数字逻辑电路第4章时序逻辑电路..
数电基础：时序逻辑电路
数电基础：时序逻辑电路虽然每个数字电路系统可能包含有，但是在实际应⽤中绝⼤多数的系统还包括，我们将这样的系统描述为时序电路。
时序电路是由最基本的加上反馈逻辑回路（输出到输⼊）或器件组合⽽成的电路，与最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。
1. 简介是数字逻辑电路的重要组成部分,时序逻辑电路⼜称,主要由 存储电路 和 组合逻辑电路 两部分组成。
它和我们熟悉的其他电路不同,其在任何⼀个时刻的输出状态由当时的输⼊信号和电路原来的状态共同决定,⽽它的状态主要是由存储电路来记忆和表⽰的。
同时时序逻辑电路在结构以及功能上的特殊性,相较其他种类的数字逻辑电路⽽⾔,往往具有难度⼤、电路复杂并且应⽤范围⼴的特点 。
在数字电路通常分为和时序逻辑电路两⼤类，组合逻辑电路的特点是输⼊的变化直接反映了输出的变化，其输出的状态仅取决于输⼊的当前的状态，与输⼊、输出的原始状态⽆关，⽽是⼀种输出不仅与当前的输⼊有关，⽽且与其输出状态的原始状态有关，其相当于在组合逻辑的输⼊端加上了⼀个反馈输⼊，在其电路中有⼀个存储电路，其可以将输出的状态保持住，我们可以⽤下图的框图来描述时序电路的构成。
从上⾯的图上可以看出，其输出是输⼊及输出前⼀个时刻的状态的函数，这时就⽆法⽤组合逻辑电路的函数表达式的⽅法来表⽰其输出函数表达式了，在这⾥引⼊了现态（Present state)和次态（Next State)的概念,当现态表⽰现在的状态（通常⽤Qn来表⽰），⽽次态表⽰输⼊发⽣变化后其输出的状态 （通常⽤Qn+1表⽰），那么输⼊变化后的输出状态表⽰为Qn+1=f(X,Qn)，其中：X为输⼊变量。
组合电路和存储元件互联后组成了时序电路。
存储元件是能够存储信息的电路。
存储元件在某⼀时刻存储的⼆进制信息定义为该时刻存储元件的状态。
时序电路通过其输⼊端从周围接受⼆进制信息。
时序电路的输⼊以及存储元件的当前状态共同决定了时序电路输出的⼆进制数据，同时它们也确定了存储元件的下⼀个状态。
(整理)《数字逻辑电路》试题2.
一、选择题（每小题1.5分）第一章：1. 带符号位二进制数10011010的反码是（ ）。
A. 11100101B. 10011010C. 10011011D. 111001102. 十进制数5对应的余3码是（ ）。
A. 0101B. 1000C. 1010D. 11003. 二进制代码1011对应的格雷码是（ ）。
A. 1011B. 1010C. 1110D. 0001第二章：1. 下列公式中哪一个是错误的？ （ ）A. A A 0=+B. A A A =+C. B A )B A ('+'='+D. )C A )(B A (BC A ++=+2. 下列各式中哪个是三变量A 、B 、C 的最小项？ （ ）A. B A ''B. C B A +'+'C.ABCD. C B '+'3. 下列函数中不等于A 的是（ ）。
A. A ＋1B. A ＋AC. A ＋ABD. A （A ＋B ）4. 在逻辑代数的加法运算中，1＋1＝（ ）。
A. 2B. 1C. 10D. 05. A ⊕1＝（ ）。
A. AB. 1C. A 'D. 06. 含有A 、B 、C 、D 四个逻辑变量的函数Y=A+B+D 中所含最小项的个数是（）。
A. 3 B. 8 C. 14 D. 167. 下列函数中等于AB 的是（ ）。
A. （A ＋1）BB. （A ＋B ）BC. A ＋ABD. A （AB ）8. 为了将600份文件顺序编码，如果采用二进制代码，最少需要用（ ）位。
A. 3B. 10C. 1024D. 6009. 为了将600个运动员顺序编码，如果采用八进制代码，最少需要用（ ）位。
A. 3B. 4C. 10D. 75第三章：1. 采用漏极开路输出门电路（OD 门）主要解决了（ ）。
A. CMOS 门不能相“与”的问题B. CMOS 门的输出端不能“线与”的问题C. CMOS 门的输出端不能相“或”的问题2. 下列哪个特点不属于CMOS 传输门？（ ）A. CMOS 传输门属于双向器件。
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);
数字逻辑(欧阳星明)第四章
第四章
组合逻辑电路
4.3.2 设计举例 例1 设计一个三变量“多数表决电路”。
解 分析：“多数表决电路”是按照少数服从多数的原则 对某项决议进行表决，确定是否通过。 令 逻辑变量A、B、C --- 分别代表参加表决的3个成员， 并约定逻辑变量取值为0表示反对，取值为1表示赞成； 逻辑函数 F --- 表示表决结果。F取值为0表示决议被否定， F取值为1表示决议通过。 按照少数服从多数的原则可知，函数和变量的关系是：当3 个变量 A、B、C中有 2 个或 2个以上取值为 1 时，函数F 的值为 1， 其他情况下函数F的值为0。
2
第四章
组合逻辑电路
4. 1 基 本 概 念
一．定义 组合逻辑电路：若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出 值仅仅取决于该时刻各输入值的组合，而与过去的输入值无 关，则称为组合逻辑电路。 二．结 构 组合逻辑电路的结构框图如下图所示。
输 X1 入X 2 信 号 Xn
组合 逻辑电路
信 号 Fm
F1 输 F2 出
第四章
组合逻辑电路
第
四
章
组
合
逻
辑
电
路
1
第四章
组合逻辑电路
数字系统中的逻辑电路按其结构可分为组合逻辑电路和 时序逻辑电路两大类型。 组合逻辑电路既可完成各种复杂的逻辑功能，又是时序 逻辑电路的组成部分，应用十分广泛。 本章知识要点： 组合逻辑电路分析和设计的基本方法； 组合逻辑电路设计中几个常见的实际问题及其处理； 组合逻辑电路中的竞争与险象问题。
图中， X1,X2 ， … ， Xn 是电路的 n 个输入信号， F1,F2,… ， Fm 是电路的m个输出信号。输出信号是输入信号的函数。
计算机时序逻辑电路
描述时序电路逻辑功能的函数一般有两个：
输出函数： Yi f i X 1 ,, X p , Q1 ,, Qt 激励函数： Wj f j X1 ,, X p , Q1 ,, Qt
i 1,, m j 1, , r
可见，时序电路的输出不仅与电路的输入有关，而且与电 路的状态有关。
T1 X Q0n T0 1
Q1n1 X Q0n Q1n ③ 状态方程： n1 n Q0 Q0
（3）画出状态转换真值表 将三个触发器现态的各种取值组合，代入状态方程、输出 方程，求出相应的次态和输出，可得该电路的状态转换真值表， 如表7-3所示。
表7-3
● 教学要求：掌握时序逻辑电路的结构、分类以及描述工具；
熟练掌握同步时序逻辑电路的表格分析法；了解同步时序逻辑 电路设计的一般步骤；理解计数器、寄存器的原理与应用。
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7.1 时序逻辑电路概述
● 7.1.1 时序逻辑电路的结构与分类 1. 时序逻辑电路结构
时序逻辑电路（简称时序电路）的结构框图如图7.1所示。时序电 路一般由组合逻辑电路、存储电路和反馈回路三部分组成。
4. 选择触发器的类型，求出状态方程、驱动方程、输出方程
根据最简状态转换图（表）可求出状态方程、输出方程，然后将 状态方程与触发器的特性方程进行比较，可得到驱动方程。由于JK 触发器功能较全、使用较灵活，因此在设计中多选用JK触发器。
5. 画出逻辑电路图，并检查有无自启动能力
根据驱动方程和输出方程画出逻辑电路图。如设计的电路存在无 效状态时，应检查电路进入无效状态后，能否在时钟脉冲作用下自动 返回到有效状态工作。如能回到有效状态，则电路具有自启动能力； 如不能，则需修改设计，使电路具有自启动能力。
【电工基础知识】时序逻辑电路
【电⼯基础知识】时序逻辑电路时序逻辑电路定义时序逻辑电路主要由触发器构成。
在理论中，时序逻辑电路是指电路任何时刻的稳态输出不仅取决于当前的输⼊，还与前⼀时刻输⼊形成的状态有关。
这跟相反，组合逻辑的输出只会跟⽬前的输⼊成⼀种函数关系。
换句话说，时序逻辑拥有储存器件（）来存储信息，⽽组合逻辑则没有。
从时序逻辑电路中，可以建出两种形式的：：输出只跟内部的状态有关。
（因为内部的状态只会在时脉触发边缘的时候改变，输出的值只会在时脉边缘有改变）：输出不只跟⽬前内部状态有关，也跟现在的输⼊有关系。
时序逻辑因此被⽤来建构某些形式的的，延迟跟储存单元，以及有限状态⾃动机。
⼤部分现实的电脑电路都是混⽤组合逻辑跟时序逻辑。
按“功能、⽤途”分为：1. 寄存器；2. 计数（分频）器；3. 顺序（序列）脉冲发⽣器；4. 顺序脉冲检测器；5. 码组变换器；寄存器定义寄存器：能够暂时存放数码、指令、运算结果的数字逻辑部件，称为寄存器。
寄存器的功能是存储，它是由具有存储功能的组合起来构成的。
⼀个触发器可以存储1位⼆进制代码，故存放n位⼆进制代码的寄存器，需⽤n个触发器来构成。
[1]按照功能的不同，可将寄存器分为基本寄存器和两⼤类。
基本寄存器只能并⾏送⼊数据，也只能并⾏输出。
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，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，或串⾏输⼊、并⾏输出，⼗分灵活，⽤途也很⼴。
[1]知识点概述：1、寄存器，就是能够记忆或存储0和1数码的基本部件。
通常都是由各种触发器和门电路来构成的。
2、寄存器分为仅能存储0和1数码的数码寄存器，和既能存储数码同时也能实现数码的左移或右移的寄位移寄存器。
3、在实际中，通常使⽤集成寄存器。
本节讲解了寄存器的电路构成、⼯作原理、对74LS194双向移位寄存器的使⽤进⾏了介绍。
4、有点寄存器具有左移右移的功能寄存器电路如下：（1）由四个D触发器构成，因为每⼀个D触发器可以存放1位⼆进制信息，所以上述电路的寄存器可存放⼀个4位⼆进制数码，⼀般也把这种寄存器称为数码寄存器。
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
习题册答案-《数字逻辑电路(第四版)》-A05-3096
第一章逻辑门电路§1-1 基本门电路一、填空题1.与逻辑；Y=A·B2.或逻辑；Y=A+B3.非逻辑；Y=4.与；或；非二、选择题1. A2. C3. D三、综合题1.2.真值表逻辑函数式Y=ABC§1-2 复合门电路一、填空题1.输入逻辑变量的各种可能取值；相应的函数值排列在一起2.两输入信号在它们；异或门电路3.并；外接电阻R；线与；线与；电平4.高电平；低电平；高阻态二、选择题1. C2. B3. C4. D5. B三、综合题1.2.真值表逻辑表达式Y1=ABY2=Y3==A+B 逻辑符号3.第二章组合逻辑电路§2-1 组合逻辑电路的分析和设计一、填空题1.代数；卡诺图2.n；n；原变量；反变量；一；一3.与或式；1；04.组合逻辑电路；组合电路；时序逻辑电路；时序电路5.该时刻的输入信号；先前的状态二、选择题1. D2. C3. C4. A5. A三、判断题1. ×2. √3. √4. √5. ×6. √四、综合题1.略2.（1）Y=A+B（2）Y=A B+A B(3) Y=ABC+A+B+C+D=A+B+C+D3. (1) Y=A B C+A B C+ A B C + ABC=A C+AC(2) Y=A CD+A B D+AB D+AC D(3) Y=C+A B+ A B4. （a）逻辑函数式Y= Y=AB+A B真值表逻辑功能：相同出1，不同出0 （b）逻辑函数式Y=AB+BC+AC真值表逻辑功能：三人表决器5.状态表逻辑功能：相同出1，不同出0逻辑图1. 6.Y=A ABC+B ABC+C ABC判不一致电路，输入不同，输出为1,；输入相同，输出为0。
§2-2 加法器一、填空题1.加数与被加数；低位产生的进位2.加数与被加数；低位产生的进位3.加法运算二、选择题1. A2. C三、综合题1.略2.略3.§2-3 编码器与比较器一、填空题1. 编码2. 101011；010000113. 十；二；八；十六4. 0；1；逢二进一；10；逢十进一5. 二进制编码器；二—十进制编码器6. 两个数大小或相等7. 高位二、选择题1. A2. B3. C4. B三、综合题1.略2.（1）10111；00100011（2）00011001；19（3）583. （1）三位二进制（2）1,1,0（3）1,1,14.§2-4 译码器与显示器一、填空题1. 编码器；特定含意的二进制代码按其原意；输出信号；电位；解码器2. 二进制译码器；二—十进制译码器；显示译码器3. LED数字显示器；液晶显示器；荧光数码管显示器4. 1.5～3；10mA/段左右5. 共阴极显示译码器；共阳极显示译码器；液晶显示译码器二、选择题1. A；D2. A三、判断题1.√2.×3.×4.√5.√四、综合题七段显示译码器真值表f=D C B A +D C B A +D C B A+D CB A +D C B A +D C B A =D+B A +C A +C B =DB AC AC B§2-5 数据选择器与分配器一、填空题1.多路调制器；一只单刀多掷选择开关；地址输入；数字信息；输出端2.从四路数据中，选择一路进行传输的数据选择器3.地址选择；输出端二、选择题1. D2. A；C三、判断题1. √2. ×四、综合题1.略2. Y=A B D0+A BD1+A B D2+ABD3第三章触发器§3-1 基本RS触发器与同步RS触发器一、填空题1.两个；已转换的稳定状态2.R S+RSQ n;R+S=13. R S Q n+ R S;RS=04.置0；置15.相同；低电平；高电平6.时钟信号CP7.D触发器8.空翻二、选择题1.D2.B3.A4.B5.B6.D三、判断题1. ×2. ×3. √4. ×5. ×6. ×四、综合题1.略2.3.4.5.略§3-2主从触发器与边沿触发器一、填空题1.空翻2.置0、置1、保持、翻转3.Ｄ、J Q n+K Q n4.保持、置1、清0、翻转5.电平、主从6.一次变化7.边沿触发器8.不同、做成9.置0、置1、时钟脉冲二、选择题1.A2.A3.D4.B5.A6.C7.D8.B9.A10.D三、判断题1. √2. ×3. ×4. ×5. √6. ×7. √8. √四、综合题1.2.3.4.略5.略6.§3-3触发器的分类与转换一、填空题1.T、T'2. T Q n+ T Q n、Q n3.1、04. Q n、Q n5. 16. T'7. T8. T'二、选择题1.D2.D3.D4.B5.B三、判断题1. ×2. ×3. ×4. ×四、分析解答题1.2.3.略4.略5.略第四章时序逻辑电路§4-1 寄存器一、填空题1.输入信号；锁存信号2.接收；暂存；传递；数码；移位二、选择题1. C2. B；A三、判断题1. √2. ×3. √四、综合题1.JK触发器构成D触发器，即Q n+1= D。
数字电路与数字逻辑4时序逻辑电路习题解答
4 62习 题1．解：QQRS3．解： CP =0时，R D =S D =0，Q n+1=Q n ； CP =1时，S R R =D ，S D =S ；1D D n n n n Q S R Q S RSQ S RQ +=+=+=+不管S 、R 输入何种组合，锁存器均不会出现非正常态。
5．解：（1）系统的数据输入建立时间t SUsys =或门的传输延迟+异或门的传输延迟+锁存器的建立时间-与门的传输延迟=t pdOR +t pdXOR + t SU - t pdAND =18ns+22ns+20ns -16 ns =44ns 。
（2）4 63当C =1时， J =X X K = X Q K Q J Q n n n =+=+1 为D 触发器9． 解：当EN =0 ，Q n+1=Q n ；当EN =1，Q n+1=D ，则D EN Q EN Q n n ⋅+⋅=+11，令D EN Q EN D n ⋅+⋅=1即可。
10．解：根据电路波形，它是一个单发脉冲发生器，A 可以为随机信号，每一个A 信号的下降沿后；Q 1端输出一个脉宽周期的脉冲。
12．解：（1）（2）4 6415． 解：X =0时，计至9时置0000：03Q Q LD =，D 3D 2D 1D 0=0000X =1时，计至4时置1011：23Q Q LD =，D 3D 2D 1D 0=10112303Q Q X Q Q X LD +=，D 2=0，D 3=D 1=D 0=X16．解：当片1计数到1001时，置数信号LD 为低电平，这时，再来一个CP 脉冲，下一个状态就进入0000。
应该等到片0和片1的状态同时为1001时，片1的下一个状态才能进入0000。
改进后电路为：对改进后电路的仿真结果：17.解：4 6518．解：19． 解：从图所示电路图可知，S 1S 0=01，根据表4.8-3所示的74LS194功能表，电路处于右移功能。
右移数据输入端的逻辑表达式为：32IR Q Q D =。
4 组合逻辑电路
特点： 特点：任何时刻只允许 输入一个编码信号。 输入一个编码信号。 例：3位二进制普通编 位 码器
输 I0 I1 I2 I3 I4 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
电工理论与应用电子系
Digital Electronics Technology
2010-10-6
4.2 组合逻辑电路的分析与设计方法
一火灾报警系统，设有烟感、 例：一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种 类型的火灾探测器。为了防止误报警， 类型的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种 或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时， 或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时，报警系统 产生报警控制信号。设计一个产生报警控制信号的电路。 产生报警控制信号。设计一个产生报警控制信号的电路。 分析设计要求， 解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值； 分析设计要求 设输入输出变量并逻辑赋值； 输入变量：烟感 温感B，紫外线光感C； 输入变量：烟感A 、温感 ，紫外线光感 ； 输出变量：报警控制信号 。 输出变量：报警控制信号Y。 逻辑赋值： 表示肯定， 表示否定。 逻辑赋值：用1表示肯定，用0表示否定。 表示肯定 表示否定
A+ A'B = A+ B
0 '0 '
0 ' 0' ' 0
Y2 = I 7 + I 6 + I 5 + I 4
电工理论与应用电子系 Digital Electronics Technology
实例： 实例： 74HC148
《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。
数字逻辑课后习题(填空题)
第1章数字电路基础知识1 电子电路主要分为两类：一类是模拟电路，另一类是数字电路。
2 模拟电路处理的是模拟信号，而数字电路处理的是数字信号。
3 晶体管（即半导体三极管）的工作状态有三种：截止、放大和饱和。
在模拟电路中，晶体管主要工作在放大状态。
4 在数字电路中，晶体管工作在截止与饱和状态，也称为“开关”状态。
5 模拟信号是一种大小随时间连续变化的电压或电流，数字信号是一种突变的电压和电流。
6 模拟信号的电压或电流的大小是随时间连续缓慢变化的，而数字信号的特点是“保持”（一段时间内维持低电压或高电压）和“突变”（低电压与高电压的转换瞬间完成）。
7 在数字电路中常将0~1v范围的电压称为低电平，用“0”来表示；将3~5v范围的电压称为高电平，用“1”来表示。
第2章 门电路1 基本门电路有与门、或门、非门三种。
2 与门电路的特点是：只有输入端都为 高电平 时，输出端才会输出高电平；只要有一个输入端为“0”，输出端就会输出 低电平 。
与门的逻辑表达式是 Y A B =∙ 。
3 或门电路的特点是：只要有一个输入端为 高电平 ，输出端就会输出高电平。
只有输入端都为 低电平 时，输出端才会输出低电平。
或门的逻辑表达式是Y A B =+ 。
4 非门电路的特点是：输入与输出状态总是 相反 。
非门的逻辑表达式是 Y A -= 。
5 与非门的特点是：只有输入全为“1”，输出为 0 ，只要有一个输入端为“0”，输出端就会输出 1 。
与非门的逻辑表达式是 。
6 或非门的特点是：只有输入全为“0”时，才输出 1 ，只要输入有“1”，输出就为 0 。
或非门的逻辑表达式是 。
7 与或非的特点是：A 、B 或C 、D 两组中有一组全为“1”，输出就为 0 ，否则输出就为 1 。
与或非门的逻辑表达式是 。
8 异或门的特点是：当两个输入端一个为“0”，另一个为“1”，输出为 1 ，当两个输入端均为“1”或“0”时，输出为 0 。
异或门的逻辑表达式是 。
时序逻辑电路的特点.ppt
时序逻辑电路的特点
时序逻辑电路的特点时序逻辑路是数字电路中另一类重要电路。
◆ 在时序逻辑电路中，任意时刻的输出信号不仅取决 于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，即 与以前的输入和输出信号也有关系。 ◆ 触发器、计数器、寄存器都是时序电路。
▲ 简单的时序电路分析
某时序电路如图所示。 电路组成：一部分是由三个门电路构成的组合电路；
时序电路方框图
由此例也可以看出时序电路在结构上有两个特点： 第一，时序电路包含组合器件和存储器件两部分。由于它要记忆以前的输 入和输出信号，所以存储电路是不可缺少的。 第二，组合电路至少有一个输出反馈到存储电路的输入端，存储电路的状 态至少有一个作为组合电路的输入，与其余信号共同决定电路的输出。
时序电路方框图
另一部分是由T 触发器构成的存储电路。 信号流程：触发器的状态在CP的下降沿到达时刻
发生变化。与非门G1有三个输入信号X、 CP和Q。输出信号为Z。 列写方程：由电路可以写出T 触发器的驱动方程、状态方程和电路Z 的输出方程。 驱动方程： T X
状态方程： Qn1 (TQn T Qn ) ( XQn X Qn )
需要说明的是，并不是所有 的时序电路都具有上图所示的完 整形式。有些时序电路没有组合 电路部分，有些时序电路没有输 入信号，但它们仍然具有时序电 路的基本特点。
输出方程：Z X Qn CP CP下降沿有效（↓）
注意：在T触发器状态方程中，
表示现态；
表示次态（新状态）。
波形分析：
由T触发器的状态方程和输出方程，可以画出电 路的工作波形，如下图所示。
图中①和②是T 触发器原始状态为0 时的工作波形;
③和④是T触发器原始状态为1 时的工作波形。比较波形② 和④可 见，虽然输入信号X 和CP 完全相同， 但是由于T触发器的原状态不同，输 出则不同。由此可见，时序电路的 输出不仅取决于当时的输入信号X和 CP，而且还取决于电路内部存储电 路（T 触发器）的原状态。
数字逻辑与计算机组成总复习
具体要求
➢ 计算机系统概述
✓ 冯.诺依曼结构计算机 ✓ 程序的表示和执行过程 ✓ 计算机系统抽象层
了解计算机系统的基本工作原理和 计算机系统的基本框架
➢ 二进制数的编码表示 ✓ 外部信息和内部数据之间的关系 ✓ 进位计数制（2、8、10、16进制数）
➢ 数值数据的表示 ✓ 定点数的二进制编码 ✓ 无符号整数和带符号整数的表示 ✓ 浮点数的表示
• RISC-V指令系统（有6种指令格式） R-型为寄存器操作、I-型为短立即数或装入（Load） S-型为存储（Store）、B-型为条件跳转 U-型为长立即数操作、J-型为无条件跳转
第8章 中央处理器
总体要求
理解指令系统与处理器的关系，理解单周期处理器、多周期处理器、 流水线处理器设计的基本原理、电路结构和各控制信号含义。
• 除法运算：用加/减法和左移实现。 – 补码除法：用于整数除法运算。符号位和数值位一起运算。 – 原码除法：用于浮点数尾数除法运算。符号位和数值位分开运算。数值部分用无符号 数除法实现。 乘/除运算器：由ALU + (移位)寄存器 + 计数器 + 控制逻辑实现。
第7章 指令系统
总体要求
掌握指令系统涉及的指令格式、指令类型、操作码编码、操作数寻 址、标志信息生成与使用、指令设计风格等内容。
理解典型组合逻辑部件的功能， 并能在更复杂的逻辑电路中使 用它们实现特定功能
对具体问题进行分析设计
理解电路延迟和竞争冒险的概 念，并能进行相关分析
第3章总结
• 数字逻辑电路由若干元件（可以是一个电路）和若干结点互连而成 • 组合逻辑电路的输出值仅依赖于当前输入值 • 组合逻辑电路可以是两级电路或多级电路，两级电路的传输时间短，但
时序逻辑电路在实际中的应用
时序逻辑电路在实际中的应用时序逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路，其特点是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，而且与电路的原状态有关，具有记忆功能。
构成组合逻辑电路的基本单元是逻辑门，而构成时序逻辑电路的基本单元是触发器。
时序逻辑电路在实际中的应用很广泛，数字钟、交通灯、计算机、电梯的控制盘、门铃和防盗报警系统中都能见到。
主要介绍典型的时序逻辑部件：集成计数器的识别与应用，集成寄存器的识别与应用；时序逻辑电路的分析和设计。
计数器在计算机及各种数字仪表中应用广泛，具有记忆输入脉冲个数的功能，还可以实现分频、定时等。
计数器种类繁多，按技术体制可分为二进制计数器和N进制计数器；按增减趋势可分为加计数器和减计数器；按技术脉冲引入方式可分为同步计数器和异步计数器。
同步计数器的特点是构成计数器的所有触发器共用同一个时钟脉冲，触发器的状态同时更新，计数速度快；而异步计数的特点是构成计数器的触发器不共用同一个时钟脉冲，所有触发器更新状态的时刻不一致，计数速度相对较慢。
在实际应用中，计数器是以集成电路形式存在的，主要有集成二进制计数器、集成十进制计数器两大类，其他进制计数器可由它们通过外电路设计来实现。
在每一大类计数器中，又以同步与异步、加计数与可逆计数来细分。
寄存器具有接收数码、存放或传递数码的功能，由触发器和逻辑门组成。
其中，触发器用来存放二进制数，逻辑门用来控制二进制数的接收、传送和输出。
由于一个触发器只能存放1位二进制数，因此，存放n位二进制数的n位寄存器，需要n个触发器来组成。
寄存器有数码寄存器和移位寄存器2种。
输入输出方式有并入-并出、并入-串出、串入-并出、串入-串出4种。
当寄存器的每一位数码由一个时钟脉冲控制同时接收或输出时，称为并入或并出。
而每个时钟脉冲只控制寄存器按顺序逐位移入或移出数码时，称为串入或串出。
移位寄存器除了具有存储数码的功能以外，还具有移位功能。
所谓移位功能，是指寄存器里存储的数码能在时钟脉冲作用下依次左移或右移。
Verilog HDL数字集成电路设计原理与应用(第二版)(蔡觉平) (4)
本章通过数字电路中基本逻辑电路的Verilog HDL程序设计 进行讲述，要求读者掌握基本逻辑电路的可综合性设计，为 具有特定功能的复杂电路的设计打下基础。
组合电路的设计需要从以下几个方面考虑：首先，所 用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器件之间的连 线最简单，这样的电路称为“最小化”电路。其次，为了满 足速度要求，应使级数尽量少，以减少门电路的延迟；电路 的功耗应尽可能地小，工作时稳定可靠。
组合逻辑电路的描述方式有四种：真值表、逻辑代数、 结构描述、抽象描述。采用Verilog HDL进行组合逻辑电路 设计主要采用的就是这几种方式。下面结合具体的实例简单 介绍达四种描述方式。 20
6
例4.1-1 用Verilog HDL语言设计模256(8 bit)计数 器。
(a) 可综合程序描述方式： module counter (count,clk,reset); output count; input clk,reset; reg [7:0] count; reg out; always @(posedge clk) 7
wire [1:0] sum; reg OUT; assign sum=A+B+C; always @(sum)
if (sum>1) else
endmodule
OUT=1; OUT=0;
32
可以看到，以上4种Verilog HDL描述方式都可以对表决 电路进行设计。这里应该指出的是，Verilog HDL程序是对 逻辑电路功能的描述性设计，并非最终得到的电路。EDA综 合工具可以将Verilog HDL程序综合成物理电路形式，通过 电路优化，从而得到符合设计要求的最简化电路。采用 Synplify软件对上面4种方法中任一种方法设计的Verilog HDL程序进行综合(采用Altera公司的Stratix Ⅱ器件)，可 以得到相同的最简化电路，如图4.2-4所示。
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14 15
14 15
14 15
CD4081 BCN
4
VDD T2
14 15
VDD R14 10K S1 B SW-PB C3 104
NPN/90 13
VDD 1 2
10K
VCC IC5A
T1
R10 10K
3 NPN/90 13 CD4081 BCN B
R11 470
IC2 3 2 1 15 13 14 6 4 5 7 VDD 16 Q14 Q13 Q12 Q10 Q9 Q8 Q7 Q6 Q5 Q4 VDD GND 8
1. 时序逻辑电路的设计步骤。 根据要求实现的逻辑功能，求出满足此功能的最 简单的时序逻辑电路的过程，称为时序逻辑电路 设计。一般步骤如下： （1）分析设计要求，建立原始状态图或原始状态 转换表。首先分析给定的逻辑问题，确定输入、 输出变量，并且定义其对应的意义；再设定电路 的状态数，将电路的状态按顺序编号，然后按照 题意画出原始状态图或原始状态转换表。 （2）进行状态化简，求出最简状态图。在原始状 态图中，凡是输入相同输出也相同,要转换的次态 也相同的状态，皆称为“等价状态”。状态化简 就是将多个等价状态合并，丢掉多余状态，从而 得到“最简状态”。
SW-PB
C4 104 IC7A
9
8
11 12 13 14
IC7B CD4518
S2
R13 10K
Q0 Q1 Q2 Q3 E NR CL G ND
3 4 5 6 CL K
VDD
10
9 10 15 16
T3
CLK0 CLK0 CLK1 RST
10 9 11 12
R15 2M
30 XY 327 68HZ C2 VDD
6.2.2 时序逻辑电路的设计方法
（3）状态分配。状态分配又叫做状态编码或状态 赋值。若最简状态图中状态数为N，则触发器的 数目n应满足关系：2 n≥N>2 n-1 。一般情况下， 可以从各种不同分配方案中，选择最佳状态编码 方案，可以使设计电路最简单。 （4）选定触发器的类型，求出时钟方程、输出方 程、状态方程和驱动方程。可供选择的触发器有 JK触发器、D触发器。根据简化状态图及状态编 码，可作出电路次态和输出的卡诺图，并从卡诺 图中分别求出电路状态方程和输出方程；再根据 触发器类型，将状态方程转换为触发器特性方程 的形式，便求得电路的驱动方程。
RBO
RBO
RBO
RBO
RBO
LT RST RBI IN H CL K
LT RST RBI IN H CL K
5
LT RST RBI IN H CL K
L T RST RBI IN H CL K
LT RST RBI IN H CL K
RBO
IC1 HCC4033 BF
IC2 HCC4033 BF
IC3 HCC4033 BF
9 1 2 4 6 7
9 1 2 4 6 7
9 1 2 4 6 7
VDD
VDD VDD VDD VDD VDD VDD VDD
5 4 7 6 11
9 13 12 10
16
5 4 7 6 11
9 13 12 10
16
5 4 7 6 11
9 13 12 10
16
5 4 7 6 11
9 13 12 10
16
DS6 DPY Bl ue-CC
K K
K K
K K
K K
K K
DP
DP
DP
DP
DP
DP
g f e d c b a
g f e d c b a
g f e d c b a
g f e d c b a
g f e d c b a
5 10
5 10
5 10
5 10
5 10
5 10
9 1 2 4 6 7
9 1 2 4 6 7
（5）画逻辑电路图。根据求出的时钟方程、驱动
方程、输出方程及选定触发器的类型，便可画出 所要设计的逻辑电路图。 （6）检查设计的电路能否自启动。把无效状态代 入电路检查，在时钟脉冲作用下能够进入有效循 环，则说明该电路有自启动能力。如果无效状态 形成了循环，则说明该电路不能自启动，则应采 取两种措施解决。一种是修改逻辑设计电路，另 一种是通过预置数的方法，将电路的初始状态值 置成有效状态之一。
E NR CL V DD
CL K
IC5C CD4081 BCN
C1 R12 470
Q0 Q1 Q2 Q3
3 2 1
VDD
LT RST RBI IN H CL K
g f e d c b a
P1 2 1 VDD
NPN/90 13
VDD
2/ 20PF CD4060 VDD
A
1 2 7 8
A
标 题 尺 寸
B
1
2
3
4
5
6
R6 360 D R5 360 R4 360 R3 360 R2 360 R1 360 D
8 3
8 3
8 3
8 3
8 3
DS1 DPY Bl ue-CC
DS2 DPY Bl ue-CC
DS3 DPY Bl ue-CC
DS4 DPY Bl ue-CC
DS5 DPY Bl ue-CC
8 3Leabharlann 图 号修 订日 期: 文 件:
1 2 3 4 5
9-Jan-20 14 第张 共张 C: \Docu ment s and Set t ings \Admi nis trato r\桌 面\制 刘 图人 嘉麟 :PCB\10.16pcb版 .DDB 6
图6.9 用计数器CC4033构成的数字时钟的电 路
第6章 时序逻辑电路
学习目标： 1.掌握CMOS时序逻辑电路的特点与分析方法。 2.了解同步和异步的二－十进制计数器的特点 及其工作过程的区别，寄存器和锁存器的区别。 3.掌握CMOS时序逻辑电路的一般设计方法， 特别是同步时序逻辑电路的设计方法。
4.熟练掌握“反馈清零法”、“反馈置数法”、 “进位输出置数法”和“级联法”，利用中规模 集成芯片构成任意进制计数器的方法。熟练掌握 同步与异步归零逻辑方面的差异，同步与异步置 数逻辑方面的差异。 5.会运用中规模CMOS芯片实现指定逻辑功能的数 字产品。
5 4 7 6 11
9 13 12 10
16
5 4 7 6 11
9 13 12 10
9 1 2 4 6 7 16
C
g f e d c b a
K K
C
G ND CRY O U T
G ND CRY O U T
6 G ND CRY O U T
G ND CRY O U T
G ND CRY O U T
G ND CRY O U T
IC4 HCC4033 BF
IC5 HCC4033 BF
IC6 HCC4033 BF
g f e d c b a
g f e d c b a
g f e d c b a
g f e d c b a
g f e d c b a
IC5B
8
3 2 1
8
3 2 1
8
3 2 1
8
3 2 1
8
3 2 1
8
14 15
14 15