第8章时序电路的自动化设计与分析

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时序电路的分析

4 分析同步时序逻辑电路的号、触发器的类型等
2. 根据给定的时序电路图,写出下列各逻辑方程式： (１) 输出方程； (２) 各触发器的激励方程; （3）状态方程: 将每个触发器的驱动方程代入其特性方程得状态方程. 3.列出状态转换表或画出状态图和波形图；４.确定电路的逻辑功能.
4 同步时序逻辑电路分析举例
例1 分析下图所示的同步时序电路。
&
1D CP ＞C1 FF0
Q0
1D ＞C1 FF1 Z0
Q1
1D ＞C1 FF2 Z1
Q2
Qn 1 D
Q0
Q1
Q2
Z2
1.根据电路列出逻辑方程组: 输出方程组 Z0=Q0 Z1=Q1 激励方程组
D0
n n Q1 Q0 n D1 Q 0 n D 2 Q1
输出方程
Y ( Q0 Q1 ) A
激励方程组 D 0 ( Q 0 Q1 ) A
D1 Q0 A
状态方程组
n 1 Q1 D
1D C1 FF1
Y
n 1 n n Q0 ( Q0 Q1 )A
n1 n Q1 Q0 A
2 状态表
反映时序逻辑电路的输出Y、次态Qn+1和电路的输入 A、现态Qn 间对应取值关系的表格称为状态表。状态表
Q Q
00
01
n 1
n 0
n1 Q1n1Q0 /Y
A=0
A=1 10/0
00/0
0 0/ 1 00/1
01/0 11/0
01/0
10 11
0 0/ 1
读法：处于现态Qn的时序电路，当输入为A时，该电路将进入输出为Y的次态Qn+1

时序电路的设计及显示

时序电路的设计及显示时序电路是一种能够根据输入信号的时序关系来产生相应输出信号的电路。

它主要应用于计算机、通信系统、测控系统等领域，用于控制及处理各种时序信号。

本文将介绍时序电路的设计原理以及不同类型的时序电路显示。

1.时序电路的设计原理1.1时序逻辑电路时序逻辑电路是根据时序信号的控制来产生相应的输出信号。

它由组合逻辑门和触发器组成。

组合逻辑门根据输入信号的逻辑关系产生输出信号，而触发器则根据时钟信号的控制来保持或改变其输出状态。

时序逻辑电路的设计一般包括以下步骤：1)确定逻辑功能：根据需求确定所需的逻辑功能，包括输入输出信号及其逻辑关系。

2)设计组合逻辑电路：根据逻辑功能设计组合逻辑电路，利用逻辑门实现输入信号的逻辑关系。

3)设计时序控制电路：根据逻辑功能确定触发器的数量及其工作方式，并利用时序控制电路控制触发器的输入和输出。

4)进行仿真与验证：利用电路仿真软件进行仿真验证，确保电路的正确性。

5)设计PCB电路板：根据电路图设计PCB电路板，完成电路的布局和连线。

6)进行实际测试：将设计好的电路板进行实际测试，验证电路的性能和可靠性。

1.2时序控制电路时序控制电路用于控制时序逻辑电路的工作状态。

它主要由时钟信号发生器、时序控制器和触发器等组成。

时序控制电路主要包括同步时序控制和异步时序控制两种形式。

同步时序控制是通过时钟信号来控制触发器的工作，保证电路的同步工作。

异步时序控制则根据输入信号的状态来控制触发器的工作，适用于电路的反应时间较短或信号复杂的情况。

2.时序电路的显示2.1数码管显示数码管是一种将数字信号以数字形式显示的设备，通常由七段显示元件组成。

数码管显示通过控制数码管的每一段，将数字信号转化为相应的数字显示。

2.2液晶显示液晶显示屏是一种将数字、字母、图形等以液晶显示的设备。

液晶显示采用液晶材料的光学性质来显示信息，具有低功耗、薄、轻、反应速度快等优点。

2.3LED显示LED显示是一种通过控制发光二极管的亮灭来显示信息的设备。

5.1时序电路的基本分析和设计方法

Q0
FF1 1J
Q1
FF2 1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
1K
Q0
Q1
Q2
CP
(同步) (Moore 型)
[解] 方法1
时钟方程 CP0 CP1 CP2 CP
列写方程式
输出方程 Y Q2n Q1n Q0n
驱动方程
&Y
FF0 1J
Q0
FF1 1J
Q1
FF2 1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
/0
CP 1 2 3 4 5 6
Q2 0 0 0 1 1 1 0 Q1 0 0 1 1 1 0 0
Q0 0 1 1 1 0 0 0
Y
方法2 利用卡诺图求状态图
Q2n1 Q1n
Q2n+1Q1nQ0n
Q2n 00 01 11 10
00 0 1 1
Q1n1 Q0n
Q1n+1Q1nQ0n
Q2n 00 01 11 10
00 1 1 0
Q0n1 Q2n
Q0n+1Q1nQ0n
Q2n 00 01
01 1
11 00
11
10 0 1 1 10 1 1 0 10 0 0 0
Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1
Q2n
Q1nQ0n
00
01
11 10
0 001 011 111 101
1 000 010 110 100

Q Q Q Q Q n1 n1 n! 21 0
nn 10
分解！
CP2 CP1 CP0 CP

时序逻辑电路分析和设计(2)

X
0 0 0 1/0 1 1/0 Q1
0 1 1 0 / 0 0 0 /0
1 0 1 1 / 0 0 1 / 0 Q2
1 1 0 0/1 1 0/1 Y
5. 确定逻辑功能
•X=0时，电路进行加1计数。 X/Y
Q2Q1
00
01 10 11
00
•X=1时，电路进行减1计数。
00
11 10 01
0/1 1/0
0 1 0 1/0 1 0/0
1 0 1 0/0 1 1/1
1 1 11/0 0 0/0
3. 状态图
X/Y
1/0
00
01
1/0
1/0
11
10
1/1
4、时序图
CP
X0 Q1 0 Q2 0
0
Y
00 0 1 01 0 11 0 01
1 11 1 0 101 0 110 0 100
能直观地描述电路输入信号、输出信号及电路状态在时间上的对应关系。
输
电
出
存储电路
路
状
的
态
输
入
逻辑关系方程：
X(X1，…Xi) Q(Q1，…Qr)
X1
Z1
…
Xi
…
组合逻辑电路
… … Zj
Q1
Y1
… 存储电路 …
Qr
Yr
Z(Z1，…Zj) Y(Y1，…Yr)
各信号之间的逻辑关系方程组：
Z＝F1(X，Qn) Y＝F2(X，Qn) Qn+1＝F3(Y，Qn)
输出方程驱动方程状态方程
*例 3 分析如图所示异步时序逻辑电路，画出电路状态图和波形图。
&

高二物理竞赛课件时序逻辑电路的分析与设计

1/0 01
0/0 1/0
10 1/0
1/1
S0=00 1/1
(b)
简化状态图
S1=01 S2=10
(c)
二进制状态图
原始状态图中，凡是在输入相同时，输出相同、要转换到的次态也相同的状态，称为等价状态。状态化简就是将多个等价状态合并成一个状态，把多余的状态都去掉，从而得到最简的状态图。
所得原始状态图中，状态S2和S3等价。因为它们在输入为1时输出都为1，且都转换到次态S3；在输入为0时输出都为0，且都转换到次态 S0。所以它们可以合并为一个状态，合并后的状态用S2表示。
Q n 1 0
XQ1nQ0n
Q1n1 XQ0nQ1n XQ1n
4 选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程
Q1nQ0n
输X
00 01 11 10
出
00 0×0
方
程
10 0×1
Y 的卡诺图
Y XQ1n
状
Q1nQ0n
X
00 01 11 10
态方
00 0×0
程
11 0×0
(a) Q0n1 的卡诺图
Q1nQ0n
X
00 01 11 10
000 ×0
10 1×1
(b) Q1n1 的卡诺图
Q2n1 Q1nQ0nQ2n Q1nQ2n
Qn1 JQ n KQn
比较，得驱动方程：
J 0 Q2nQ1n 、K0 1 J1 Q0n 、 K1 Q2nQ0n J 2 Q1nQ0n 、K 2 Q1n
5
电路1 图 CP
&
&
FF0Biblioteka FF1FF2Y
1J
Q0 1J

第八章时序逻辑电路设计

D锁存器程序实例 2 锁存器程序实例
WAIT UNTIL 表达式；表达式；当表达式的值为“真” 时，进程被启动，否则进程被挂起。该语句在表达式中将建立一个隐式的敏感信号隐式的敏感信号量表，当表中的任何一个量表信号量发生变化时，就立即对表达式进行一次评估。如果评估结果使表达式返回一个“真”值，则进程脱离等待状态，继续执行下一个语句。
在编写上述两个程序时应注意： •无论IF语句还是WAIT ON语句，在对时钟边沿说明时，一定要注明是上升沿还是下降沿，光说明是边沿是不行的。 •当时钟信号作为进程的敏感信号时，在敏感信号的表中不能出现一个以上的时钟信号，除时钟信号以外，像复位信号等是可以和时钟信号一起出现在敏感表中的。 •WAIT ON 语句只能放在进程的最前面或者是最后面。
8.3 寄存器
数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器寄存器。寄存器寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。按照功能的不同，可将寄存器分为基本寄存器移位寄存器基本寄存器和移位寄存器基本寄存器移位寄存器两大类。基本寄存器基本寄存器只能并行送入数据，需要时也只能并行输出。基本寄存器移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移位寄存器移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。
2) 用进程中的用进程中的WAIT ON语句等待时钟语句等待时钟
在这种情况下，描述时序电路的进程将没有敏感信号，而是用 WAIT ON 语句来控制进程的执行。也就是说，进程通常停留在WAIT ON语句上，只有在时钟信号到来，且满足边沿条件时，其余的语句才能执行，如下例如示： PROCESS BEGIN WAIT ON (clock_signal ) UNTIL (clock_edge_conditon); signal_out<=signal_in; --其它时序语句； --END PROCESS 在使用WAIT ON语句的进程中，敏感信号量应写在进程中的WAIT ON语句后面。

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

时序电路的基本分析与设计方法(doc 8页)(优质版).doc

谢谢欣赏时序电路的基本分析与设计方法(doc 8页)(优质版)1时序逻辑电路时序逻辑电路——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。

时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式、状态表、卡诺图、状态图、时序图和逻辑图6种方式表示，这些表示方法在本质上是相同的，可以互相转换。

一、时序电路的基本分析和设计方法（一）分析步骤1．根据给定的时序电路图写出下列各逻辑方程式：（1）各触发器的时钟方程。

（2）时序电路的输出方程。

（3）各触发器的驱动方程。

2．将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得各触发器的次态方程，也就是时序逻辑电路的状态方程。

3．根据状态方程和输出方程，列出该时序电路的状态表，画出状态图或时序图。

4．根据电路的状态表或状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。

谢谢欣赏【例1】分析时序电路（1）时钟方程：输出方程：驱动方程：（2）求状态方程JK触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：⎪⎩⎪⎨⎧=+=+=+ = + = = + = + = + + + n n n nn n n n n n n n n n n n n n n nn n Q Q Q Q Q Q K Q J Q Q Q Q QQ K Q J Q Q Q Q Q Q Q K Q J Q 22 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 22212（3）计算、列状态表nnnnnnnnQQYQ Q Q Q Q 2 1 2 1 1 1 1 1 2 = ⎪⎪⎨⎧===+++（4）画状态图及时序图（5）逻辑功能有效循环的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 ＝1。

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。）

时序逻辑电路的分析与设计方法

输出方程：
CP0 CP1 CP2 CP
Q2nQ1n
Q0n
00 01 11 10
00 0 1 0
10 0×0 Y 的卡诺图
Y Q1nQ2n
Q2nQ1n
Q0n
00 01 11 10
01 1 0 1
10 0×0
状
(a) Q0n1 的卡诺图
态
方程
Q2nQ1n
Q0n
00
01
11
10
00 1 0 0
11 0×1
(b) Q1n1 的卡诺图
Q2nQ1n
Q0n
00 01 11 10
000 0 1
10 1×1
(c) Q2n1 的卡诺图
Q0n
1
Q2nQ0n
Q1nQ0n
Q2nQ1nQ0n 1Q0n
Q1n1 Q0nQ1n Q2nQ0nQ1n
Q2n1 Q1nQ0nQ2n Q1nQ2n
不化简，以便使之与JK触发器的特性方程的形式一致。
0/0
1/0
1/0
00
01
0/0
0/0
1/0
1/0
S2 1/0
1/0
10 1/0
1/1
S0=00 1/1
(b)
简化状态图
S1=01 S2=10
(c)
二进制状态图
原始状态图中，凡是在输入相同时，输出相同、要转换到的次态也相同的状态，称为等价状态。状态化简就是将多个等价状态合并成一个状态，把多余的状态都去掉，从而得到最简的状态图。
Q1nQ2n Q1n Q0nQ1n Q0n
Q0n1 J0Q0n K0Q0n Q2nQ0n Q2nQ0n Q2n
3 计算、列状态表

高二物理竞赛课件时序电路的分析与设计2

yn+1(次态)
Mealy 型电路的读表（或图）的次序是：
现态y → 输入x → 输出z → 次态yn+1
Moore 型电路的读表（或图）的次序是：现态y → 输出z → 输入x → 次态yn+1Biblioteka 、状态图 State-diagrams
0/0
y0
y1
1/0
0/1 1/1
1/0 0/0
1/0
y3
y2
时序电路的分析与设计
时序电路的分析与设计 Sequential Logic Circuit Analysis & Design
时序电路基础时序电路概述 Summarization
数字逻辑电路可分为两大类：组合逻辑电路时序逻辑电路
• 组合电路是指它的输出仅由当前输入决定。 • 时序电路是指它的输出不仅取决于当前输入，而且
也取决于过去的输入序列，即过去输入序列不同，则在同一当前输入的情况下，输出也可能不同。
时序电路的分析与设计
时序电路的一般形式 Structure
输入
时序电路输入
内部输入
••• •••
x1 xn
y1 yl
组合电路
••• •••
z1 zm
Y1 Yr
输出
时序电路输出
内部输出
存储电路输出
状态
•••
存储电路
y0 y1 y3 y1 y2 y0 y2 y3 y1 y3 y0 y2
yn+1(次态)
y0 y1/0 y3 /1 y1 y2/0 y0 /0 y2 y3/0 y1 /0 y3 y0/1 y2 /0
yn+1/z(次态/输出)
y0 y1 y3 0 y1 y2 y0 0 y2 y3 y1 0 y3 y0 y2 1