时序逻辑电路分析与设计.
合集下载
时序逻辑电路设计与分析(完整电子教案)
(a)同步D触发器(b)同步JK触发器
图8.20具有异步控制端的同步触发器
【训练与提高】
制作一个时钟电路中的分钟校时电路。
工作原理：时钟电路中的分钟校时电路有按键控制，按键按一次（阐述有效信号，打开门电路），门电路输出将改变N次状态，其中N此变化（变化快门）由输入的时钟信号决定。同时该电路中具有秒钟输入信号。其参考电路如下图8.21所示。试搭建调试电路，分析其工作过程。
时序逻辑电路设计与分析（完整电子教案）
8.
触发器(flip flop)是构成时序逻辑电路的基本单元，能记忆、存储一位二进制信息，触发器也称双稳态触发器，它有两种稳定输出工作状态，即分别输出1和输出0的状态。在无输入信号作用时，这种状态是稳定的；而当输入信号到来并满足一定逻辑关系时，输出端的状态将迅速变化，能从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。
三、RS触发器在机械开关去抖上的应用
通常按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小型如图8.6。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。
【训练与提高】
搭建2组按键去抖动电路，并用示波器观察输出结果。
8.
【项目任务】
测试如下电路，改变A、B状态，观察LED1和LED2的变化，并建立真值表。
图8.8测试电路(multisim)
【信息单】
基本RS触发器属于无时钟触发器，触发器状态的变换由 、 端输入信号直接控制。在实际工作中，触发器的工作状态不仅由输入决定，而且还要求触发器按一定的节拍翻转，为此需要加入一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。带有时钟信号的触发器叫时钟触发器，又称同步触发器。
图8.20具有异步控制端的同步触发器
【训练与提高】
制作一个时钟电路中的分钟校时电路。
工作原理：时钟电路中的分钟校时电路有按键控制，按键按一次（阐述有效信号，打开门电路），门电路输出将改变N次状态，其中N此变化（变化快门）由输入的时钟信号决定。同时该电路中具有秒钟输入信号。其参考电路如下图8.21所示。试搭建调试电路，分析其工作过程。
时序逻辑电路设计与分析（完整电子教案）
8.
触发器(flip flop)是构成时序逻辑电路的基本单元，能记忆、存储一位二进制信息，触发器也称双稳态触发器，它有两种稳定输出工作状态，即分别输出1和输出0的状态。在无输入信号作用时，这种状态是稳定的；而当输入信号到来并满足一定逻辑关系时，输出端的状态将迅速变化，能从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。
三、RS触发器在机械开关去抖上的应用
通常按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小型如图8.6。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。
【训练与提高】
搭建2组按键去抖动电路，并用示波器观察输出结果。
8.
【项目任务】
测试如下电路，改变A、B状态，观察LED1和LED2的变化，并建立真值表。
图8.8测试电路(multisim)
【信息单】
基本RS触发器属于无时钟触发器，触发器状态的变换由 、 端输入信号直接控制。在实际工作中，触发器的工作状态不仅由输入决定，而且还要求触发器按一定的节拍翻转，为此需要加入一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。带有时钟信号的触发器叫时钟触发器，又称同步触发器。
《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
时序逻辑电路的分析和设计
CP FF0 Q0 1J FF1
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。
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。
数字电子技术 时序逻辑电路的分析与设计 国家精品课程课件
《数字电子技术》精品课程——第6章
FF0
FF1
1J
Q0 1J
Q1
时序逻辑电路的分析与设计
&Z
FF2
1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
1K
Q0
Q1
Q2
CP
➢驱动方程：
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
② 求状态方程
JK触发器的特性方程：
Qn1 JQ n KQn
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
简化状态图（表）中各个状态。 （4）选择触发器的类型。
（5）根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
（6）根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。
返回 （7）检查电路能否自启动。
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
2．同步计数器的设计举例
驱动方程： T1 = X T2 = XQ1n
输出方程: Z= XQ2nQ1n
（米利型）
2.写状态方程
T触发器的特性 方程为：
Qn1 TQn TQn
Q 1nQ1QX21nn TX1QQ1n1nXTQX11nQ1n X Q1n
Q1n
Qn1 2
T2 Q2n
T2Qn2
T Q n 将T1、 T2代入则得X到Q两1n Q2n XQ1nQn2
0T1 = X0 0 0 0 0 0
0
求T1、T2、Z
0T2
0
=ZX=01QX1nQ10 2nQ010n
0 0
0 1
1 0
0 0
由状态方程
求Q2n+1 、 Q1n+1
数字电路与逻辑 第6章
CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9
A 111100000
Q1 0 1 1 0 0 0 1 1 0
Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
n 1 1
Q1n1 1 1 0 0 0 1 1 0 0
Q0n1 1 y0n211 0 1 0 1 0 1
状态表
现态 y1n次1态 Q1n1 Q0n1
yn2 1
器的逻辑功能及其应用； 5. 了解时序可编程器件。
厦门理工学院
6.1 时序逻辑电路基本概念 6.1.1 时序逻辑电路模型与分类
1. 时序电路的模型
时序逻辑电路由进行逻 辑运算的组合电路和起 记忆作用的存储电路组 成。电路模型如图。
输入信号 I，I=( I1，I2，···，Ii )
触发器或锁存器构成
其余五个状态为无效状态。 无论电路的初始能力称为自启动能力。
厦门理工学院
6.2 同步时序电路分析
6.2.2 同步时序逻辑电路分析举例
例6.2.3 根据状态图画出时序图
4. 确定其逻辑功能 由状态图可见，电路的有 效状态是三位循环码；
输出信号 O，O=( O1，O2，···，Oj )
激励信号 E，E=( E1，E2，···，Ek ) ——存储电路的输入信号
状态信号 S，S=( S1，S2，···，Sm ) ——存储电路的输出信号
输出方程组： O=f ( I，S) ——输出信号是输入I与状态S的函数
激励方程组： E= g ( I，S) ——激励信号是输入I与状态S的函数
Z↑借位操作
Z↓进位操作
4. 确定电路的逻辑功能：电路是一个2位二进制数可逆计数器，输出
Z作为进位或借位操作。
厦门理工学院
6.2 同步时序电路分析
第六章 时序逻辑电路的分析与设计典型例题
解：解题步骤如下： （ 1） 求 激 励 输 入 议 程 ：
⎧ J 3 = Q2 , ⎨ ⎩K 3 = Q2 ⎧ J 2 = Q1 , ⎨ ⎩ K 2 = Q1 ⎧ J 1 = Q3 ⊕Q1 ⎨ ⎩K1 = J 1
因 为 将 J 3 = Q 2 ， K 3 = Q2 代 入 J - K 触 发 器 次 态 方 程 ， 有
3
n +1 励 方 程 D3、 D2、 D1中 ， 然 后 根 据 D触 发 器 次 态 方 程 Q = D ， 可 知 所 有 的 非 工
作 状 态 都 能 进 入 工 作 状 态 ， 即 101→ 001； 110→ 101→ 001； 111→ 001。 因 此 电路可以自启动。 （ 6） 画 完 整 状 态 转 换 图 如 下 图 所 示 。
J 1 = Q3 Q1 + Q3 Q1 + Q2 Q1 = Q3 ⊕ Q1 + Q2 Q1
修改后，具有自启动功能的电路如下图所示。
修改后的可自启动电路
5
Q1n +1 0 0 1 1 0
D3
0 1 0 0 0
D2
1 0 0 1 0
D1
0 0 1 1 0
0 1 0 0 0
1 0 0 1 0
（ 3） 求 激 励 输 入 方 程 组 。 首 先 要 根 据 状 态 转 换 真 值 表 ， 画 D3、 D2、 D1的 卡 诺 图 ， 然 后 通 过 卡 诺 图 化 简 得 到 激 励 输 入 方 程 。 D3、 D2、 D1的 卡 诺 图 如 下 图所示。
S0— — 为 初 始 状 态 以 及 不 属 于 以 下 定 义 的 状 态 ； S1— — 收 到 首 个 1； S2— — 收 1 后 再 收 1； S3— — 收 11 后 再 收 0； S4— — 收 110 后 再 收 1。
时序逻辑电路的设计与时序分析方法
时序逻辑电路的设计与时序分析方法时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，用于处理按时间顺序发生的事件。
它在各种电子设备中被广泛应用，例如计算机、通信设备等。
本文将介绍时序逻辑电路的设计原理和常用的时序分析方法。
一、时序逻辑电路的设计原理时序逻辑电路是根据输入信号的状态和时钟信号的边沿来确定输出信号的状态。
它的设计原理包括以下几个方面：1. 状态转移：时序逻辑电路的状态是通过状态转移实现的。
状态转移可以使用触发器实现，触发器是一种存储元件，能够存储和改变信号的状态。
常见的触发器有D触发器、JK触发器等。
2. 时钟信号：时序逻辑电路中的时钟信号是控制状态转移的重要信号。
时钟信号通常为周期性的方波信号，它的上升沿或下降沿触发状态转移操作。
3. 同步与异步：时序逻辑电路可以是同步的或异步的。
同步电路通过时钟信号进行状态转移，多个状态转移操作在同一时钟周期内完成。
异步电路不需要时钟信号，根据输入信号的状态直接进行状态转移。
二、时序分析方法时序分析是对时序逻辑电路的功能和性能进行分析的过程，它可以帮助设计人员检查和验证电路的正确性和可靠性。
以下是几种常用的时序分析方法：1. 序时关系图：序时关系图是一种图形表示方法，它直观地显示了输入信号和输出信号之间的时间关系。
通过分析序时关系图，可以确定电路的特性，例如最小延迟时间、最大延迟时间等。
2. 状态表和状态图：状态表是对时序逻辑电路状态转移过程的描述表格，其中包括当前状态、输入信号和下一个状态的对应关系。
状态图是对状态表的图形化表示，用图形的方式展示状态和状态转移之间的关系。
3. 时钟周期分析：时钟周期分析是对时序逻辑电路的时钟频率和时钟周期进行分析，以确保电路能够在规定的时钟周期内完成状态转移操作。
常用的时钟周期分析方法包括最小周期分析和最大频率分析。
4. 时序仿真：时序仿真是通过计算机模拟时序逻辑电路的行为来验证电路的功能和性能。
通过输入不同的信号序列，可以观察和分析电路的输出响应，以判断电路设计是否正确。
时序逻辑电路分析与设计(1)幻灯片PPT
0
Q0
0
0
1
1
0
0
Q1
0
0
Q2
0
0
1
0
0
0
Z
0
0
1
0
逻辑功能分析：异步5进制加法计数器。
电气与信息工程系
【解2】利用状态转换图分析
（l）写出驱动方程、时钟方程和状态方程
J2 Q1nQ0n
J1 1
J0
Q
n 2
K2 1
K1 1
K0 1
CP2 CP
CP1 Q0 CP0 CP
将驱动方程代入的特性方程 Qn1JQnKQn可得状态方程：
x1
z1
组合逻辑
xi
电路
zj
q1
w1
存储电路
ql
wk
信号间的逻辑关系可以用 三个向量方程来表示:
输出方程：
Z( tn ) = F[X(tn),Q(tn)]
电路输出变量逻辑式
驱动方程：
W( tn ) = H[X(tn),Q(tn)]
各触发器输入端的逻辑式
状态方程：
Q(tn+1) = G[W(tn),Q(tn)]
"1" 1K
RD Q0
RD
FF1 1J Q1 & C1 1K
RD Q1
FF2
1J Q2 C1 1K
RD Q2
Z &
电气与信息工程系
FF0
1J Q0
CP
C1
"1" 1K
RD Q0
RD
FF1 1J Q1 & C1 1K
RD Q1
（1）写出各触发器的驱动方程：
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。
时序逻辑电路的分析和设计
D2
Q1n
0101 0 0 0111 1 0
（3）列状态表、画状态图 1 0 0 0 0 1
和时序图
1010 1 0
1101 0 0
(FIASH)
1111 1 0
2024/10/11
10
（4）逻辑功能：
脉冲分配器，节拍脉冲产生器。
电路仅001、010、100三个状态构成循环， 为有效状态，而其他各状态均为无效状态。当 电路处于无效状态时，在CP脉冲旳作用后，电 路能自动进入有效序列，电路具有自开启能力。
3. 状态图
反应时序逻辑电路状态转换规律及相应输入、 输出取值关系旳图形
4. 时序图 时序电路旳工作波形图
2024/10/11
4
6.2 时序逻辑电路旳分析措施
❖时序逻辑电路旳分析:已知时序逻辑电路，求其
输出Z旳变化规律、电路状态Q旳转换规律，以
阐明该时序逻辑电路旳逻辑功能和工作特征。
6.2.1 分析时序逻辑电路旳一般环节
同步计数器设计环节： （1）拟定状态数和触发器个数。
2n1 M 2n 其中：M状态数
n触发器个数 （2）列出状态表和驱动表。 （3）按驱动表作驱动方程。 （4）按驱动方程作逻辑图。 （5）画出完整旳状态图，检验设计旳计数器 能否自起动。
2024/10/11
15
例：用JK触发器设计同步五进制递增计数器 解：（1）五进制有5个状态，23≥ 5，用三个触发器。
2024/10/11
2
6.1.2 时序逻辑电路旳分类
❖同步时序电路：存储电路内全部触发器旳时
钟输入端都接于同一种时钟脉冲源。
❖异步时序电路：存储电路内旳触发器没有统
一旳时钟脉冲。
2024/10/11
时序电路分析和设计
时序电路的基本组成
触发器
触发器是时序电路的基本单元，用于 存储二进制状态。常见的触发器类型 包括RS触发器、D触发器和JK触发器 等。
输入和输出
存储元件
存储元件用于存储触发器的状态，常 见的存储元件包括寄存器和移位器等。
时序电路具有输入和输出端，用于接 收和输出信号。
时序电路的特点与功能
特点
时序电路具有记忆功能、输出状态不 仅取决于当前输入还与之前状态有关 、具有时钟信号控制等。
器等。
优化策略
资源共享
通过共享逻辑门和触发器等硬件资源，减少电路规模 和功耗。
流水线设计
将时序电路划分为多个阶段，每个阶段执行一个或多 个功能，以提高工作频率和吞吐量。
动态功耗管理
根据电路的工作模式和负载情况，动态调整时钟频率、 电压等参数，以降低功耗。
硬件资源利用与性能评估
资源利用率
评估时序电路对硬件资源的占用情况，包括逻辑 门、触发器、存储器等。
时序电路分析和设计
• 时序电路概述 • 时序电路分析 • 时序电路设计 • 时序电路的实现与优化 • 时序电路的应用与发展
01
时序电路概述
时序电路的定义与分类
பைடு நூலகம்定义
时序电路是一种具有记忆功能的 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 。
分类
根据结构和功能的不同，时序电 路可分为同步时序电路和异步时 序电路。
功能性分析
01
02
03
输入输出关系
分析电路的输入和输出信 号之间的关系，确定电路 的功能。
逻辑功能
根据输入输出关系，确定 电路实现的逻辑功能，如 与门、或门、非门等。
功能验证
数字电子线路时序逻辑电路的设计与分析
CP是触发器的特殊输入信号，只控制输入信号对触发 器输出端产生作用的时间（或时刻），不影响触发器的逻 辑功能。CP信号对触发器产生控制作用称为触发。受CP信 号控制的输入信号称为同步输入信号。
CP信号的控制方式有电平触发和边沿触发两种类型。
CP信号线加标“∧”符号表示边沿触发，无此符号为 电平触发。
• R0（无效态）、S1（有效态）时，无论触发 器的现态Qn为何值，次态都为1，Qn11，称 为触发器置1（又叫置位SET）。
• R0，S0（两信号都无效）时，两个与非门相 互锁定，保持触发器的原来状态，Qn1Qn， 称为触发器的保持态。
• R1，S1（两个信号都有效）时，两个与非门 输出都为1，为异常的不定态。显然这种情况 是不允许出现的，在使用中要注意约束。
第1节 时序电路的记忆单元——触发器
• 触发器是具有记忆功能的基本单元，是构成时序逻辑电路 的主体。
• 在理论上触发器应设有两个互补输出端：Q、 （实用中可 按需要选其中一个），以Q端的状态代表触发器的状态， Q=1为触发器的1态，Q=0为触发器的0态。若两个输出端 出现同时为1或同时为0的状态时，则称为触发器的异常 （不确定）状态，是不允许出现（应该约束）的状态。
表4-6 D触发器逻辑功能表
D
逻辑功能
0
置0（Qn1=0）
1
置1（Qn1=1）
图4-10 D触发器构成及符号
Qn1 Qn
D触发器的特性方程：
2、J-K触发器 表4-7 J-K触发器的逻辑功能表
JK
逻辑功能
00
保持（Qn1=Qn）
01
置0（Qn1=0）
10
置1（Qn1=1）
11
翻转（ ）
J-K触发器的功能可用D触发器转换实现，转换逻辑是:
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。
时序逻辑电路的分析和设计
时序逻辑电路的分析和设计
[教学目的和要求]
通过本讲的学习，使学生掌握时序逻辑电路的定义及同步时序电路的分析与设计方法；深刻理解时序电路各方程组（输出方程组、驱动方程组、状态方程组），状态转换表、状态转换图及时序图在分析和设计时序电路中的重要作用。
[教学内容]
1．同步时序电路的分析方法
2．同步时序电路的设计方法
3．异步时序电路
6.1 时序逻辑电路概述
1、时序电路的结构与特点
2、时序电路的分类
（1）根据时钟分类――同步时序电路、异步时序电路
（2）根据输出分类――米利型时序电路、穆尔型时序电路
3、时序电路逻辑功能的表示方法
逻辑表达式、状态表、卡诺图、状态图、时序图和逻辑图
6.2 时序逻辑电路的分析方法
1.时序电路的分析步骤：
2.具体实例讲解――同步分析例1:
例2：P217
例3：P219
3.具体实例讲解――异步分析P221，课本例6.2.3
具体方法总结
6.3 同步时序逻辑电路的设计方法
1.设计步骤
2.具体例题讲解
例1：设计一个按自然态序变化的7进制同步加法计数器，计数规则为“逢七进一”，产生一个进位输出。
例2：设计一个带进位输出端的十三进制计数器。
课本例题：例1：试设计一序列脉冲检测器，当连续输入信号110时，该电路输出为1，否则输出为0。
图6.3.2 原始状态图。
时序逻辑电路的分析方法和设计思路
(3) 说明电路的逻辑功能 同步8进制加法计数器
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
2. 异步时序逻辑电路的基本分析方法
以下图所示3个T′触发器构成的时序逻辑电路为例，我
们讨论其分析方法和步骤。
Q0
Q1
Q2
JQ
CP
C F0
KQ
JQ C F1 KQ
JQ C F2 KQ
“1”
RD
1
分析电路类型：
时序逻辑电路中如果除CP时钟脉冲外，无其它输入信 号，就属于莫尔型，若有其它输入信号时为米莱型；各位
为了能把在一系列时钟脉冲操作下的电路状态转换全过 程形象、直观地描述出来，常用的方法有状态转换真值表、 状态转换图、时序图和激励表等。这些方法我们将在对时 序逻辑电路的分析过程中，更加具体地加以阐明。
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计 1. 同步时序逻辑电路的基本分析方法
[例7.2.1] 分析如图7.2.2所示时序电路的逻辑功能
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
1. 二进制计数器
当时序逻辑电路的触发器位数为n，电路状态按二进制数
的自然态序循环，经历2n个独立状态时，称此电路为二进
制计数器。
Q0
Q1
Q2
JQ
CP
C F0
KQ
JQ C F1 KQ
JQ C F2 KQ
“1”
RD
结构原理：三个JK触发器可构成一个“模8”二进制计数器。 触发器F0用时钟脉冲CP触发，F1用Q0触发，F2用Q1触发； 三位JK触发器均接成T′触发器—让输入端恒为高电平1； 计数器计数状态下清零端应悬空为“1”。（如上一节的分 析例题，就是一个三位触发器构成的二进制计数器。）
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
2. 异步时序逻辑电路的基本分析方法
以下图所示3个T′触发器构成的时序逻辑电路为例，我
们讨论其分析方法和步骤。
Q0
Q1
Q2
JQ
CP
C F0
KQ
JQ C F1 KQ
JQ C F2 KQ
“1”
RD
1
分析电路类型：
时序逻辑电路中如果除CP时钟脉冲外，无其它输入信 号，就属于莫尔型，若有其它输入信号时为米莱型；各位
为了能把在一系列时钟脉冲操作下的电路状态转换全过 程形象、直观地描述出来，常用的方法有状态转换真值表、 状态转换图、时序图和激励表等。这些方法我们将在对时 序逻辑电路的分析过程中，更加具体地加以阐明。
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计 1. 同步时序逻辑电路的基本分析方法
[例7.2.1] 分析如图7.2.2所示时序电路的逻辑功能
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
1. 二进制计数器
当时序逻辑电路的触发器位数为n，电路状态按二进制数
的自然态序循环，经历2n个独立状态时，称此电路为二进
制计数器。
Q0
Q1
Q2
JQ
CP
C F0
KQ
JQ C F1 KQ
JQ C F2 KQ
“1”
RD
结构原理：三个JK触发器可构成一个“模8”二进制计数器。 触发器F0用时钟脉冲CP触发，F1用Q0触发，F2用Q1触发； 三位JK触发器均接成T′触发器—让输入端恒为高电平1； 计数器计数状态下清零端应悬空为“1”。（如上一节的分 析例题，就是一个三位触发器构成的二进制计数器。）
时序逻辑电路分析与设计方法的研究及探讨
ＴＡＯ ｎｇ — ｎｇ Ｙｏ —ｍｉ
（ ｎｂ ｉ ｉｅｉ ｆ ｉａｃ ｎ ｃｎ ｍｉ Ｄａａ １０ ５Ｃ ｉａ Ｄｏ ｇｅ ｖ ｒｔ ｏ ｎｎ ｅ ｄＥ ｏ ｏ ｃ Ｕｎ ｓｙ Ｆ ａ ｓ， ｌｎ １６ ２ ．ｈｎ ） ｉ
ＡｂｔａｔＳｑ ｅｔｌｌｇ ￣ｕｔａａ ｓ ｄ ｄｄ ｎ ａ ｍｐ ｒ ｎ ｅｃ ｉ ｏ ｔ ｔｏ Ｄｉｔ ｏ ｃ ｏ ｒ ．Ｔ ｉ ｐｐ ｒ ｓ ｃ：ｅｕ ｎｉ ｏｉ ｃ ｃｉ ｎｌ ｉ ａ ｅ ｇ ｒ ｉ ｏｔ ｔｔ ｈｎ ｃｎｅ ｆ” ｇ ａ Ｌ ｇ ”ｃｕｓ ｈ ａｅ ｒ ａ ｃ ｙｓｎ ｅ ａ ａ ｇ ｎ ｉ ｌ ｉ ｅ ｓ ｍａ ｅｓ ｄ ｎ ｘ ｌｒ ｏ ｅ ｕｎ ａ ｌ ｃ ｃｃｉ ａａ ｓ ｄ ｄｉ ｎ ｍｅ ｏｓ ｎｌｄ ｇ ｔｅ ｆｒ ｌ ｍｅ ｏ ｄ ｔｅ ｄ ｔ ｙ ａｄ ｅｐｏｅ ｎ ｓｑ ｅ ｔ ｏ ｋ ｕｔ ｎｌ ｉ ａ ｅｇ ｔ ｄ，ｉｃ ｉ ｈ ｏｍｕａ ｔ ｄ ａ ｕ ｉ ｌ ｇ ｉ ｙ ｓｎ ｈ ｕｎ ｈ ｎ ｈ
时序 逻 辑 电路 分 析 与设 计 方 法 的研 究 及 探 讨
陶 永 明
（ 东北财经大学管理科 学与工程 学院， 大连 １６ ２ １ ０５）
摘
要： 时序逻辑电路 的分析与设计是《 数字逻辑》 课程 中的重要教学 内容 ， 文章对时序逻辑 电路分析与设计 的方法进行
了研 究及探讨 。 包括公式法和表格法在 时序 逻辑 电路的分析和设计过程 中的应 用。
析得 出该 电路实现的逻辑功能的过程。逻辑电路 的设 计过程就是根据指定的逻辑功能要求 ，设计得出该电 路的电路 图的过程 。数字逻辑课程中的两大类电路包 括组合逻辑电路和时序逻辑 电路 。
求出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
（ ｎｂ ｉ ｉｅｉ ｆ ｉａｃ ｎ ｃｎ ｍｉ Ｄａａ １０ ５Ｃ ｉａ Ｄｏ ｇｅ ｖ ｒｔ ｏ ｎｎ ｅ ｄＥ ｏ ｏ ｃ Ｕｎ ｓｙ Ｆ ａ ｓ， ｌｎ １６ ２ ．ｈｎ ） ｉ
ＡｂｔａｔＳｑ ｅｔｌｌｇ ￣ｕｔａａ ｓ ｄ ｄｄ ｎ ａ ｍｐ ｒ ｎ ｅｃ ｉ ｏ ｔ ｔｏ Ｄｉｔ ｏ ｃ ｏ ｒ ．Ｔ ｉ ｐｐ ｒ ｓ ｃ：ｅｕ ｎｉ ｏｉ ｃ ｃｉ ｎｌ ｉ ａ ｅ ｇ ｒ ｉ ｏｔ ｔｔ ｈｎ ｃｎｅ ｆ” ｇ ａ Ｌ ｇ ”ｃｕｓ ｈ ａｅ ｒ ａ ｃ ｙｓｎ ｅ ａ ａ ｇ ｎ ｉ ｌ ｉ ｅ ｓ ｍａ ｅｓ ｄ ｎ ｘ ｌｒ ｏ ｅ ｕｎ ａ ｌ ｃ ｃｃｉ ａａ ｓ ｄ ｄｉ ｎ ｍｅ ｏｓ ｎｌｄ ｇ ｔｅ ｆｒ ｌ ｍｅ ｏ ｄ ｔｅ ｄ ｔ ｙ ａｄ ｅｐｏｅ ｎ ｓｑ ｅ ｔ ｏ ｋ ｕｔ ｎｌ ｉ ａ ｅｇ ｔ ｄ，ｉｃ ｉ ｈ ｏｍｕａ ｔ ｄ ａ ｕ ｉ ｌ ｇ ｉ ｙ ｓｎ ｈ ｕｎ ｈ ｎ ｈ
时序 逻 辑 电路 分 析 与设 计 方 法 的研 究 及 探 讨
陶 永 明
（ 东北财经大学管理科 学与工程 学院， 大连 １６ ２ １ ０５）
摘
要： 时序逻辑电路 的分析与设计是《 数字逻辑》 课程 中的重要教学 内容 ， 文章对时序逻辑 电路分析与设计 的方法进行
了研 究及探讨 。 包括公式法和表格法在 时序 逻辑 电路的分析和设计过程 中的应 用。
析得 出该 电路实现的逻辑功能的过程。逻辑电路 的设 计过程就是根据指定的逻辑功能要求 ，设计得出该电 路的电路 图的过程 。数字逻辑课程中的两大类电路包 括组合逻辑电路和时序逻辑 电路 。
求出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
S12 1100
பைடு நூலகம்
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3. S0~S12分别用0000~1100的 四位二进制码表示。得到次态/输出卡诺图。
状态 编码 S0 S1 0000 0001
下一状态 S1 S2
S2
…
0010
…
S3
… S0
S12 1100
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3. S0~S12分别用0000~1100的 四位二进制码表示。得到次态/输出卡诺图。
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
时序逻辑电路分析与设计 (IV)
孙卫强
内容提要
时序逻辑电路的分类 时序电路的分析方法 同步时序电路的分析方法 异步时序电路的分析方法 常用的时序逻辑电路 计数器 寄存器和移位寄存器 序列脉冲发生器 序列信号发生器 时序逻辑电路的设计方法 同步时序电路设计 异步时序电路设计
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
1.将串行输入抽象为逻辑变量X， 输出为逻辑变量Y 2.得到状态图
化简
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3.利用卡诺图进行化简。
S0
S1
无效状态
S2
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
Q3n+1卡诺图
n1 Q3 Q3 Q2 Q3Q2QQ 1 0
Q2n+1卡诺图
n1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2QQ 1 0
Q1n+1卡诺图
Q
n1 1
Q1Q0 Q1Q0
Q0n+1卡诺图
Q
n1 0
Q3 Q0 Q2 Q0
输出C的卡诺图
C Q2Q3
Y XQ1
驱动方程
J1=XQ0 J0=XQ1’
K1=X’ K0=1
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
5.画出电路图和状态转移图
J1=XQ0 J0=XQ1’ K1=X’ K0=1
次态方程
JK触发器的特征方程
Qn1 JQ KQ
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
4. (b)得到驱动方程
驱动方程
J3=Q2Q1Q0 J2=Q1Q0 J1=Q0 J0=(Q3Q2)’
K3=Q2 K2=(Q3’(Q1Q0)’)’ K1=Q0 K0=1
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3. S0~S12分别用0000~1100的 四位二进制码表示。得到次态表。
状态 编码
S0 S1 S2 … 0000 0001 0010 …
下一状态
S1 S2 S3 … S0
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
5. 画出电路连接图
利用次态方程和状态图，检查能否自启动
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
电路的自启动检查
/1
1101
/1
/1
1110
1111
Q3n 1 Q3 Q2 Q3Q2Q1Q0 n 1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2Q1Q0 n 1 Q1 Q1Q0 Q1 Q0 n 1 Q0 Q3 Q0 Q2 Q0
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
4. (a)得到次态方程和输出方程
次态方程
Q3n 1 Q3 Q2 Q3Q2Q1Q0 n 1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2Q1Q0 n 1 Q1 Q1Q0 Q1 Q0 n 1 Q0 Q3 Q0 Q2 Q0
画出 逻辑电路图
4. 得到电路的次态方程和输出方程。
n 1 Q1 XQ1 XQ0 n 1 Q0 X Q1 Q0
n 1 Q1 ( XQ0 )Q1 XQ1 n1 Q0 ( X Q1 )Q0 1Q0
Qn1 JQ KQ
利用JK触发器实现， 修改次态方程
C Q2Q3
状态
下一状态
1101
1110 1111
0010
0010 0000
例2 设计一个串行数据检测器
要求：连续检测一个二进制码流，如果连续 输入3个或者以上的1时输出1，否则输出0
S0
S1
S2
S3
输入0个1
输入1个1
输入2个1
输入3个或更多的1
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
输出方程
C Q2Q3
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
4. (b)得到驱动方程
Q3n 1 Q3 Q2 Q3Q2Q1Q0 n 1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2Q1Q0 n 1 Q1 Q1Q0 Q1 Q0 n 1 Q0 Q3 Q0 Q2 Q0
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3.利用卡诺图进行化简。
n 1 Q 1 XQ1 XQ0 n 1 Q0 X Q1 Q0 Y XQ1
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
时序逻辑电路设计的一般方法
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
1.抽象为13个状态的时序电路， 电路在第12个状态时输出1 2.得到状态图