第四章 时序逻辑电路
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
第四章 数字逻辑基础(1)
锁存器和触发器工作波形示意图:
Set Reset R Q Set Reset Clock S C R Q Q S Q
Байду номын сангаас
Q
Q
4.3 锁存器 4.3.1 RS锁存器 (1) 电路结构及逻辑符号
SD
≥1
Q
≥1
S R
Q
或
S R
Q
RD
Q
Q
Q
SD :置位端(置1端); RD :复位端(置0端); 定义: Q=0,Q=1 为0状态; Q=1,Q=0 为1状态.
RD 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 0 × 1 1 0 1 1 0 × 0 0
4.3.2 门控RS锁存器 在RS锁存器的基础上, 加控制信号,使锁存器状态转换的时 间,受控制信号的控制.
R C
&
≥1 &
RD ≥1
Q
1S C1 Q
Q
1R
Q
S
SD
RD=R· C
SD=S· C
当C=1时:门控RS锁存器功能和RS锁存器完全相同; 当C=0时:RD=SD=0,锁存器状态保持不变.
(3) RS锁存器的功能描述 ① 特性表
② 特性方程
Qn+1=SD+RDQn SDRD=0
③ 状态图
SD=0 RD=×
0
SD=1 RD=0
1
SD=0 RD=1
SD=× RD=0
RS锁存器工作波形图(初态假设为0)
SD 0 Q Q
1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 SD RD 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 Qn Qn+1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 × 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);
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
数字电子技术基础第四章习题及参考答案
数字电子技术基础第四章习题及参考答案第四章习题1.分析图4-1中所示的同步时序逻辑电路,要求:(1)写出驱动方程、输出方程、状态方程;(2)画出状态转换图,并说出电路功能。
CPY图4-12.由D触发器组成的时序逻辑电路如图4-2所示,在图中所示的CP脉冲及D作用下,画出Q0、Q1的波形。
设触发器的初始状态为Q0=0,Q1=0。
D图4-23.试分析图4-3所示同步时序逻辑电路,要求:写出驱动方程、状态方程,列出状态真值表,画出状态图。
CP图4-34.一同步时序逻辑电路如图4-4所示,设各触发器的起始状态均为0态。
(1)作出电路的状态转换表;(2)画出电路的状态图;(3)画出CP作用下Q0、Q1、Q2的波形图;(4)说明电路的逻辑功能。
图4-45.试画出如图4-5所示电路在CP波形作用下的输出波形Q1及Q0,并说明它的功能(假设初态Q0Q1=00)。
CPQ1Q0CP图4-56.分析如图4-6所示同步时序逻辑电路的功能,写出分析过程。
Y图4-67.分析图4-7所示电路的逻辑功能。
(1)写出驱动方程、状态方程;(2)作出状态转移表、状态转移图;(3)指出电路的逻辑功能,并说明能否自启动;(4)画出在时钟作用下的各触发器输出波形。
CP图4-78.时序逻辑电路分析。
电路如图4-8所示:(1)列出方程式、状态表;(2)画出状态图、时序图。
并说明电路的功能。
1C图4-89.试分析图4-9下面时序逻辑电路:(1)写出该电路的驱动方程,状态方程和输出方程;(2)画出Q1Q0的状态转换图;(3)根据状态图分析其功能;1B图4-910.分析如图4-10所示同步时序逻辑电路,具体要求:写出它的激励方程组、状态方程组和输出方程,画出状态图并描述功能。
1Z图4-1011.已知某同步时序逻辑电路如图4-11所示,试:(1)分析电路的状态转移图,并要求给出详细分析过程。
(2)电路逻辑功能是什么,能否自启动?(3)若计数脉冲f CP频率等于700Hz,从Q2端输出时的脉冲频率是多少?CP图4-1112.分析图4-12所示同步时序逻辑电路,写出它的激励方程组、状态方程组,并画出状态转换图。
4时序逻辑电路习题解答
自我测验题1.图T4.1所示为由或非门构成的基本SR锁存器,输入S、R的约束条件是。
A.SR=0B.SR=1C.S+R=0D.S+R=1QG22QRS图T4.1 图T4.22.图T4.2所示为由与非门组成的基本SR锁存器,为使锁存器处于“置1”状态,其RS⋅应为。
A.RS⋅=00C.RS⋅=10D.RS⋅=113.SR锁存器电路如图T4.3所示,已知X、Y波形,判断Q的波形应为A、B、C、D 中的。
假定锁存器的初始状态为0。
XYXYABCD不定不定(a)(b)图T4.34.有一T触发器,在T=1时,加上时钟脉冲,则触发器。
A.保持原态B.置0C.置1D.翻转5.假设JK触发器的现态Q n=0,要求Q n+1=0,则应使。
A.J=×,K=0B.J=0,K=×C.J=1,K=×D.J=K=16.电路如图T4.6所示。
实现AQQ nn+=+1的电路是。
4 时序逻辑电路习题解答63A AA AA .B .C .D .图T4.67.电路如图T4.7所示。
实现n n Q Q =+1的电路是 。
CPCPCPA .B .C .D .图T4.78.电路如图T4.8所示。
输出端Q 所得波形的频率为CP 信号二分频的电路为 。
1A . B . C .D .图T4.89.将D 触发器改造成T 所示电路中的虚线框内应是 。
TQ图T4.9A .或非门B .与非门C .异或门D .同或门 10.触发器异步输入端的作用是 。
A .清0 B .置1 C .接收时钟脉冲 D .清0或置1 11.米里型时序逻辑电路的输出是 。
A .只与输入有关B .只与电路当前状态有关C .与输入和电路当前状态均有关D .与输入和电路当前状态均无关12.摩尔型时序逻辑电路的输出是 。
A .只与输入有关 B .只与电路当前状态有关C .与输入和电路当前状态均有关D .与输入和电路当前状态均无关13.用n 只触发器组成计数器,其最大计数模为 。
集成电子技术习题及解析-第二篇第4章
因为D触发器的特性方程为: ,而 触发器的特性方程为 所以 ,所以电路为:
题2.4.14由负边沿JK触发器组成的电路及CP、A的波形如图题2.4.14所示,试画出QA和QB的波形。设QA的初始状态为0。
图题2.4.14
② 依次设定初始状态,代入状态方程,求得次态,初态一般设为从0000开始;
③ 由求得的状态,画出状态转换图(把所有的状态都画上);
④ 根据状态转换图,可以画出波形图(时序图);
⑤得出电路的功能结论(计数器的模、进制数、能否自启动或其它结论);
分析时序电路还可以用其它的方法,本题不一一列出。
题2.4.22三相步进马达对电脉冲的要求如图题2.4.22所示,要求正转时,三相绕组Y0、Y1、Y2按A、B、C的信号顺序通电,反转时,Y0、Y1、Y2绕组按A、C、B的信号顺序通电(分别如图中的状态转换图所示)。同时,三相绕组在任何时候都不允许同时通电或断电。试用JK触发器设计一个控制步进马达正反转的三相脉冲分配电路。
(a) 是一个同步计数器,各触发器激励方程
触发器激励方程代入各自的特性方程求得状态方程:
依次设定初态,计算出次态如下:
初态设定从 开始,→001→010→011→100→001
→010, →000, →000
有状态转换图为:
111→000←110所以电路的模是M=4,采用余1码进行计数
↓ 四分频后,最高位的输出频率为
图题2.4.19
解:解该题时,注意全加器是一个合逻辑电路,而移位寄存器和触发器是一个时序电路,要注意时序关系。其波形如图:
题2.4.20(1)试分析图题2.4.20(a)、(b)所示计数器的模是多少?采用什么编码进行计数?
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
输出 F
0 0 0 0 0 1 0 1
/0
100
/0 /0
011
正常情况下,触发器状态在000~101循环, 但若由于干扰使电路的状态为110或111, 也可以在1、2个时钟后回到以上的主循环。
这称为电路具有自启动能力
例2.2
分析图示时序逻辑电路
解:状态表的另一种形式:
CP
0 1
Q3 Q2 Q1
0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1
0 0 0
0
可见,每来一个CP脉冲触发器作加1计算,每6个脉冲一个循环,所以这是一个6进 制加法计数器。
例2.2
分析图示时序逻辑电路
解:状态表的另一种 形式:
CP
0 1
Q3 Q2 Q1
0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1
F
0 0 0 0 0 1
画时序图:
CP Q1 Q2 Q3
J1 X J 2 XQ 1 K 1 XQ 2 K2 X
Q
n 1
JQ
n
KQn
得到各触发器的次态方程:
Q Q
n 1 1 n 1 2
X Q 1 XQ 2 Q 1 X Q 2 Q 1 XQ 2
例2.4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分析图示时序逻辑电路
Q Q
输入
X 0 0 0 0 1 1 1
时序逻辑电路
1 2 3 4 5 6 时序逻辑电路的基本概念 时序逻辑电路的分析 同步时序电路的设计 计数器 寄存器 算法状态机
时序逻辑电路
数字电路分为 1. 组合电路: 2. 时序电路:
电路在某一给定时刻的输出 还取决于前一时刻电路的状态
时序逻辑电路
3 . 异步减 法计 数器
(1)3位递减计数器的状态
(2)电路组成
二 、 十进制计数器
十进制递减计数器的状态
1.电路组成
异步十进制加法计数器
2.工作原理
(1)计数器输入0~9个计数脉冲时,工作过程与4位二进制异步加法计数器完 全相同,第9个计数脉冲后,Q3Q2Q1Q0状态为1001。 (2)第10个计数脉冲到来后,此时计数器状态恢复为0000,跳过了1010~1111 的6个状态,从而实现842lBCD码十进制递增计数的功能。
④ 最 高 位 触 发 器 FF 3 是 在 Q 0 、 Q 1 、 Q 2 同 时 为 1 时 触 发 翻 转 , 即 FF 0 ~ FF 2 原均为 1 ,作加 l 计数时,产生进位使 FF 3 翻转为 l 。
(2)电路组成
4位二进制同步加法计数器逻辑图
工
程
应
用
计数不正常的故障检测 第一步,先查工作电源是否正常;第二步,检查触 发器的复位端是否被长置成复位状态;第三步,用示波器观测计数脉冲是否加到 了触发器的CP端;第四步,替换触发器,以确定集成电路是否损坏。
第二节 计数器
在数字系统中,能统计输入脉冲个数的电路称为计数器。
一 、二进 制计 数器 1 . 异步二 进制 加法计 数器
每输入一个脉冲,就进行一次加 1 运算的计数器称为加法 计数器,也称为递增计数器。 4 个 JK 触发器构成的异步加 法计数器如下图所示。
图中 FF 0 为最低位触发器,其控制端 C l 接收输入脉冲,输 出信号 Q 0 作为触发器 FF 1 的 CP , Q 1 作为触发器 FF 2 的 CP , Q 2 作为 FF 3 的 CP 。各触发器的 J 、 K 端均悬空,相当于 J = K =1 ,处于计数状态。各触发器接收负跳变脉冲信号时 状态就翻转,它的时序图见下图。
四时序电路状态分析
第四章时序电路(Sequental Circuits )4.3 同步时序电路4.3.1 mealy 和moore 模型mealy 和moore 是时序电路最主要的二形式。
mealy 时序电路模型moore 时序电路模型同步时序电路的记忆电路由触发器构成,存储与更新状态信息。
二组合逻辑模块对输入和触发器输出信息进行转换。
输入逻辑产生对触发器的激励,输出逻辑则产生所需输出。
OI OImealy 时序电路的输出是I 、S 的函数。
Moore 时序电路的输出仅是S 的函数。
4.3.2 时序电路的表述。
逻辑图,术语,状态图,符号状态表,代码状态表,激励表,激励方程,定时波形图。
时序电路状态机制中所用变量术语:输入变量:所有进入时序电路的外部变量。
输出变量:所有从时序电路发出的变量。
状态变量:触发器的输出,亦即时序电路的状态。
激励变量:触发器之输入。
因其“激励”触发器改变而得名。
激励变量就是触发器的J 、K 、R 、S 、D 、T 端,由输入组合逻辑对输入变量和状态变量逻辑运算产生。
状态变量是激励变量的函数。
状态:触发器的内容及输出。
时序电路的每个状态都必须是唯一的和不相互模糊。
时序电路的可能状态数 Y =2X (X :触发器数)。
时序电路的当前态(PS:Present state )、下态(NS: Next state)。
S t -1S tSt -1tClkt +1S t +1触发器所表示的时序电路状态只在时钟沿改变,所以以时钟沿分割状态。
现态(当前态)PS:在t时段的状态变量值。
下态(次态)NS:相对于t时段,时钟沿后t+1时段的状态值。
例:简单状态表。
时序电路状态图(state diagram)用抽象符号表示状态及其转换情况。
mealy型时序状态表示:例:X:输入变量。
Y:输出变量。
A、B:表示不同状态。
X/Z:表示输入/输出。
Moore 型时序状态表示:例:JK 触发器moore 型状态图表示。
时序逻辑电路
时序逻辑电路时序逻辑电路是数字电路中的一种重要设计方式,也是现代计算机和数字系统的核心组成部分之一。
它通过存储当前状态以及根据特定的输入信号进行状态转换来实现特定的功能。
在本文中,我们将详细介绍时序逻辑电路的工作原理、设计方法以及常见的应用场景。
工作原理时序逻辑电路的工作原理基于状态机理论。
状态机是指由一组状态和状态转移函数组成的抽象数学模型,用于描述系统在不同状态下的行为和转移关系。
在数字电路中,可以通过使用触发器、计数器等元件来实现状态机的功能。
在一个典型的时序逻辑电路中,状态转移发生在时钟信号的上升沿、下降沿或信号延迟后,也就是说状态转移的时机是由时钟信号控制的。
这种工作原理使时序逻辑电路具有高度的可控性和可预测性,可以确保状态转移的准确性和时序正确性。
设计方法时序逻辑电路的设计方法基本上可以分为两种类型:同步设计和异步设计。
同步设计是指以时钟信号为主导,采用同步触发器等元件实现状态机的转移。
异步设计则是指无时钟信号或者时钟信号不是主导的设计方式,采用异步触发器等元件实现状态机的转移。
在进行时序逻辑电路的设计时,需要根据具体的需求选择不同的设计方法,并合理选择元件、时钟信号频率等参数。
此外,在设计过程中同时要考虑到时序正确性、可靠性、功耗等因素,以确保设计出的电路能够满足实际应用中的需求。
应用场景由于时序逻辑电路具有高度的可控性和可预测性,以及快速的状态转移速度等特点,因此在数字电路中得到了广泛的应用。
以下是时序逻辑电路常见的应用场景:计数器计数器是一种常见的时序逻辑电路,可以通过状态机的方式来实现二进制、十进制或其他进制数的计数功能。
计数器在编码器、分频器、时序生成器等应用中得到了广泛的应用。
时序生成器时序生成器是指能够生成精确时序脉冲、时序信号的一类电路。
它可以通过使用状态机的方式来生成各种复杂的时序信号,并被应用于数字信号处理、通信、图像处理等领域。
控制器控制器是一种具有时序控制功能的电路,可以通过状态机的方式来实现对系统的控制和管理。
数字电路第四章答案
数字电路第四章答案【篇一:数字电路答案第四章时序逻辑电路2】p=1,输入信号d被封锁,锁存器的输出状态保持不变;当锁存命令cp=0,锁存器输出q?d,q=d;当锁存命令cp出现上升沿,输入信号d被封锁。
根据上述分析,画出锁存器输出q及 q的波形如习题4.3图(c)所示。
习题4.4 习题图4.4是作用于某主从jk触发器cp、j、k、 rd及 sd 端的信号波形图,试绘出q端的波形图。
解:主从jk触发器的 rd、且为低有效。
只有当rd?sd?1 sd端为异步清零和复位端,时,在cp下降沿的作用下,j、k决定输出q状态的变化。
q端的波形如习题4.4图所示。
习题4.5 习题4.5图(a)是由一个主从jk触发器及三个非门构成的“冲息电路”,习题4.5图(b)是时钟cp的波形,假定触发器及各个门的平均延迟时间都是10ns,试绘出输出f的波形。
cpf cp100ns10nsq(a)f30ns10ns(b)(c)习题4.5图解:由习题4.5图(a)所示的电路连接可知:sd?j?k?1,rd?f。
当rd?1时,在cp下降沿的作用下,且经过10 ns,状态q发生翻转,再经过30ns,f发生状态的改变,f?q。
rd?0时,经过10ns,状态q=0。
根据上述对电路功能的分析,得到q和f的波形如习题4.5图(c)所示。
习题4.6 习题4.6图(a)是一个1检出电路,图(b)是cp及j端的输入波形图,试绘出 rd端及q端的波形图(注:触发器是主从触发器,分析时序逻辑图时,要注意cp=1时主触发器的存储作用)。
cpj(a)qd(c)cp j(b)习题图解:分析习题4.6图(a)的电路连接:sd?1,k?0,rd?cp?q;分段分析习题4.6图(b)所示cp及j端信号波形。
(1)cp=1时,设q端初态为0,则rd?1。
j信号出现一次1信号,即一次变化的干扰,且k=0,此时q端状态不会改变;(2)cp下降沿到来,q端状态变为1,rd?cp,此时cp=0,异步清零信号无效;(3)cp出现上升沿,产生异步清零信号,使q由1变为0,在很短的时间里 rd又恢复到1;(4)同理,在第2个cp=1期间,由于j信号出现1信号,在cp下降沿以及上升沿到来后,电路q端和 rd端的变化与(2)、(3)过程的分析相同,其波形如习题4.6图(c)所示。
第四章 时序逻辑电路(2)
在实际使用过程中,我们用计数器辅以数据选择器可以 方便地构成各种序列发生器。构成的方法如下:
第一步 构成一个模P计数器,P为序列长度; 第二步 选择适当的数据选择器,把欲产生的序列按规定 的顺序加在数据选择器的数据输入端,并将其地址输入端与
计数器的输出端适当地连接在一起。
【例4.7】试用计数器74LS161和数据选择器设计一个011000 11序列发生器。 解:由于序列长度P=8,故将74LS161构成模8计数器, 并选用数据选择器74LS151产生所需序列,从而得电路如图
四.组成序列信号发生器
序列信号是在时钟脉冲作用下产生的一串周期性Fra bibliotek二 进制信号。
图4.39是用74LS161及门电路构成的序列信号发生器。 其中74LS161与G1构成了一个模5计数器,且Z= 。
Q0 Q 2
在CP作用下,计数器的状态变化如表4.13所示。由于 Z= Q0 Q2 ,故不同状态下的输出如该表的右列所示。因此,这 是一个01010序列信号发生器,序列长度P=5。
D0 DI
Di Qi 1
(i=1,2,…n)
设移位寄存器的初始状态为0000,串行输入数码 DI=1101,从高位到低位依次输入。在4个移位脉冲作用 后,输入的4位串行数码1101全部存入了寄存器中。电 路的状态表如表4.15所示,时序图如图4.44所示。
移位寄存器中的数码可由Q3、Q2、Q1和Q0并行输出,也 可从Q3 串行输出。串行输出时,要继续输入4个移位脉冲, 才能将寄存器中存放的4位数码1101依次输出。
【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。
《数字逻辑与电路》复习题及答案
《数字逻辑与电路》复习题第一章数字逻辑基础(数制与编码)一、选择题1.以下代码中为无权码的为CD。
A. 8421BCD码B. 5421BCD码C.余三码D.格雷码2.以下代码中为恒权码的为AB 。
A.8421BCD码B. 5421BCD码C. 余三码D. 格雷码3.一位十六进制数可以用 C 位二进制数来表示。
A. 1B. 2C. 4D. 164.十进制数25用8421BCD码表示为 B 。
A.10 101B.0010 0101C.100101D.101015.在一个8位的存储单元中,能够存储的最大无符号整数是CD 。
A.(256)10B.(127)10C.(FF)16D.(255)106.与十进制数(53.5)10等值的数或代码为ABCD 。
A. (0101 0011.0101)8421BCDB.(35.8)16C.(110101.1)2D.(65.4)87.与八进制数(47.3)8等值的数为:A B。
A.(100111.011)2B.(27.6)16C.(27.3 )16D. (100111.11)28.常用的BC D码有C D 。
A.奇偶校验码B.格雷码C.8421码D.余三码二、判断题(正确打√,错误的打×)1. 方波的占空比为0.5。
(√)2. 8421码1001比0001大。
(×)3. 数字电路中用“1”和“0”分别表示两种状态,二者无大小之分。
(√)4.格雷码具有任何相邻码只有一位码元不同的特性。
(√)5.八进制数(17)8比十进制数(17)10小。
(√)6.当传送十进制数5时,在8421奇校验码的校验位上值应为1。
(√)7.十进制数(9)10比十六进制数(9)16小。
(×)8.当8421奇校验码在传送十进制数(8)10时,在校验位上出现了1时,表明在传送过程中出现了错误。
(√)三、填空题1.数字信号的特点是在时间上和幅值上都是断续变化的,其高电平和低电平常用1和0来表示。
数字电子技术基础阎石第五版课后答案
数字电子技术基础阎石第五版课后答案第一章:引言1.数字电子技术是现代电子技术的基础,它是将模拟电子技术应用到数字系统中的学科。
数字电子技术的发展对计算机技术、通信技术等领域起到了重要的推动作用。
2.数字电子技术的基本概念包括数字信号、模拟信号、信号采样、量化、编码等。
3.数字电子技术的应用广泛,涵盖数字计算机、数字通信、数字音频、数字视频等多个领域。
第二章:数字逻辑基础1.逻辑代数是数字电子技术的基础,它包括逻辑运算、逻辑表达式、逻辑函数等概念。
2.逻辑代数的基本运算包括与运算、或运算、非运算等。
3.逻辑函数可以用真值表、卡诺图等形式表示。
4.数字逻辑电路是由逻辑门组成的,常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
5.在数字逻辑电路中,还有多种逻辑门的组合形式,如与或非门、与非门等。
第三章:组合逻辑电路1.组合逻辑电路是由多个逻辑门组成的电路,逻辑门的输入和输出之间没有时钟信号的约束。
2.组合逻辑电路的设计过程包括确定所需逻辑关系、选择合适的逻辑门、进行逻辑门的连线等。
3.组合逻辑电路常见的应用有加法器、减法器、译码器、多路选择器等。
4.确定组合逻辑电路的最小项和最大项是一种常用的设计方法。
5.组合逻辑电路可以用Karnaugh图来进行化简和优化。
第四章:时序逻辑电路1.时序逻辑电路是由组合逻辑电路和触发器组成的电路,触发器引入了时钟信号来控制电路的状态。
2.触发器的种类有RS触发器、D触发器、JK触发器等。
3.时序逻辑电路中常见的电路有时钟发生器、计数器、寄存器等。
4.时序逻辑电路在数字系统中起到了重要的作用,可以实现状态的存储和传输。
5.时序逻辑电路的设计需要考虑时序条件、逻辑功能、触发器的选择等因素。
第五章:数字系统的设计1.数字系统的设计包括功能设计和硬件设计两个方面。
2.功能设计是根据系统的需求,确定系统所完成的功能和算法。
3.硬件设计是根据功能设计,选择合适的逻辑门、触发器等器件,进行电路图的设计。
数字电路答案第四章 时序逻辑电路2
解:分析习题4.3图(a )所示的锁存器逻辑图,当锁存命令CP =1,输入信号D 被封锁,锁存器的输出状态保持不变;当锁存命令CP =0,锁存器输出D Q =,Q=D ;当锁存命令CP 出现上升沿,输入信号D 被封锁。
根据上述分析,画出锁存器输出Q 及Q 的波形如习题4.3图(c )所示。
习题4.4 习题图4.4是作用于某主从JK 触发器CP 、J 、K 、R D 及S D 端的信号波形图,试绘出Q 端的波形图。
解:主从JK 触发器的R D 、S D 端为异步清零和复位端,且为低有效。
只有当1==D D S R 时,在CP 下降沿的作用下,J 、K 决定输出Q 状态的变化。
Q 端的波形如习题4.4图所示。
习题4.5 习题4.5图(a )是由一个主从JK 触发器及三个非门构成的“冲息电路”, 习题4.5图(b )是时钟CP 的波形,假定触发器及各个门的平均延迟时间都是10ns ,试绘出输出F 的波形。
解:由习题4.5图(a )所示的电路连接可知:1D ===K J S ,F R =D 。
当1D =R 时,在CP 下降沿的作用下,且经过10 ns ,状态Q 发生翻转,再经过30ns ,F 发生状态的改变,Q F =。
0D =R 时,经过10ns ,状态Q =0。
根据上述对电路功能的分析,得到Q 和F 的波形如习题4.5图(c )所示。
习题4.6 习题4.6图(a )是一个1检出电路,图(b )是CP 及J 端的输入波形图,试绘出R D 端及Q 端的波形图(注:触发器是主从触发器,分析时序逻辑图时,要注意CP =1时主触发器的存储作用)。
解:分析习题4.6图(a )的电路连接:Q CP R K S ⋅===D D ,0,1;分段分析习题习题4.6图(a )(b )CP J(c )CP JQR D(a )(b ) 100nsCP习题4.5图10ns100nsCPQF(c )F 10ns30ns30ns4.6图(b )所示CP 及J 端信号波形。
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时序逻辑电路——概述
异步时序逻辑电路 异步时序逻辑是设计上困难度最高的。最基本的储存元件是锁 存器。锁存器可以在任何时间改变它的状态,依照其它的锁存 器信号的变动,它们新的状态就会被产生出来。
异步电路的复杂度随着逻辑门的增加,而复杂性也 快速的增加,因此他们大部分仅仅使用在小的应用。
时序逻辑电路——触发器
时钟边沿检测的三种方法
方法一: 上升沿:clock’ event and clock=‘1’ 下降沿:clock’ event and clock=‘0’;
注意:if clock’ event and clock=‘1’语句后面不存在else分支。 当clock为std_logic类型时,也可以利用 if rising_edge(clk) 或If falling_edge(clk)进行时钟边沿检测。
variable rs: std_logic_vector(1 downto 0); begin
rs:=R&S; case rs is
when "00" => Q<='1'; Qbar<='1'; when "01" => Q<='1'; Qbar<='0'; when "10" => Q<='0'; Qbar<='1'; when others=>null; end case; end process; end behav;
没有统一的时钟脉冲信号,各触发器状态的变化不是同 时发生,而是有先有后。
按照 输出 信号 的特 点
米里(Mealy)型
输出状态不仅与存储电路的状态Q有关,而且与外部输 入X也有关。
摩尔(Moore)型
输出状态仅与存储电路的状态Q有关,而与输入X无直 接关系。或者没有单独的输出。
时序逻辑电路——概述
注意:顺序结构中的 Null状态等同于并行结 构中的Unaffected。
时序逻辑电路——锁存器
RS锁存器的仿真波形如下:
由图可见,由于在时序仿真中有器件的延时,锁存器 的状态变化迟于输入信号的变化
时序逻辑电路——锁存器
D锁存器
D锁存器与RS锁存器类似,只是在功能上实现的目的不同。
•VHDL描述:
process(D, Enable) begin
if (Enable=‘1’) then Q<=D; end if; end process; End behav;
点评: D锁存器通过条件涵盖不完整的if
语句 产生寄存器; 敏感参数表包含D、Enable,综
合后 形成一个电平触发的锁存 器
时序逻辑电路——锁存器
由于时序逻辑电路,包含的存 x1 储电路,因此不能采用组合逻 xn 辑电路的描述方式。时序电路 引进了现态和次态的概念。使 用逻辑表达式进行描述。描述 方式如下:
逻辑关系:
…… ……
组合逻辑电路
q1
qj
存储电路
z1 zm
y1 yk
zm
f
m
(
x
1
,
x
2
,
,
x
n
,
q1n
,
q
n 2
,
,
q
n j
)
输出方程
yk
end process; End var;
点评:当state定义为变 量时,其有效范围在 process内。因此,Q和 Q非的赋值语句只能放在 process里面。
时序逻辑电路——触发器
带有Q非的D触发器的仿真
信号法的仿真波形:
变量法的仿真波形:
时序逻辑电路——触发器
JK触发器
•真值表:
•JK触发器:
方法二: 利用WAIT语句启动进程,检测colck的上升沿。
方法三: 使用PROCESS语句和IF语句相结合实现。当colck发生跳变的时候 启动PROCESS进程,而在执行IF语句时,满足clock=‘1’时才对Q 进行赋值更新,所以相当于clock发生跳变且跳变为‘1’时,将D 赋给Q,实际上就是D触发器的描述。
…… ……
组合逻辑电路
q1
qj
存储电路
结构框图
z1 zm
y1 yk
时序逻辑电路——概述
时序逻辑电路——有记忆功能
从逻辑上讲,时序电路在任一时刻的输出不仅 取决于该时刻的输入,而且还和电路原来的状 态有关
从结构上讲,时序电路不仅仅由逻辑门组成,还包含 有存储信息的有记忆能力的电路:触发器、寄存器等
时序逻辑电路——概述
Q,Qbar:OUT std_logic;)
END D_FF;
ARCHIECHTURE behav OF D_FF IS
BAGIN
PROCESS(clock) IF rising_edge(clock) THEN
错误:在时钟上升沿
Q<= D; Qbar<= NOT D;
下有两个赋值,这样就会
END IF; END PROCESS;
时序脉冲只接入了第一
块触发器,异步动作
CP
1J C1
Q0
1K
FF0
1J Q1 C1 1K
FF1
1J C1 1K
FF2
&Z
Q2
时序逻辑电路——锁存器 锁存器的设计
时序逻辑电路——锁存器
锁存器 为了与触发器相类比,我们先介绍锁存器。锁存器是一种 电平敏感的寄存器,典型的例子有RS锁存器与D锁存器。
RS锁存器: •真值表:
时序逻辑电路——触发器
JK触发器的VHDL描述
Entity JK_FF is port ( J, K: in std_logic; clock,reset:in std_logic; Q, Qbar : out std_logic );
End JK_FF; Architecture behav of JK_FF is
--方法二 process
begin wait until (clk=‘1’) ;
--等同于 wait until clk’event and clk=‘1’; Q<=D;
end process; End behav;
--方法一
process(clk) begin if ( clk’s event and clk=‘1’) then Q<=D; end if; end process;
end if; end process;
Q<=state; Qbar<=not state ; end behav;
注意:CASE语句要完整,所以在CASE JK的时候要加 when others =>null;
End behav;
方法二 process(clk)
begin if (clk=‘1’) then Q<=D;
--利用进程启动特性产生对clk的边沿检测 end if ;
end process; end behav;
时序逻辑电路——触发器
触发器的仿真波形如下
当时钟上升沿到来时,把D的值赋给Q,之后保持不变。 到下一个时钟上升沿到来时,再次把D的值赋给Q。
时序逻辑电路——触ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器
带有Q非的D触发器 由下图可知,与D触发器相比,该触发器多了Qbar与低电 平有效的异步复位信号
带有Q非的D触发器
带有Qbar的D触发器
D触发器
时序逻辑电路——触发器
带有Q非的D触发器应该如何描述?
ENTITY D_FF IS
PORT(D,clock:IN std_logic;
•电路结构图:
时序逻辑电路——锁存器
Library ieee; Use ieee.std_logic_1164.all; Entity SR_latch2 is
port ( S, R: in std_logic ; Q, Qbar :out std_logic);
End SR_latch2; Architecture behav of R_latch2 is Begin process ( R , S )
引入两个D触发器而不是一
END behav;
个触发器。
时序逻辑电路——触发器
带有Q非的D触发器应该如何描述?
正确描述一
(信号法)
Architecture sig of D_FF is signal state: std_logic ;
Begin process( clock, reset) begin if (reset=‘0’) then state<=‘0’; else if rising_edge(clock) then state<=D; end if; end process; Q<=state; Qbar<=not state ;
Library ieee; Use ieee.std_logic_1164.all; Entity D_latch is
port ( D, Enable: in std_logic ; Q: out std_logic );
End D_latch; Architecture behav of D_latch is Begin
FF2
时序逻辑电路——概述
同步时序逻辑电路
优点: 简单。每个电路里的运算必须要在时钟的两个脉冲之间固定的 间隔内完成,称为一个时钟周期。满足该条件下的电路是可靠
的。
缺点: ➢ 功耗大,时钟是高频率信号,而时钟必须分布到各个触发器