第四章时序逻辑电路设计
同步时序逻辑电路逻辑电路可分为组合逻辑电路和时...
根据时序电路的输出是否与输入x1 , …, xn有关可以把同步 时序逻辑电路分为Mealy型和Moore型。Mealy型同步时序 逻辑电路的输出由输入x1 , …, xn和现态决定：
Z i f i ( x1 , , xn , y1 , , yr ) Y j g j ( x1 , , xn , y1, , yr ) Z i f i ( y1 , , yr )
4.1 同步时序逻辑电路模型
同步时序逻辑电路具有统一的时钟信号。时钟信号通常是 周期固定的脉冲信号。同步时序逻辑电路在时钟信号的控 制下工作，其电路中的各个单元、器件在时钟信号到来时 读取输入信号、执行响应动作。
4.1.1 同步时序逻辑电路结构 同步时序逻辑电路在结构上可分为组合逻辑电路部分 和存储电路部分，并且存储电路受时钟信号控制。
而存储元件的输出y1, …, yr也作为组合逻辑部分的内部输入， y1, …, yr称为同步时序逻辑电路的状态。当新的时钟信号没 有到来的时候，同步时序逻辑电路的状态y1, …, yr不会发生 改变，即使输入x1 , …, xn有变化状态y1, …, yr也不会改变； 对于新的时钟信号到来之前的状态y1, …, yr称为现态，记作 记作y (n)或y；当新的时钟信号到达后，存储电路会根据激 励信号Y1, …, Yr而改变其输出y1, …, yr ，此时的状态称为次 态，记作y (n + 1)。当时钟信号没有到达时，电路处于现态， 次态是电路未来变化的走向；当时钟信号到来后，先前的 次态成为当前的现态。
4.2.3 JK触发器
JK触发器除时钟信号输入端外有J、K两个输入端，具有置 0，置1，翻转及保持四种功能，是一种功能较强的触发器。 JK触发器的状态方程为：
Q( n1) JQ KQ
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。
《时序逻辑电路分析》课件
采用低功耗、高速的触发器设计，减少资源占用。
提高工作速度的优化方法
并行处理
通过并行处理技术，提高电路的工作 速度。
时钟分频与倍频
根据电路的工作频率需求，合理选择 时钟的分频与倍频方案，以优化工作 速度。
THANKS
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REPORTING
PART 03
时序逻辑电路的设计
REPORTING
同步设计法
01
同步设计法定义
同步设计法是一种基于时钟信号 的设计方法，用于构建时序逻辑
电路。
03
优点
同步设计法具有较高的可靠性和 稳定性，能够实现复杂的逻辑功
能。
02
工作原理
在同步设计法中，所有操作都严 格在时钟信号的驱动下进行，保 证了电路的稳定性和可靠性。
《时序逻辑电路分析 》PPT课件
REPORTING
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的分析方法 • 时序逻辑电路的设计 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的优化设计
目录
PART 01
时序逻辑电
时序逻辑电路的定义、特点
时序逻辑电路的特点包括
具有记忆功能、具有时钟信号控制、具有输入信号和输出信号等。
时序逻辑电路的基本组成
时序逻辑电路由触发器、组合逻 辑电路和时钟信号源三部分组成 。
组合逻辑电路用于实现输入信号 到输出信号的逻辑变换，主要由 门电路组成。
总结词：时序逻辑电路的基本组 成
触发器是时序逻辑电路中的核心 元件，用于存储状态信息，常见 的触发器有RS触发器、D触发器 、JK触发器和T触发器等。
04
异步时序逻辑电路是指触发器的时钟输入端接在不同的时钟源上，时 钟信号独立作用于各个触发器，实现状态异步转换。
第4章 时序逻辑电路
建立时间tsetup：输入信号D在时钟边沿到达前需稳定的时间
保持时间thold ：输入信号D在时钟边沿到达后需继续稳定的时间
20
2.4 D触发器
带使能端的D触发器：通过使能端EN信号来控制是否在时钟信号的触
发边沿进行数据的存储。
2选1
多路复用器
EN有效（=1） 选择外部D输入
EN无效（=0） 保持触发器当前的输出
D锁存器状态表、状态图和特征方程
状态转移表
D
Q*
0
1
0
1
D锁存器的时序图
特征方程：Q* = D（C=1）
状态图
D=1
D=0
0
1
D=1
D=0
D
C
Q
18
2.4 D触发器
由一对主、从D锁存器构成
主
D触发器符号
CLK
从
主锁存器
从锁存器
L
写入
不变
上升沿
锁存
开始写入
H
不变
写入
从锁存器只在时钟CLK的上升沿到来时采样主锁存器的输出QM的
• 输出逻辑模块G ：输出函数（现态和外部输入的逻辑函数）
Mealy型：输出依赖于当前状态和当前输入信号
Moore型：输出仅依赖于当前状态，和当前输入信号无关
输出=G(现态,输入)
标准脉冲信号
属于Mealy型时序逻辑电路
6
1.2 时序逻辑电路基本结构
Moore型：输出信号仅依赖于当前状态。
输出=G(现态)
在置位态下，若R输入变为高电平，则经过两级门延迟变为复位态
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。
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
《FPGA系统设计》实验报告》时序逻辑电路的设计
一、设计任务
分别设计并实现锁存器、触发器的VHDL模型。
二、设计过程
1、同步锁存器：
同步锁存器是指复位和加载功能全部与时钟同步，复位端的优先级较高。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型：
2、异步锁存器：
异步锁存器，是指复位与时钟不同步的锁存器。
下图为同步锁存器的VHDL程序及模型：
3、D触发器：
D触发器是最常用的触发器。
下图为简单D触发器的VHDL 模型：
4、T触发器：
T触发器的特点是在时钟沿处输出信号发生翻转。
按
照有无复位、置位信号以及使能信号等，T触发器也有多种类型。
下图为带异步复位T触发器的VHDL模型：
5、JK触发器：
JK触发器中，J、K信号分别扮演置位、复位信号的角色。
为了更清晰的表示出JK触发器的工作过程，以下给出JK触发器的真值表（如表1所示）。
表1 JK触发器真值表
按照有无复位、置位信号，常见的JK触发器也有多种类型，下图带异步复位（clr）、置位（prn）的JK触发器的VHDL模型：
三．总结
本次实验中较为顺利，在第一次课的时间内我就已经完成了必做实验与选作实验。
在实验的过程中，在防抖电路处有了较大的困难。
由于仿真中不存在此问题，在实际操作中参数选择时遇到了一定的困难。
在反复比对效果之后，我
确定了电路的参数，实现了防抖功能。
通过这次实验，我对时钟脉冲、计数器等有了更加深入的认识与理解。
第四章同步时序逻辑电路逻辑电路可分为组合逻辑电路和时
组合逻辑电路的模型：
x1
输入
xn
组合 逻辑 电路
F1
输出
Fm
Fi fi (x1,, xn ) i 1,, m
2 触发器
触发器是一种具有两个稳定状态、并且能可靠地设置其状 态的电路单元。触发器通常由逻辑门构成。
同步时序逻辑电路中常常用触发器作为存储元件。
4.2.1 RS触发器
1. 基本RS触发器
4.2.2 D触发器
D触发器除时钟信号输入端外有一个输入端D，具有置0、 置1的功能。D触发器受时钟信号控制，只有当时钟信号 有效时，才能通过输入端D设置其状态；若时钟信号无效， 无论输入端D是什么信号，D触发器保持先前的状态不变。
D触发器的状态方程为：
Q(n1) D
为避免“空翻”现象，实际使用的D触发器采用了维持阻 塞结构，称为维持阻塞D触发器。维持阻塞D触发器在时 钟信号的上升沿采样输入端D并设置状态，具有较高的稳 定性和可靠性。
而存储元件的输出y1, …, yr也作为组合逻辑部分的内部输入， y1, …, yr称为同步时序逻辑电路的状态。当新的时钟信号没 有到来的时候，同步时序逻辑电路的状态y1, …, yr不会发生 改变，即使输入x1 , …, xn有变化状态y1, …, yr也不会改变； 对于新的时钟信号到来之前的状态y1, …, yr称为现态，记作 记作y (n)或y；当新的时钟信号到达后，存储电路会根据激 励信号Y1, …, Yr而改变其输出y1, …, yr ，此时的状态称为次 态，记作y (n + 1)。当时钟信号没有到达时，电路处于现态， 次态是电路未来变化的走向；当时钟信号到来后，先前的 次态成为当前的现态。
在不完全确定状态表中，判断两个状态是否相容的条件是： 在所有的输入条件下，
时序逻辑电路的设计步骤
时序逻辑电路的设计步骤介绍时序逻辑电路是计算机和电子设备中非常重要的一部分。
它能够根据不同输入信号的时序变化来控制设备的输出。
本文将详细介绍时序逻辑电路的设计步骤，帮助读者了解如何设计和实现一个有效的时序逻辑电路。
设计步骤1. 确定设计需求在开始设计时序逻辑电路之前，我们需要明确设计的需求和目标。
这包括了所需的输入信号类型、输出信号的功能和时序要求等。
明确了设计需求后，我们才能有针对性地进行后续的设计和实现。
2. 分析输入信号和逻辑功能接下来，我们需要对输入信号进行分析，并确定所需的逻辑功能。
这包括了对输入信号的电平变化的分析，以及逻辑门的使用和组合。
通常情况下，我们会使用与门、或门、非门等基本逻辑门，并通过它们的组合来实现所需的逻辑功能。
3. 确定时钟信号时序逻辑电路中最重要的部分就是时钟信号。
时钟信号用于同步电路的操作，保证各个部件按照正确的时序进行工作。
在设计过程中，我们需要确定时钟信号的频率、占空比等参数，并确保时钟信号与设计需求相匹配。
4. 设计状态机时序逻辑电路中常常使用状态机来实现复杂的逻辑功能。
在设计状态机时，我们需要确定状态数和状态转换的条件，并通过状态转换表或状态转换图来描述状态机的工作方式。
同时，我们还需要确定状态机的时序要求，确保状态机能够按照正确的时序进行状态转换。
5. 选择适当的触发器触发器是实现状态机的关键组件。
在选择触发器时，我们需要考虑触发器的类型、时序特性等。
常见的触发器包括RS触发器、D触发器、JK触发器等。
根据设计需求和时序要求，选择适当的触发器来实现所需的功能。
6. 进行综合和优化在完成逻辑设计之后，我们需要进行综合和优化，以便得到更好的电路性能。
综合是指将逻辑设计转化为实际的电路结构，优化则是通过改变电路结构或使用更高效的逻辑门来提高电路性能。
综合和优化的过程可以使用专业的电路设计软件或工具进行。
7. 进行布局和布线完成综合和优化后，我们还需要进行布局和布线。
时序逻辑电路的设计 数电课件
例6.5.1 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7进1，并产生 一个进位输出。
解：
1. 建立初始状态图
2. 状态化简 7进制计数器应有7个状态，已经最简。
3. 状态分配（已完成）
4. 触发器的个数
由于 22 7，所2以3 选择3个触发器。
5. 方程组 Ⅰ. 时钟方程组
Ⅰ. 设电路开始处于初始状态为S0。 Ⅱ. 第一次输入1时，由状态S0转入状态S1，并输出0。 Ⅲ. 若继续输入1，由状态S1转入状态S2，并输出0。 Ⅳ. 如果仍接着输入1，由状态S2转入状态S3，并输出1。 Ⅴ. 此后若继续输入1，电路仍停留在状态S3，并输出1。 Ⅵ. 电路无论处在什么状态，只要输入0，都应回到初始状态，并输出0，以便重新计数。
D2
Q1n
4. 检查电路能否自启动 将无效状态110，111代入输出、状态方程计算
可见电路能够自启动。
返回
0
Qn1 2
Q2nQ1nQ0n
Q2n Q1n
0
可见111的次态为有效状态000，电路能够自启动。
2. 状态化简
所得初始状态图中，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。
Ⅱ. 多个等价状态可以合并成一个状态；
3. 进行状态分配，求编码后的状态图。
Ⅰ. 所谓状态分配，是指对 个状态变n量可表示的 个状态组合如何2分n 配给系统的 个
状态
的过m程；
S0，S1，L ，Sm1
2n1 m 2n
2n 1! Ku 2n m ! n!
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。
第四章 时序逻辑电路(2)
而译码器地址输入A2A1A0分别对应Q1Q2Q3（注意，不能 看成A2A1A0对应Q3Q2Q1），所以：
DIL A2 A1 A0 A2 A1 A0 A2 A1 A0 Q1Q2Q3 Q1Q2 Q3 Q1Q2 Q3
两个控制信号S1、S0实现对数据保持、左移、右移、 置数等四种功能的选择；这一选择是通过S1、S0会同四个 与或非门构成四个4选1数据选择器来实现的。
DIR为右移串行输入端，DIL为左移串行输入端；
D0、D1、D2和D3是并行输入端。
Q0和Q3分别是左移和右移时的串行输出端。
Q0、Q1、Q2和Q3为并行输出端。
图4.47给出了74LS194A的逻辑符号和引脚排列。
根据上述功能分析，可以得到其功能如表4.16所示。
【例4.8】试用二片74LS194A扩展成8位双向移位寄存器。
解，将低位片的Q3连接到高位片的DIR，同时将高位片的 Q0连接到低位片的DIL如图4.48，即可将二片74LS194A扩 展成8位双向移位寄存器。
【例4.4】用74LS160组成48进制计数器。 解：因为N＝48，而74LS160为模10计数器，所以要 用两片74LS160构成此计数器。 先将两芯片采用同步级联方式连接成100进制计数器。
然后再借助74LS160异步清零功能，当计数值为48（十 进制）时，（此时计数器输出状态为0100 1000），即当高 位片（2）的Q2和低位片（1）的Q3同时为1，使两芯片异步 清零端有效，则计数器立即返回0000 0000状态。
（1）根据设计要求，设定逻辑状态，导出对应的原始状态 图或状态表。
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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1' h1 -B[8..0]
9' h1FD --
+
ADDER
cnt[7..0]
PRE Q
qd[7..0]
Add0
A[7..0] B[7..0]
MUX21 MUX21 MUX21
8' h01 --
+
ADDER
CLR
clk d[7..0] clear load
第四章 时序逻辑电路设计实例
module counter(clk,clk_1s);//时钟频率50MHz 分频计数器 input clk; out clk_1s; reg clk_1s; reg[24:0]c; always@(posedge clk) begin if(c<'d25_000_000) c<=c+1; else begin c<=0; clock=~clock; end end endmodule
第四章 时序逻辑电路设计实例
测试波形和仿真结果
第四章 时序逻辑电路设计实例
具有并行置数和使能控制输入的移位寄存器
ena
R0 load R1
w D Q
Q D Q
clock reset
Q0 Q1Biblioteka 第四章 时序逻辑电路设计实例
module shiftregs(R,load,ena,w,clock,Q,reset); 具有并行置数和使能控制输入的移位寄存器
module regena (clock,ena,reset,R,Q); parameter n=8; reg [n-1:0] Q; input [n-1:0] R; ena input clock,ena,reset; Q R output [n-1:0] Q; ? D Q always @(posedge clock or negedge reset) clock begin if (!reset) Q<=0; reset else if (ena) Q<=R; end endmodule
第四章 时序逻辑电路设计实例
分频计数器
Add1
A[3..0] B[3..0]
count[3..0]~reg0
PRE D Q
4' h1 --
+
c~[24..0]
ADDER
count[3..0]
clock c[24..0]
PRE OUT0 D Q
B[24..0] A[24..0]
Add0
A[24..0] B[24..0]
第四章 时序逻辑电路设计实例
加减法计数器
该计数器有1个加／减控制端up_down，当 该端口为高电平时，实现加法计数；为低电平 时，实现减法计数。load为同步预置端， clear则是同步清零端(低电平有效)
updown_count d[7..0] clk
qd[7..
第四章 时序逻辑电路设计实例
第四章 时序逻辑电路设计实例
综合设计举例—跑马灯
`timescale 1ns/100ps module testbench(); parameter PERIOD=20; reg reset; reg clock; initial begin clock=0; reset=0; #(PERIOD*3.7) reset=1; #(PERIOD*4.5) reset=0; end always #10 clock =~clock; main #(5) uut(reset,clock,led); endmodule
第四章 时序逻辑电路设计实例
综合设计举例—数字钟
module countern(pulse_in,reset,data,c); parameter COUN_SIZE = 6; parameter COMP_DATA = 6'd59; input pulse_in,reset; output [COUN_SIZE-1:0] data; output c; reg [COUN_SIZE-1:0] data; reg c; always@(posedge pulse_in or posedge reset) if (reset) begin data <= 0; c <= 1'b0 ; end else if(data == COMP_DATA) begin data <= 0; c <= 1'b1 ; end else begin data <= data + 1; c <= 1'b0 ; end endmodule //countern
第四章 时序逻辑电路设计实例
综合设计举例—数字钟
任务：设计一个数字钟，由四个七段数码管分 别显示小时的十位、个位，分钟的十位个位 分析：应有分频模块产生1秒的基准频率；六十 进制计数器（分频器）产生分钟和小时；七段 数码管译码器； 由于计数器（分频器）产生的分钟和小时是二 进制，要转化为十进制方便显示
第四章 时序逻辑电路设计实例
时序逻辑电路设计要点
输出不只是输入的逻辑电平的函数，还与电 路所处的状态有关 由多个触发器和多个组合逻辑块组成的网络。 常用的有：计数器、复杂的数据流动控制逻 辑、运算控制逻辑、指令分析和操作控制逻 辑。同步时序逻辑的设计是设计复杂的数字 逻辑系统的核心
第四章 时序逻辑电路设计实例
综合设计举例—跑马灯
module clkgen(reset,clock,clkdiv); parameter DIV_SIZE=25; input reset; input clock; output clkdiv; reg[DIV_SIZE-1:0] counter; always @(posedge clock or posedge reset) if(reset) counter<=0; else counter<=counter+1; assign clkdiv=counter[DIV_SIZE-1]; endmodule
SEL DATAA DATAB
LessThan0
PRE D Q
ENA CLR
25' h0000000 --
25' h0000001 --
+
ADDER
25' h17D7840 -ENA
<
ENA CLR
MUX21
CLR
LESS_THAN
clk reset
第四章 时序逻辑电路设计实例
综合设计举例—跑马灯
设计一个走马灯程序，要求led0先亮，然后 led1,led2,以此类推，并不断循环
clkgen:clkuut reset clock
reset reset clkdiv clock clock led[7..0]
shifter8:shifteruut led[7..0]
第四章 时序逻辑电路设计实例
60进制计数器 产生小时
hex2dec:h2d_h h7segment:disp_hh
countern:hour
clk
hourh[6..0]
reset
3'NC --
h7segment:disp_hl
1秒基准 频率产生
60进制计数 器产生分钟
data_hex[5..0]
60进制计数 器产生小时
hex2dec:h2d_m
module regena_test; reg clock,ena,reset; reg [7:0] R; wire [7:0] Q; regena test(.clock(clock),.ena(ena),.reset(reset),.R(R),.Q(Q)); always #10 clock=~clock; initial begin reset=1;ena=0;R=8'd0;clock=0; #10 reset=1;R=8'd1; #10 reset=0;R=8'd2; #10 reset=1;R=8'd3; #10 ena=1;R=8'd16; #10 R=8'd4; #10 R=8'd5; #10 R=8'd6; #10 R=8'd7; #100 $stop; end endmodule
module main(reset,clock,led); parameter DIV_SIZE =25; input reset; input clock; output [7:0] led;
wire clklhz; clkgen #(DIV_SIZE) clkuut(reset,clock,clklhz); shifter8 shifteruut(reset,clklhz,led); endmodule
data_dec[7..0]
data_hex[3..0]
segment[6..0]
hourl[6..0]
h7segment:disp_mh minuteh[6..0]
把分钟和小 时的二进制 数据转化为 十进制数据
data_hex[3..0]
segment[6..0]
七段数码管译 码器
3'NC --
h7segment:disp_ml minutel[6..0]
input [3:0] R; input w, load, ena, reset, clock; output [3:0] Q; reg [3:0] Q; integer k; always@(posedge clock or negedge reset) begin if (reset) Q <=0; else if (load) Q<=R; else if (ena) begin Q[0] <= W; for (k=1; k<4; k=k+1) Q[k] <=Q[k-1]; end end endmodule