模计数器、或八进制八进制加计数器。
1 1 1 0
0 0 0 1
1 0 0 1
0 1 0 1
1 1 0 1
0 0 1 1
1 0 1 1
0 1 1 1
1 1 1 1
0 0 0 0
分析：图中各位触发器均为上升沿触发的D触发器。由于分析：各位D触发器的输入D端与它们各自输出的非联在一起，所以，F0在每一个时钟脉冲上升沿到来时翻转一次。 F1在Q0由 1变0时翻转， F2在Q1由1变0时翻转， F3在Q2由1变0时翻。

时序逻辑电路

第六章时序逻辑电路时序逻辑电路简称时序电路，与组合逻辑电路并驾齐驱，是数字电路两大重要分支之一。

本章首先介绍时序逻辑电路的基本概念、特点及时序逻辑电路的一般分析方法。

然后重点讨论典型时序逻辑部件计数器和寄存器的工作原理、逻辑功能、集成芯片及其使用方法及典型应用。

最后简要介绍同步时序逻辑电路的设计方法。

6.1 时序逻辑电路的基本概念一．时序逻辑电路的结构及特点时序逻辑电路——电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关。

时序电路中必须含有具有记忆能力的存储器件。

存储器件的种类很多，如触发器、延迟线、磁性器件等，但最常用的是触发器。

由触发器作存储器件的时序电路的基本结构框图如图6.1.1所示，一般来说，它由组和电路和触发器两部分组成。

1 X i X Z1 Z jÊäÈëÐÅºÅÐÅºÅÊä³ö·¢Æ÷´¥·¢ÆÐÅºÅÊä³öÐÅºÅÍ¼6.1.1 Ê±ÐòÂß¼µçÂ·¿òÍ¼二．时序逻辑电路的分类按照电路状态转换情况不同，时序电路分为同步时序电路和异步时序电路两大类。

按照电路中输出变量是否和输入变量直接相关，时序电路又分为米里（Mealy）型电路和莫尔（Moore）型电路。

米里型电路的外部输出Z既与触发器的状态Q n有关，又与外部输入X有关。

实验五时序逻辑电路实验报告

实验五时序逻辑电路实验报告一、实验目的1.了解时序逻辑电路的基本原理和设计方法。

2.掌握时序逻辑电路的设计方法。

3.运用Verilog语言进行时序逻辑电路的设计和仿真。

二、实验原理时序逻辑电路是指在电路中引入记忆元件（如触发器、计数器等），通过电路中的时钟信号和输入信号来控制电路的输出。

时序逻辑电路的输出不仅与当前输入有关，还与之前输入和输出的状态有关，因此对于时序逻辑电路的设计，需要考虑时钟信号的频率、输入信号的变化及当前状态之间的关系。

三、实验内容本次实验通过使用Verilog语言设计和仿真下列时序逻辑电路。

1.设计一个10进制累加器模块，实现对输入信号进行累加并输出，并在仿真中验证结果的正确性。

2.设计一个4位二进制计数器模块，实现对输入时钟信号的计数，并在仿真中验证结果的正确性。

3.设计一个4位带加载/清零控制功能的二进制计数器模块，实现对输入时钟信号的计数，并在仿真中验证结果的正确性。

四、实验步骤1.根据实验原理和要求，利用Verilog语言设计10进制累加器模块。

在设计中需要注意时钟的频率和输入信号的变化。

2.编译并运行仿真程序，验证设计的10进制累加器模块的正确性。

3.在设计时钟频率和输入信号变化的基础上，设计4位二进制计数器模块。

4.编译并运行仿真程序，验证设计的4位二进制计数器模块的正确性。

5.在设计4位二进制计数器模块的基础上，引入加载/清零控制功能，设计一个4位带加载/清零控制功能的二进制计数器模块。

6.编译并运行仿真程序，验证设计的带加载/清零控制功能的二进制计数器模块的正确性。

7.总结实验结果，撰写实验报告。

五、实验结果与分析1.经过验证实验，10进制累加器模块能够正确实现对输入信号的累加并输出正确的结果。

2.经过验证实验，4位二进制计数器模块能够正确实现对输入时钟信号的计数，并输出正确的计数结果。

3.经过验证实验，带加载/清零控制功能的二进制计数器模块能够正确实现对输入时钟信号的计数，并在加载或清零信号的控制下实现加载或清零操作。

第7章时序逻辑电路

第7章时序逻辑电路一、学习目的时序逻辑电路是数字电子电路的另一个主要分支。

通过本章的学习要掌握时序逻辑电路的工作特点，掌握时序逻辑电路的分析方法和设计方法，掌握各种类型的计数器的基本原理和使用方法。

二、内容概要本章在介绍了时序逻辑电路的分析方法及异步计数器、同步计数器、寄存器与移位寄存器的基本工作原理后，着重介绍了有关中规模集成电路的逻辑功能、使用方法和应用。

还介绍了时序逻辑电路的设计方法。

三、学习指导本章重点：时序逻辑电路分析和设计方法，同步计数器和异步计数器的应用，寄存器的工作原理和分析方法。

本章难点：同步计数器和异步计数器的设计。

方法提示: 对时序逻辑电路的分析设计方法要认真掌握，它是数字电路设计的一个基本功。

在计数器设计和分析时要把计数器看成是“状态转换器”，对计数器的理解要跳出“计数”的限制，把它看成是多种状态的相互转换关系。

7.1 概述教学要求理解时序逻辑电路的概念理解时序逻辑电路的工作特点7.2 时序逻辑电路的分析方法教学要求理解同步时序逻辑电路的分析方法了解异步时序逻辑电路的分析方法掌握状态方程、驱动方程、输出方程的概念和用法掌握状态转换图、状态转换真值表和时序图的用法时序逻辑电路的分析：根据给定的电路，写出它的方程、列出状态转换真值表、画出状态转换图和时序图，而后得出它的功能。

一、同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的主要特点：在同步时序逻辑电路中，由于所有触发器都由同一个时钟脉冲信号CP来触发，它只控制触发器的翻转时刻，而对触发器翻转到何种状态并无影响，所以，在分析同步时序逻辑电路时，可以不考虑时钟条件。

1、基本分析步骤写方程式：输出方程：时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态和输入信号的函数。

驱动方程：各触发器输入端的逻辑表达式。

状态方程：将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，便得到该触发器的状态方程。

列状态转换真值表：将电路现态的各种取值代入状态方程和输出方程中进行计算，求出相应的次态和输出，从而列出状态转换真值表。

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。

时序逻辑电路的结构

时序逻辑电路的结构时序逻辑电路是一种数字电路，其输出不仅取决于当前的输入，还与之前的输入序列有关。

这种电路主要由组合逻辑电路和存储元件组成，存储元件用来存储状态信息。

下面将从五个方面详细介绍时序逻辑电路的结构。

1.输入和输出信号时序逻辑电路具有一组输入信号和一组输出信号。

输入信号用于改变电路的状态，而输出信号则表示电路的当前状态。

与组合逻辑电路不同的是，时序逻辑电路的输出信号不仅与当前的输入信号有关，还与其内部存储的状态信息有关。

2.存储元件存储元件是时序逻辑电路的核心部分，用于存储状态信息。

常见的存储元件包括触发器和寄存器等。

触发器在特定的时钟脉冲边缘触发下，根据输入信号的变化更新内部状态；寄存器则能够保存一个二进制数位的序列，常用于实现计数器、移位器等功能。

3.逻辑门逻辑门是实现逻辑运算的电路元件，用于处理输入信号并产生输出信号。

在时序逻辑电路中，逻辑门通常与存储元件配合使用，以实现特定的功能。

常见的逻辑门有与门、或门、非门等，这些门电路能够实现基本的逻辑运算。

4.时钟信号时钟信号是时序逻辑电路中控制电路运行的关键信号。

时钟信号通常是一个周期性的脉冲信号，用于控制触发器的触发时刻和状态更新。

在同步时序逻辑电路中，所有存储元件都在同一时钟信号的控制下进行状态更新。

5.反馈信号反馈信号是指从时序逻辑电路的输出端返回的信号，用于影响电路的下一个状态。

反馈信号通常由存储元件的输出提供，并作为输入信号的一部分影响下一个状态的计算。

通过适当的反馈设计，可以实现各种复杂的时序逻辑功能，如计数器、移位器等。

时序逻辑电路是一种重要的数字电路类型，其结构包含输入和输出信号、存储元件、逻辑门、时钟信号和反馈信号等方面。

通过这些组成部分的协同工作，时序逻辑电路能够实现各种复杂的逻辑功能，并在数字系统中得到广泛应用。

了解时序逻辑电路的结构和工作原理对于设计、分析和应用数字系统具有重要意义。

7-4 D锁存器

第7章时序逻辑设计原理Sequential Logic Design Principles7-4S-R Latch, D Latch7.2.2 S-R Latches （S-R锁存器）S_L = R_L = 1Q = last Q, QN = last QNS_L = 1, R_L = 0Q = 0, QN = 1 S_L = 0, R_L = 1Q = 1, QN = 0 S_L = R_L = 0Q = QN =1QQNS_LR_LS R S Q R QLogic Symbol 逻辑符号Function Table (功能表)7.2.3 S-R Latch with Enable (带使能端的S-R锁存器)S RC 0 X X 1 0 01 0 11 1 01 1 1C S RlastQ lastQN lastQ lastQN 0 11 01 1QQNFunction Table 功能表(1). C=0:Q = last Q; QN = last QN (2). C=1:just like S-R latch 当S=R=1时，如果C 从1变到0，则下一状态是不可预期的。

SC RQ QQQNS_LR_LTiming Diagram （定时图）0 X X 1 0 01 0 11 1 01 1 1C S R lastQ lastQN lastQ lastQN 0 11 01 1Q QN QS R C 动作特点：输入信号在时钟（使能端）有效期间，都能直接改变触发器的状态。

7.2.4 D Latches （D锁存器）If D=1, Q = 1C=0, QQNSRDC数据输入端Data input 控制输入端Control inputENABLE CLK 、GQ holds its last value D passes through to QC=1,If D=0, Q = 0Q = DTransparent 透明C D Q QN1 0 0 11 1 1 00 x lastQ lastQN Function Table(功能表)D Latch function description (D锁存器功能描述)D Q C QLogic Symbol逻辑符号Characteristic Equation (特征方程):Q*= D (C=1) C D Q QN 1 0 0 11 1 1 00 x lastQ lastQNFunction Table(功能表)D Latch Timing Parameters (D锁存器定时参数)Q D C tpLH(CQ)tpHL(DQ)tpLH(DQ)tpHL(CQ)在C的下降沿附近有一个时间窗，这段时间内D输入一定不能变化。