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。
时序逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路的设计方法一、同步时序规律电路的设计方法同步时序规律电路的设计是分析的逆过程,其任务是依据实际规律问题的要求，设计出能实现给定规律功能的电路。
主要介绍用触发器和门电路设计同步时序规律电路的方法。
设计步骤：1、依据设计要求和给定条件，进行规律抽象，得出电路的原始状态转换图或转换表。
① 分析给定的规律问题，确定输入变量、输出变量及该电路应包含的状态，并用字母a、b、c…或S0、S1、S2 …等表示；② 分别以上述状态为现态，考察在每一个可能的输入组合作用下，应转入哪个状态及相应的输出；2、状态化简---如有等价状态则合并之等价状态—在原始状态图中，如有两个或两个以上的状态，在相同的条件下，不仅有相同的输出，而且向同一个状态转换，则这些状态是等价的，可以合并。
3、状态安排（状态编码）依据电路包含的M个状态，确定触发器的类型和数目N。
∵N个触发器共有2n种状态组合，∵取2n-1＜M＜2n其次，要给每个电路状态规定对应的触发器状态组合，每组触发器的状态组合都是一组二值代码，所以，该过程又称状态编码。
4、求出电路的状态方程、激励方程和输出方程。
5、依据得到的方程式画出规律图。
6、检查设计的电路能否自启动。
例. 设计一个带有进位输出端的十三进制计数器.①建立原始状态图、②状态化简、③状态安排：n=4、④选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程：Q3*=Q3Q2'+Q2Q1Q0,Q2*=Q3'Q2Q1'+Q3'Q2Q0'+Q2'Q1Q0,Q1*=Q1'Q0+ Q1Q0'，Q0*=Q3'Q0'+Q2'Q0',C=Q3Q2、⑤画电路图、⑥检查电路能否自启动若选用4个JK触发器，需将状态方程变换成JK触发器特性方程的标准形式，即Q*=JQ′+K′Q,找出驱动方程。
比较得到触发器的驱动方程：J3=Q2Q1Q0,K3=Q2；J2=Q1Q0,K2=(Q3'(Q1Q0)')'；J1=Q0,K1=Q0；J0=(Q3Q2)',K0=1。
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);
时序逻辑电路设计
时序逻辑电路设计
时序电路设计又称时序电路综合，它是时序电路分析的逆过程，即依据给定的规律功能要求，选择适当的规律器件，设计出符合要求的时序规律电路，对时序电路的设计除了设计方法的问题还应留意时序协作的问题。
时序规律电路可用触发器及门电路设计，也可用时序的中规模的集成器件构成，以下我们分别介绍它们的设计步骤。
1.用SSI器件设计时序规律电路
用触发器及门电路设计时序规律电路的一般步骤如图所示。
（1）由给定的规律功能求出原始状态图：首先分析给定的规律功能，从而求出对应的状态转换图。
这种直接由要求实现的规律功能求得的状态转换图叫做原始状态图。
（2）状态化简：依据给定要求得到的原始状态图很可能包含有多余的状态，需要进行状态化简或状态合并。
状态化简是建立在状态等价这个概念的基础上的。
（3）状态编码、并画出编码形式的状态图及状态表：在得到简化的状态图后，要对每一个状态指定1个二进制代码，这就是状态编码（或称状态安排）。
（4）选择触发器的类型及个数：
（5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：依据编码后的状态表及触发器的驱动表可求得电路的输出方程和各触发器的驱动方程。
（6）画规律电路，并检查自启动力量。
2.用MSI中规模时序规律器件构成时序规律电路
用中规模时序规律器件构成的时序功能电路主要是指用集成计数器构成任意进制计数器。
构成任意进制计数器的方法有两种：一种是置数法，另一种是归零法。
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。
6.4 时序逻辑电路的设计方法
*
*
C Q 2Q 0
Q 0 Q 0'
*
选用J、K触发器
根据 : Q * JQ ' K ' Q
J2 Q1Q 0 , K 2 Q0
J 1 Q 2' Q 0 ,
J 0 1,
K1 Q0
K0 1
(4)画逻辑图
S*/YZ AB
S
00 S0/00
01 S1/00
11 x/xx
10 S2/00
S0 S1
S1/00
S2/00
S2/00
S0/10
x/xx
x/xx
S0/10
S0/11
S2
状态转换图
以00、01、10分别代表S0、S1、S2，
得次态/输出卡诺图
* *
Q 1 Q 0 / YZ
状态方程、驱动方程、输出方程
J 1 XQ K1 X '
0
Q 0 * X Q 1Q 0 ( X Q 1 ) Q 0 1Q 0
J 0 X Q 1 K01
检查自启动
状态“11” 代入状态方程 和输出方程，分别求 X=0/1下的次态和输出， 得到：
X 0时， Q 1 * Q 0 * 00 ， Y 0 X 1时， Q 1 * Q 0 * 10 ， Y 1
11
100/0 xXX/X
11 10
10
011/0 xXX/X
0 0
*
1 0
0 X
1 X
Q 1 Q 2 ' Q 0 Q 1' Q 0 ' Q 1
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。
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。
时序逻辑电路的设计步骤
时序逻辑电路的设计步骤时序逻辑电路的设计步骤时序逻辑电路是一种能够处理时间序列信号的电路，它可以根据输入信号的变化情况，按照一定的规则输出相应的信号。
时序逻辑电路在数字电子技术中有着广泛的应用，如计数器、触发器、时钟等。
本文将介绍时序逻辑电路设计的步骤。
第一步：确定所需功能在进行时序逻辑电路设计之前，需要先明确所需实现的功能。
例如：计数、存储、比较等。
只有确定了所需功能，才能够开始进行后续的设计工作。
第二步：建立状态转移图状态转移图是描述系统状态和状态之间转移关系的图形表示方法。
通过建立状态转移图，可以清晰地描述系统中各个状态之间的转移条件和输出条件。
在建立状态转移图时，需要考虑以下几个方面：1. 确定系统中所有可能出现的状态；2. 确定各个状态之间可能存在的转移条件；3. 确定各个状态对应输出信号。
第三步：编写状态转移表根据建立好的状态转移图，可以编写出相应的状态转移表。
在编写状态转移表时，需要考虑以下几个方面：1. 确定状态转移表的行和列；2. 将状态转移图中的各个状态按照一定的顺序排列，并为每个状态分配一个唯一的编号；3. 将各个状态之间可能存在的转移条件和输出条件填入到状态转移表中。
第四步：选择适当的时序逻辑电路根据所需实现的功能和建立好的状态转移表，可以选择适当的时序逻辑电路。
常见的时序逻辑电路包括触发器、计数器、移位寄存器等。
在选择时序逻辑电路时，需要考虑以下几个方面：1. 选择与所需实现功能相符合的时序逻辑电路；2. 确定所选时序逻辑电路支持的输入和输出信号，并与状态转移表中相应信号进行对比；3. 确定所选时序逻辑电路支持的工作频率，并与系统要求进行对比。
第五步：设计电路原理图在确定了所需实现功能、建立了状态转移图并编写了相应的状态转移表、选择了合适的时序逻辑电路之后，可以开始进行电路原理图设计。
在设计原理图时，需要考虑以下几个方面：1. 根据所选时序逻辑电路提供的输入和输出信号，在原理图中添加相应的输入和输出端口；2. 根据状态转移表中的状态转移条件，将时序逻辑电路进行连接，并添加必要的控制元件；3. 为电路添加必要的时钟信号，并确定时钟信号的工作频率。
5-3-2时序逻辑电路的设计方法
J Q Q0 FF0
K
J Q Q1 FF1
K
& Y
J
Q Q2
FF2 K
RD
CP
课后小结——见黑板
复习及提问：组合电路分析 思考题：
1．什么是时序逻辑电路？它在结构上有什么特点？ 2．什么是同步时序逻辑电路？什么是异步时序逻辑电路？ 3．简述同步和异步时序逻辑电路的分析方法，它们的主要
区别是什么？ 作业题：5-14；15、16、补充1题 预习：数模转换电路
Q2Q1Q0
000
111
110
101
100
011
010
001
CP Q0 Q1 Q2
（4）说明电路功能：在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状态按 递减规律循环变化，电路具有递减计数功 能，是一个异步3位二进制减法计数器。
5-3-2 时序逻辑电路的设计方法
按以下步骤进行： 1．根据设计要求，设定状态，画出原始状态转换图； 2．状态化简； 3．进行状态分配，列出状态转换的编码表； 4．选择触发器类型，求出状态方程、输出方程和驱动方程； 5．根据驱动方程和输出方程画逻辑图； 6．检查电路能否自启动。
JQ
1K
Q2
FF2
Q D
Q1
FF1
Q D
Q0
FF0
Q
CP
D
_
CR
CP上升沿有效 Q0上升沿有效 Q1上升沿有效
（2）列状态转换真值表
现态
Q2n
Q1n
Q0n
0
0
0
1
1
1
1
1
010来自110
0
0
1
1
0
1
时序逻辑电路的设计步骤
时序逻辑电路的设计步骤时序逻辑电路的设计步骤引言:时序逻辑电路是数字电路中重要的一种类型，它涵盖了许多应用领域，如计算机、通信和控制系统等。
时序逻辑电路的设计是实现特定功能的关键步骤。
本文将介绍时序逻辑电路设计的基本步骤，以及其中涉及到的关键概念和技术。
第一部分：概述时序逻辑电路1.1 定义和特点时序逻辑电路是根据输入信号的时序和状态变化来确定输出信号的电路。
与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路包含了时钟信号和存储元件，能够存储和处理信息。
其特点是具有状态和记忆能力。
1.2 应用领域时序逻辑电路广泛应用于计算机寄存器、时钟控制、状态机和数字通信系统等领域。
它们能够处理和控制复杂的信息流，使得系统在特定的时间序列下按照规定的方式运行。
第二部分：时序逻辑电路设计的步骤2.1 确定功能需求时序逻辑电路设计的第一步是明确功能需求。
根据系统要实现的功能，确定输入和输出信号的类型和规格，以及所需的时钟频率等。
2.2 分析和建模根据功能需求，对系统进行功能分析和建模。
将系统划分为子模块，并确定各个子模块之间的关系。
基于需求和功能模型，建立状态图或状态表，定义初始状态和状态转移条件。
2.3 设计逻辑电路根据分析和建模的结果，设计逻辑电路的电路图。
采用适当的逻辑门、触发器和时钟信号等元件，实现各个子模块之间的逻辑关系和状态转移。
2.4 进行时序分析对设计完成的逻辑电路进行时序分析。
验证逻辑电路的正确性，确保在不同的输入组合和时钟条件下，电路能够按照预期的方式进行状态转移，并满足系统的时序要求。
2.5 电路实现和验证将逻辑电路的设计转化为实际的硬件电路。
选择适当的集成电路器件，并进行电路布局和布线。
通过仿真和实验验证电路的功能和性能。
2.6 优化和调试对实际实现的电路进行优化和调试。
如果发现电路存在问题或性能不满足要求，需要进行相应的调整和改进，直到电路能够正常运行。
第三部分：总结和观点时序逻辑电路的设计步骤可以总结为确定功能需求、分析和建模、设计逻辑电路、进行时序分析、电路实现和验证，以及优化和调试。
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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3、化简方法
a、观察法 对于上例将（A， Q X
C）代以A，（B，D） A 代以B，而E本身就是 B 最大等价类保留不变， 则可将上述的五个状 态化简为三个状态的 E 状态表
Qn+1/Z
0
1
B/0 A/0 E/1 A/0
E/1 E/0
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状态化简（8）
b、隐含表化简法 隐含表的构成
2020年4月27日星期一
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状态化简（2）
b、等价状态的传递性：若SA和SB，等价， SB
和SC等价，则定有SA和SC等价，
记作
（SA，SB），（SB，SC） （SA，SC）
c、最大等价类：等价状态的集合。
如上述SA，SB， SC，是三个都相互等价的状态， 若再无其它状态与此三个状态等价，则此三个
原始状态图及表
选择触发器
状态化简
冗余状态检查
状态分配
2020年4月27日星期一
画出逻辑电路图
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设计步骤的解说（1）
逻辑要求 将实际问题提炼为同步时序逻辑命题。
原始状态图及表
将逻辑命题转换成状态转换图或状态转 换表,关键是明确输入条件和输出要求，确定 输入变量、输出变量和符号。
2020年4月27日星期一
电路处在状态3，若AiBi=00或11，则电路
返回状态1；若 AiBi=10，则电路应进入状态2；
若AiBi=01，电路仍处在状态3。
2020年4月27日星期一
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建立原始状态图
AiBi/Zi
00/00 11/00
10/10 00/00
11/00
1 01/01
00/00 11/00
2 10/10
2020年4月27日星期一
化简后的状态表称为最小化状态表。
2020年4月27日星期一
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状态化简（1）
在讨论完全给定同步时序电路的化简方法 之前，先介绍几个在化简中用到的概念。
完全给定同步时序电路是指状态表中的所
有次态和输出都是确定的。
1、几个概念
a、等价状态：若两个状态SA、SB，对任意的 输入序列都有相同的输出序列，则称状态SA、 SB是“等价”的，记作（SA，SB）。
10/10 01/01
3 01/01
7
建立原始状态表
Qn+1/Z
Q AiBi 00
01
10
11
1
1/00 3/01 2/10 1/00
2
1/00 3/01 2/10 1/00
3
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1/00
3/01
2/10
1/00
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设计步骤的解说（2）
状态化简
在建立原始状态图也就是在分析问题的过 程中，可能引入多余的状态。而状态数的增多， 就使电路中存储元件和门电路的数量增多。因 此，总希望在完成预期逻辑功能的条件下，尽 可能使多余的状态从状态图及表中去掉，使设 计出的电路简单、经济、亦更可靠。这一过程 比较输入四种数据的情况
电路处在状态1， 若AiBi=00或11，则电路 仍处在状态1；若AiBi=10，电路应进入状态2；
若AiBi=01，电路应进入状态3。
电路处在状态2，若AiBi=00或11，则电路 返回状态1；若 AiBi=10，则电路仍处在状态2； 若AiBi=01，电路应进入状态3。
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状态化简（4）
a、当状态SA和SB，对所有输入变量的全部一 位信息的组合，都有相同的输出，且次态也相
同，则SA和SB等价。
Qn+1/Z
QX 0
1
状态A与状
A A/0 D/1 B A/0 D/1
态B等价
C D/0 D/1
D B/1 2020年4月27日星期一
C/1
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状态化简（5）
3
建立原始状态图及表的例题
例一：建立模六加一计数器的原始状态图及表
解：模六加一计数器即有六个状态，这里不需
要输入变量，可以直接在时钟脉冲下工作。每
六个时钟脉冲，输出产生一个进位信号。
/Z
clk
Q
Qn+1
Z
/0
/0
1
0
1
0
1
2
3
2
1
2
0
3
2
3
0
/1
/0 4
3
4
0
/0
/0
5
4
5
0
6
5
4
6
5
0
1
2020年4月27日星期一
§6-4 时序逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路设计的任务是得出实现给定 逻辑功能的时序电路。
是电路分析的逆过程，通常设计较分析复 杂一些，而时序电路的设计比组合电路的设计 更复杂。
本课程仅以同步时序电路为例介绍它们的 设计过程。
2020年4月27日星期一
1
§6-4-1 同步时序逻辑电路的设计方法
用SSI来设计同步时序电路的步骤 逻辑要求
则SA和SB等价。
状态A和C等价要看状
QX
A B
Qn+1/Z
0
1
B/0 C/0 E/1 C/0
态B和D是否等价而B 和D等价又要看A和C 是否等价，则为次态
C D/0 A/0 循环，故有（A，C）
D E/1 E E/1 2020年4月27日星期一
A/0 E/0
（B，D）分别等价。 15
状态化简（7）
五变量隐含表如右 原则
缺头少尾
2020年4月27日星期一
B C D E
A BCD
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状态化简（9）
隐含表化简方法
顺序比较
将各状态两两用前面的两个条件进行比较， 若等价则用“”标出，否则用“”标出。对 输出相同，次态不相同，又不交错的，将次态 填入隐含表相应的方格内。
b、当状态SA和SB，对所有输入变量的全部一 位信息的组合，都有相同的输出，且次态交错，
或次态就是现态，则SA和SB等价。
Qn+1/Z
QX 0
1
状态A与状态B等价
A B/0 C/1
B
A/0 C/1
状态C与状态D等价
C C/1 B/0
D D/1 2020年4月27日星期一
B/0
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状态化简（6）
c、当状态SA和SB，对所有输入变量的全部一 位信息的组合，都有相同的输出，且次态循环，
状态的集合（ SA，SB， SC）就是一个最大等 价类。
每一个最大等价类，都可以合并为一个状态。
2020年4月27日星期一
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状态化简（3）
2、等价状态的判断
一位信息判断准则
若输入为一个变量，所有的一位信息是0，1。
若输入为两个变量，所有的一位信息是00，01， 10，11。
若输入为三个变量，所有的一位信息是000， 001，010，011，100，101，110，111。
4
例二：设计一个比较器，用于比较两个串行二 进制数A、B的大小。二进制数由低位向高位按 时钟节拍逐位输入，即来一个时钟，A、B各进 入一位Ai、和Bi。试建立其原始状态图及表。
解：两数比较有三种情况
A=B 设为状态1；输出Z=00
A>B 设为状态2；输出Z=10
A<B 设为状态3；输出Z=01
输入有四种情况即AiBi分别为00、01、10、11。