时序电路的分类
第六章时序逻辑电路-丽水学院
第六章 时序逻辑电路（14课时）本章教学目的、要求：1．掌握时序逻辑电路的分析方法。
2．掌握常用时序逻辑部件：寄存器、移位寄存器、由触发器构成的同步二进制递 增计数器和异步十进制递减计数器，及由集成计数器构成任意进制计数器。
3．熟悉常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法。
4．掌握同步时序逻辑电路的设计方法。
重点：时序逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点；同步时序逻辑电路的分析方法；常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法；由集成计数器构成任意进制计数器。
难点：同步时序逻辑电路的设计方法第一节 概述（0.5课时）一、定义：1．定义：任一时刻电路的稳定输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。
2．例：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。
全加器执行三个数的相加运算， 存储电路记下每次相加后的运算结果。
CP a i b i c i-1(Q ) s i c i (D )0 a 0 b 0 0 s 0 c 0 1 a 1 b 1 c 0 s 1 c 1 2 a 2 b 2 c 1 s 2 c2 3．结构上的特点：①时序逻辑电路通常包含组合电路和存储电路两部分，存储电路（触发器）是必不可少的；②存储器的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与外部输入信号共同决定组合逻辑电路的输出。
∑CI COCLKC1<1DQ 'Qia ic i-1c ib is 串行加法器电路二、时序电路的功能描述原状态：q1, q2, …, q l新状态：q1*，q2 *，…，q l*1．逻辑表达式。
Y = F [X，Q] 输出方程。
Z = G [X，Q] 驱动方程（或激励方程）。
Q* = H [Z，Q] 状态方程。
2．状态表、状态图和时序图。
三、时序电路的分类1. 按逻辑功能划分有：计数器、寄存器、移位寄存器、读/写存储器、顺序脉冲发生器等。
湖大数字电路与逻辑设计试卷答案
数字电路与逻辑设计1_3试卷和答案一、填空（每空1分，共45分）1．Gray码也称循环码，其最基本的特性是任何相邻的两组代码中，仅有一位数码不同，因而又叫单位距离码。
2．二进制数转换成十进制数的方法为：按权展开法。
3．十进制整数转换成二进制数的方法为：除2取余法，直到商为0 止。
4．十进制小数转换成二进制数的方法为：乘2取整法，乘积为0或精度已达到预定的要求时，运算便可结束。
5．反演规则：对于任意一个逻辑函数式F，如果将其表达式中所有的算符“·”换成“+ ”，“+ ”换成“·”，常量“0”换成“ 1 ”，“ 1 ”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，则所得到的结果就是。
称为原函数F的反函数，或称为补函数6．n个变量的最小项是n个变量的“与项”，其中每个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。
对于任何一个最小项，只有一组变量取值使它为 1 ，而变量的其余取值均使它为0 。
7．n个变量的最大项是n个变量的“或项”，其中每一个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。
对于任何一个最大项，只有一组变量取值使它为0 ，而变量的其余取值均使它为 1 。
8．卡诺图中由于变量取值的顺序按格雷码排列，任何几何位置相邻的两个最小项，在逻辑上都是相邻的。
，保证了各相邻行(列)之间只有一个变量取值不同。
9．卡诺图化简逻辑函数方法：寻找必不可少的最大卡诺圈，留下圈内没有变化的那些变量。
求最简与或式时圈 1 、变量取值为0对应反变量、变量取值为1对应原变量；求最简或与式时圈 0 、变量取值为0对应原变量、变量取值为1对应反变量。
10．逻辑问题分为完全描述和非完全描述两种。
如果对于输入变量的每一组取值，逻辑函数都有确定的值，则称这类函数为完全描述逻辑函数。
如果对于输入变量的某些取值组合逻辑函数值不确定，即函数值可以为0，也可以为1(通常将函数值记为Ø或×)，那么这类函数称为非完全描述的逻辑函数。
数字电子技术基础-第六章_时序逻辑电路(完整版)
T0 1
行修改，在0000 时减“1”后跳变 T1 Q0 Q0(Q3Q2Q1)
为1001，然后按
二进制减法计数
就行了。T2 Q1Q0 Q1Q0 (Q1Q2Q3 )
T3 Q2Q1Q0
50
能自启动
47
•时序图 5
分 频
10 分 频c
0
t
48
器件实例：74 160
CLK RD LD EP ET 工作状态 X 0 X X X 置 0（异步） 1 0 X X 预置数（同步） X 1 1 0 1 保持（包括C） X 1 1 X 0 保持（C=0） 1 1 1 1 计数
49
②减法计数器
基本原理：对二进 制减法计数器进
——74LS193
异步置数 异步清零
44
（采用T’触发器，即T=1）
CLKi
CLKU
i 1
Qj
j0
CLKD
i 1
Qj
j0
CLK0 CLKU CLKD
CLK 2 CLKU Q1Q0 CLK DQ1Q0
45
2. 同步十进制计数器 ①加法计数器
基本原理：在四位二进制 计数器基础上修改，当计 到1001时，则下一个CLK 电路状态回到0000。
EP ET 工作状态
X 0 X X X 置 0（异步）
1 0 X X 预置数（同步）
X 1 1 0 1 保持（包括C）
X 1 1 X 0 保持（C=0）
1 1 1 1 计数
39
同步二进制减法计数器 原理：根据二进制减法运算 规则可知：在多位二进制数 末位减1，若第i位以下皆为 0时，则第i位应翻转。
Y Q2Q3
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。
数字电子技术第6章 时序逻辑电路
RD—异步置0端（低电平有效） 1 DIR—右移串行输入 1 DIL—左移串行输入 S0、S1—控制端 1 D0D1 D2 D3—并行输入
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4、扩展：两片74LS194A扩展一片8位双向移位寄存器
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例6.3.1的电路 （P276) 74LS194功能 S1S0=00,保持 S1S0=01,右移 S1S0=10,左移 S1S0=11,并入
（5）状态转换图
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小结
1、时序逻辑电路的特点、组成、分类及描述方法； 2、同步时序逻辑电路的分析方法； 课堂讨论： 6.1，6.4
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6.3 若干常用的时序逻辑电路
寄存器和移位寄存器 时序 逻辑电路 计数器 顺序脉冲发生器 序列信号发生器
移位寄存器不仅具有存储功能，且还有移位功能。 可实现串、并行数据转换，数值运算以及数据处理。 所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移 位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。
2、类型： 根据移位方向，分成三种：
左移 寄存器 (a) 右移 寄存器 (b) 双向 移位 寄存器 (c)
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学习要求 ：
* *
自学掌握
1. 掌握寄存器和移位寄存器的概念并会使用； 2. 掌握计数器概念，熟练掌握中规模集成计数器74161 和74160的功能，熟练掌握用160及161设计任意进制计 数器的方法。
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6.3.1寄存器和移位寄存器
一、寄存器
寄存器是计算机的主要部件之一， 它用来暂时存放数据或指令。
同步时序和异步时序电路
5 . 1 异步时序逻辑电路模型（一）异步时序逻辑电路的分类异步时序电路可以从不同的角度进行分类。
1•冲异步时序电路和电平异步时序电路输入信号有脉冲信号和电平信号两种。
所谓电平信号是以电平的高低来表示信号；而脉冲信号是以脉冲的有无来表示信号。
根据输入信号的不同，异步时序电路又分脉脉冲时序电路和电平异步时序电路两种。
如果加到异步时序电路的输入为脉冲，则称为脉冲异步时序电路；反之，如果输入信号为电平.则称为电平异步时序电路。
2.米勒电路和莫尔电路根据输出与输入的不同关系，异步时序电路有米勒电路和莫尔电路两种类型。
假如电路的输出状态不仅与输入状态有关，还与二次状态有关，这样的异步时序电路称米勒电路；如果电路的输出状态仅与二次状态有关，而与输入状态无关，这样的异步时序电路称为莫尔电路。
（二）异步时序逻辑电路的一般结构异步时序电路由组合电路和存储电路两部分组成。
脉冲异步时序电路的存储电路常采用触发器，它可以是时钟控制触发器，也可以是基本R-S触发器。
在使用时钟控制触发器时，触发器不被统一的时钟脉冲同步，每个触发器的时钟端作为一个独立的输入端。
电平异步时序电路的存储电路采用延迟元件，它可以是外加的延迟元件，也可以利用反馈回路的附加延迟。
脉冲异步时序电路与同步时序电路的主要差别是电路的状态改变方式不同，前者在输入信号的控制下改变状态，而后者却在同一时钟脉冲控制下改变状态。
这一差别导致了脉冲异步时序电路和同步时序电路在分析和设计方法上都有若干差别。
一、5 . 2 脉冲异步时序逻辑电路脉冲异步时序电路状态的改变直接依赖于输入脉冲，即每来一个输入脉冲，电路状态发生一次变化。
由于触发器没有公共的时钟脉冲来同步，电路状态的转换将不可预测。
为了使脉冲异步时序电路可靠工作，对脉冲异步时序电路的输入信号应作如下规定：（1）不允许在两个（或两个以上）输入端同时加输入脉冲；（2）第二个输入脉冲的到来，必须在第一个输入脉冲所引起的整个电路的响应完全结束之后。
时序逻辑电路的分析和设计
莫尔型同步时序 电路。 2. 写出各触发器 的驱动方程。
n J 0 K 0 Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J
Q1 &
≥1 1J
FF2
Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J ＞C1 ＞C
1 1K Q2
输 入 信 号
1K
1K
Y0 A1 74139Y1 A0 Y2 Y3
n n n n n Q0 1 Q2 Q0 Q2 Q0
n n Q1n1 Q0 Q1n Q0 Q1n
n n n n n n Q2 1 (Q1nQ0 Q2 )Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
n n n n n Q2 1 Q1nQ0 Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
Q
n
=1
1
Y=Q2Q1
n 1 1J 1J
n Q2 1
n 1 Q 1K Q2 1 X1K Q1n Q Q2 1X Q1 Q n 2 3.求出电路状态方程。 & n
1 2
＞C ＞C1
＞C ＞C1
输 出 信 号 n
Qn1 JQ n KQn ＞C
1J
Q2
n 1
n n X Q1 Q2
Q Q
1
1 0
n +1 1
3
第六章
1、组合电路：
概
述
时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。 逻辑电路可分为 两大类：
由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。 电路的输出仅仅与当时的输入有关。
2、时序电路：
延迟元件或触发器
存储电路，因而具有记忆能力。 电路的输出不仅与当时的输入有关，而且 还与电路原来的状态有关。
第六章 时序电路
二、时序逻辑电路的分类：
按 动 作 特 点 可 分 为
同步时序逻辑电路
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。
异步时序逻辑电路
触发器状态的变化不是同时发生。
按 输 出 特 点 可 分 为
米利型时序逻辑电路(Mealy)
输出不仅取决于存储电路的状态，而且还 决定于电路当前的输入。
Q2 Q1 Q0
/Y
/0 /0 000→001→011 /1↑ ↓/0
CP Q0 010 Q1 Q2 Y
/0 101 /1 (b) 无效循环
100←110←111 /0 /0 (a) 有效循环
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数
字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个
状态是按递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法 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
Q=0时
LED亮
RD Q0 Q1 D1 Q2 D2 D3 Q3 S1
DIR D0 D1D2D3S0 DIL CLK +5V
74LS194
DIR D0
S0 DIL CLK +5V
清0按键 1秒
S1=0,S0=1
CLK 右移控制
本节小结：
寄存器是用来存放二进制数据或代
码的电路，是一种基本时序电路。任何
画状态转换图
Q3Q2Q1 /Y
000
/1 /1 111
/0
001
/0
010
/0
011 /0
数电第六章时序逻辑电路
• 根据简化的状态转换图，对状态进行编码，画出编码形式 的状态图或状态表
• 选择触发器的类型和个数 • 求电路的输出方程及各触发器的驱动方程 • 画逻辑电路图，并检查电路的自启动能力 EWB
典型时序逻辑集成电路
• 寄存器和移位寄存器 – 寄存器 – 移位寄存器 –集成移位寄存器及其应用 • 计数器 – 计数器的定义和分类 – 常用集成计数器 • 74LVC161 • 74HC/HCT390 • 74HC/HCT4017 – 应用 • 计数器的级联 • 组成任意进制计数器 • 组成分频器 • 组成序列信号发生器和脉冲分配器
– 各触发器的特性方程组：Q n1 J Q n KQ n CP
2. 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组
n n FF0：Q0 1 Q 0 CP n n n FF1：Q1 1 A Q0 Q1 CP
同步时序逻辑电路分析举例(例6.2.2C)
分析时序逻辑电路的一般步骤
• 根据给定的时序电路图写方程式 – 各触发器的时钟信号CP的逻辑表达式(同步、异步之分) – 时序电路的输出方程组 – 各触发器的驱动（激励）方程组 • 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组 • 根据状态方程组和输出方程组,列出该时序电路的状态 表,画状态图或时序图 • 判断、总结该时序电路的逻辑功能
• 电路中存在反馈
驱动方程、激励方程: E F2 ( I , Q )
状态方程 : Q n1 F3 ( E , Q n ) • 电路状态由当前输入信号和前一时刻的状态共同决定
• 分为同步时序电路和异步时序电路两大类
什么是组合逻辑电路?
数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)
数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)1、第六章时序规律电路本章主要内容6.1概述6.2时序规律电路的分析方法6.3若干常用的时序规律电路6.4时序规律电路的设计方法6.5时序规律电路中的竞争-冒险现象1.时序规律电路的特点2.时序规律电路的分类3.时序规律电路的功能描述方法§6.1概述一、时序规律电路的特点1、功能：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入；还与电路原来的状态有关。
例:串行加法器:两个多位数从低位到高位逐位相加一、时序规律电路的特点2.电路结构①包含存储电路和组合电路，且存储电路必不行少；②存储电路的输出状态必需反馈到组合电路输入端，与输入变量共同确定组合规律的输出。
yi:输出信号xi:输2、入信号qi:存储电路的状态zi:存储电路的输入可以用三个方程组来描述：Z=G(X,Q)二、时序电路的分类1.依据存储电路中触发器的动作特点不同时序电路存储电路里全部触发器有一个统一的时钟源;触发器状态改变与时钟脉冲同步.同步：异步：没有统一的时钟脉冲，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。
二、时序电路的分类2.依据输出信号的特点不同时序电路输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。
Y=F(X,Q)米利(Mealy)型：穆尔(Moore)型：输出状态仅取决于存储电路的状态。
犹如步计数器Y=F(Q)三、时序规律电路的功能描述方法描述方法3、规律方程式状态转换表状态转换图时序图三、时序规律电路的功能描述方法(1)规律方程式：写出时序电路的输出方程、驱动方程和状态方程。
输出方程反映电路输出Y与输入X和状态Q之间关系表达式；驱动方程反映存储电路的输入Z与电路输入X和状态Q之间的关系状态方程反映时序电路次态Qn+1与驱动函数Z和现态Qn之间的关系三、时序规律电路的功能描述方法(2)状态〔转换〕表：反映输出Z、次态Qn+1和输入X、现态Qn间对应取值关系的表格。
(3)状态〔转换〕图：(4)时序图：反映时序规律电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的有向图形。
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。
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。
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 jÊäÈëÐźÅÐźÅÊä³ö·¢Æ÷´¥·¢ÆÐźÅÊä³öÐźÅͼ6.1.1 ʱÐòÂß¼µç·¿òͼ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。
数电课件时序电路
通过测试和验证手段，发现时序电路中存在的故障和问题。
故障定位
确定故障发生的位置和原因，以便进行针对性的修复。
故障排除
根据故障定位结果，采取适当的措施排除故障，恢复时序电路的正常工作。
预防性维护
通过定期检查和维护，预防时序电路出现故障，提高系统的可靠性和稳定性。
THANKS
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06
时序电路的测试与验证
测试方法
静态测试
通过输入一组已知的测试向量，观察输出结果是否符合预期，以检测 时序电路的功能性。
动态测试
模拟实际工作时序电路的行为，通过输入激励信号，观察输出响应是 否符合预期。
边界测试
针对电路的输入和输出边界进行测试，以确保电路在极限条件下的正 常工作。
仿真测试
利用仿真软件对时序电路进行模拟测试，以验证电路的功能和性能。
使用HDL对时序电路进行详细设计描述， 包括逻辑功能、输入输出接口和时序约
束等。
逻辑综合与优化
将HDL代码转换为具体的门级电路， 并进行优化，以满足性能、面积和功
耗等要求。
逻辑仿真与验证
利用HDL仿真工具对时序电路进行仿 真测试，验证设计的正确性和可靠性。
可编程逻辑器件开发
使用HDL在可编程逻辑器件（如 FPGA）上进行时序电路的开发和实 现。
详细描述
状态图是一种图形化表示时序电路状态转换的工具，通过状态图可以清晰地看出时序电 路的状态转换过程和状态转换条件。在状态图中，每个节点表示一个状态，箭头表示状 态转换的方向和条件。通过分析状态图，可以得出时序电路的次态方程和输出方程，进
而理解时序电路的工作原理。
状态转换表分析法
总结词
通过状态转换表可以系统地列出时序电路的所有可能的状态转换情况，是分析时序电路的另一种重要方法。
第五章：时序逻辑电路
一，特点结构分类学习指导：通过本知识点的学习，了解时序逻辑电路的结构，掌握组合逻辑电路与时序电路的区别及时序电路的分类方法。
某时刻的特定输出仅决定于该时刻的输入，而与电路原来的状态无关。
时序电路的特点数字逻辑电路按工作特点分为两大类：一类是组合逻辑电路，简称组合电路；另一类是时序逻辑电路，简称时序电路。
时序电路与组合电路的区别：如果一个电路，由触发器和组合电路组成，那么它就有能力把前一时刻输入信号作用的结果，记忆在触发器中。
这样，电路在某一给定时刻的输出不仅取决于该时刻电路的输入，而且还取决于该时刻电路的状态（触发器的状态）。
所谓时序就是电路的状态与时间顺序有密切关系，预定操作是按时间顺序逐个进行的时序电路的特点是电路在任一时刻的稳定输出，不仅取决于该时刻电路的输入，而且还与电路过去的输入有关，因此这种电路必须具有存储电路（绝大多数由触发器构成）保证记忆能力，以便保存电路过去的输入状态。
时序电路的结构时序电路的一般结构如图5-1所示,它由组合电路和存储电路两部分组成，图5-1中X(X1、X2、······X n) 代表输入信号，Z(Z1、Z2、······X m)代表输出信号，W(W1、W2、······W h )代表存储电路控制信号，Y(Y1、Y2、······Y k) 代表存储电路输出状态(时钟信号未标出)，这些信号之间的关系可以用下列三个方程(函数）表示：输出方程： Z（t n）= F[X（t n），Y（t n）] （5-1）状态方程： Y（t n+1）= G[W（t n），Y（t n）] （5-2）各触发器的输入端表达式.控制方程: W（t n）= H[X（t n），Y（t n）] （5-3）各方程中t n、t n+1表示相邻的两个离散时间Y（t n）一般表示存储电路(各触发器)输出现时的状态，简称现态，或原状态Y（t n+1）则描述存储电路下一个工作周期（来过一个时钟脉冲以后）的状态，简称次态、或新状态.∙时序电路的分类由输出方程可知，时序电路的现时输出Z（t n）决定于存储电路的现时状态Y（t n）及时序电路的现时输入X（t n）。
数字电路教案-阎石-第七章-时序逻辑电路
第7章 时序逻辑电路7.1 概述时序电路在任何时刻的稳定输出，不仅与该时刻的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。
图7.1.1 时序逻辑电路的结构框图2、时序电路的分类 （1） 根据时钟分类同步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一个统一的时钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。
异步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化，电路状态改变时，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。
（2）根据输出分类米利型时序电路的输出不仅与现态有关，而且还决定于电路当前的输入。
穆尔型时序电路的其输出仅决定于电路的现态，与电路当前的输入无关；或者根本就不存在独立设置的输出，而以电路的状态直接作为输出。
7.2 时序逻辑电路的分析方法时序电路的分析步骤：电路图 时钟方程、输出方程、驱动方程 状态方程 计算 状态表（状态图、时序图） 判断电路逻辑功能 分析电路能否自启动。
7.2.1 同步时序电路的分析方法 分析举例：[例7.2.1]7.2.2 异步时序电路的分析方法 分析举例：[例7.2.3] 7.3 计数器概念：在数字电路中，能够记忆输入脉冲CP 个数的电路称为计数器。
计数器累计输入脉冲的最大数目称为计数器的“模”，用M 表示。
计数器的“模”实际上为电路的有效状态。
计数器的应用：计数、定时、分频及进行数字运算等。
计数器的分类：(1)按计数器中触发器翻转是否同步分：异步计数器、同步计数器。
(2)按计数进制分：二进制计数器、十进制计数器、N 进制计数器。
(3)按计数增减分：加法计数器、减法计数器、加/减法计数器。
7.3.1 异步计数器X X Y 1Y m输入输出一、异步二进制计数器1、异步二进制加法计数器分析图7.3.1 由JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器。
分析方法：由逻辑图到波形图（所有JK触发器均构成为T/触发器的形式，且后一级触发器的时钟脉冲是前一级触发器的输出Q），再由波形图到状态表，进而分析出其逻辑功能。
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。
时序电路的分类
时序电路的分类时序电路是指由触发器、计数器、移位寄存器等组成的电路，其输出信号的变化与输入信号的时间关系有关。
时序电路按照其结构和功能可以分为以下几类：一、基本触发器1. SR触发器SR触发器是最简单的一种触发器，由两个双稳态门电路组成。
当S=1，R=0时，输出Q=1；当S=0，R=1时，输出Q=0；当S=R=0时，保持原来状态不变。
2. D触发器D触发器只有一个数据输入端D和一个时钟输入端CLK。
在每个时钟周期的上升沿或下降沿，D值被传送到输出端Q上。
3. JK触发器JK触发器相比SR触发器增加了反馈输入J和K。
当J=1，K=0时，输出Q=1；当J=0，K=1时，输出Q=0；当J=K=1时，反转当前状态。
二、计数器计数器是一种能够按照规定的顺序对数字进行计数的电路。
常见的计数器有以下几种：1. 二进制计数器二进制计数器是最常见的一种计数器，在每个时钟周期中按照二进制规律进行加法运算，并将结果输出到相应的输出端口上。
2. BCD计数器BCD计数器是一种专门用于十进制计数的计数器，它能够按照0-9的顺序进行计数，并且在达到9之后自动归零。
3. 分频器分频器是一种特殊的计数器，它能够将输入信号分频，即将输入信号的频率降低到一个较低的值。
常见的分频器有二分频、四分频、八分频等。
三、移位寄存器移位寄存器是一种能够将数据按照规定的顺序进行移位操作的电路。
常见的移位寄存器有以下几种：1. 移位寄存器移位寄存器可以实现数据在内部进行左移或右移操作，并且可以在每个时钟周期中向输入端口写入新数据。
2. 并行-串行转换器并行-串行转换器是一种能够将并行数据转换为串行数据或者将串行数据转换为并行数据的电路。
3. 串行-并行转换器串行-并行转换器是一种能够将串行数据转换为并行数据或者将并行数据转换为串行数据的电路。
总结：时序电路按照其结构和功能可以分为基本触发器、计数器和移位寄存器三类。
其中基本触发器包括SR触发器、D触发器和JK触发器；计数器包括二进制计数器、BCD计数器和分频器；移位寄存器包括移位寄存器、并行-串行转换器和串行-并行转换器。
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时序电路的分类
1. 时序电路概述
时序电路是一种电子电路，用于处理和控制电信号的时序关系。
它能够根据输入信号的时序变化来产生相应的输出信号，实现各种逻辑功能。
时序电路广泛应用于数字系统、通信系统、计算机等领域。
根据其功能和结构不同，时序电路可分为以下几类。
2. 同步时序电路
同步时序电路是最常见的一类时序电路，它使用时钟信号来同步各个部件的操作。
时钟信号在同步电路中起到了关键的作用，它提供了一个统一的时间基准，使得各个部件在同一个时刻进行操作。
同步时序电路具有以下特点：
•时序逻辑与时钟信号同步，具有确定的时序关系。
•各个部件的操作在时钟的上升沿或下降沿发生。
•时钟信号的频率决定了电路的工作速度。
同步时序电路常用的设计方法有有限状态机、寄存器传输级电路等。
它们在数字系统中起到了重要的作用，能够实现复杂的逻辑功能。
2.1 有限状态机
有限状态机是一种常见的同步时序电路，它具有多个状态和状态转移条件。
有限状态机可以通过组合逻辑电路和时钟信号来实现状态的切换和逻辑的计算。
它常用于数字系统中的控制部分，能够根据输入信号的变化和当前状态来确定下一个状态和输出信号。
有限状态机的设计步骤如下：
1.确定状态的个数和状态转移条件。
2.绘制状态转移图，表示状态之间的转移关系。
3.根据状态转移图，设计组合逻辑电路，实现状态的切换和逻辑计算。
4.添加时钟信号，使状态转移和逻辑计算与时钟同步。
2.2 寄存器传输级电路
寄存器传输级电路是另一种常见的同步时序电路，它使用寄存器来存储数据，并通过时钟信号来控制数据的传输。
寄存器传输级电路常用于数字系统中的数据通路部分，能够实现数据的存储、传输和处理。
寄存器传输级电路的设计步骤如下：
1.确定数据的位宽和寄存器的个数。
2.绘制寄存器传输级电路的逻辑图，表示数据的传输和处理关系。
3.根据逻辑图，设计组合逻辑电路和时钟信号的控制电路。
4.添加时钟信号，使数据的传输和处理与时钟同步。
3. 异步时序电路
异步时序电路是另一类常见的时序电路，它不使用时钟信号来同步各个部件的操作。
异步时序电路根据输入信号的变化，通过逻辑门和触发器等元件来实现状态的切换和逻辑的计算。
异步时序电路具有以下特点：
•时序逻辑与输入信号的变化同步，没有统一的时钟信号。
•各个部件的操作在输入信号满足特定条件时发生。
•时序关系由输入信号的变化决定。
异步时序电路常用的设计方法有逻辑门电路、触发器电路等。
它们在通信系统和计算机中常用于接口电路和控制电路的设计。
3.1 逻辑门电路
逻辑门电路是一种常见的异步时序电路，它使用逻辑门来实现逻辑运算和状态的切换。
逻辑门电路可以根据输入信号的变化，通过逻辑门的组合和级联来实现复杂的逻辑功能。
逻辑门电路的设计步骤如下：
1.确定逻辑运算的类型和输入信号的个数。
2.根据逻辑运算的真值表，设计逻辑门的组合和级联。
3.根据输入信号的变化和逻辑门的输出，确定状态的切换和逻辑的计算。
3.2 触发器电路
触发器电路是另一种常见的异步时序电路，它使用触发器来存储和传输数据。
触发器电路可以根据输入信号的变化，通过触发器的状态和输出来实现状态的切换和数据的传输。
触发器电路的设计步骤如下：
1.确定触发器的类型和输入信号的个数。
2.根据触发器的真值表，设计触发器的状态和输出。
3.根据输入信号的变化和触发器的状态，确定状态的切换和数据的传输。
4. 混合时序电路
混合时序电路是同时包含同步和异步时序电路的一类特殊电路。
它可以根据实际需求，灵活地组合同步和异步时序电路来实现复杂的功能。
混合时序电路常用的设计方法有同步与异步结合、同步与异步级联等。
它们在数字系统和通信系统中常用于复杂控制电路和接口电路的设计。
5. 小结
时序电路是一种重要的电子电路，用于处理和控制电信号的时序关系。
根据功能和结构的不同，时序电路可分为同步时序电路、异步时序电路和混合时序电路。
同步时序电路使用时钟信号来同步各个部件的操作，异步时序电路根据输入信号的变化来实现状态的切换和逻辑的计算，混合时序电路结合了同步和异步时序电路的特点。
不同类型的时序电路在数字系统、通信系统和计算机等领域有着广泛的应用。
了解和掌握时序电路的分类和设计方法，对于电子工程师来说是非常重要的。