数字电路技术时序逻辑电路分析(正式)总结
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。
数字电子技术基础-第六章_时序逻辑电路(完整版)
T0 1
行修改,在0000 时减“1”后跳变 T1 Q0 Q0(Q3Q2Q1)
为1001,然后按
二进制减法计数
就行了。T2 Q1Q0 Q1Q0 (Q1Q2Q3 )
T3 Q2Q1Q0
50
能自启动
47
•时序图 5
分 频
10 分 频c
0
t
48
器件实例:74 160
CLK RD LD EP ET 工作状态 X 0 X X X 置 0(异步) 1 0 X X 预置数(同步) X 1 1 0 1 保持(包括C) X 1 1 X 0 保持(C=0) 1 1 1 1 计数
49
②减法计数器
基本原理:对二进 制减法计数器进
——74LS193
异步置数 异步清零
44
(采用T’触发器,即T=1)
CLKi
CLKU
i 1
Qj
j0
CLKD
i 1
Qj
j0
CLK0 CLKU CLKD
CLK 2 CLKU Q1Q0 CLK DQ1Q0
45
2. 同步十进制计数器 ①加法计数器
基本原理:在四位二进制 计数器基础上修改,当计 到1001时,则下一个CLK 电路状态回到0000。
EP ET 工作状态
X 0 X X X 置 0(异步)
1 0 X X 预置数(同步)
X 1 1 0 1 保持(包括C)
X 1 1 X 0 保持(C=0)
1 1 1 1 计数
39
同步二进制减法计数器 原理:根据二进制减法运算 规则可知:在多位二进制数 末位减1,若第i位以下皆为 0时,则第i位应翻转。
Y Q2Q3
数字电子技术基础第五章时序逻辑电路PPT课件
减小功耗
优化电路结构,降低电路的 功耗,减少能源浪费。
提高可靠性
通过优化设计,提高电路的 可靠性和稳定性,降低故障 发生的概率。
提高性能
优化电路结构,提高电路的 响应速度和性能,满足设计 要求。
05 时序逻辑电路的实现技术
基于中小规模集成电路的时序逻辑电路实现技术
概述
中小规模集成电路是将多个晶体管集成在一块芯片上,实现时序逻辑功能。
冒险现象
由于竞争现象的存在,时序逻辑电路 的输出可能会产生短暂的不确定状态, 这种现象称为冒险现象。
04 时序逻辑电路的设计方法
同步时序逻辑电路的设计方法
建立原始状态图
根据设计要求,确定系统的输入和输出变量,并使用状 态图表示系统的状态转换关系。
逻辑方程组
根据状态图和状态编码,列出逻辑方程组,包括状态转 移方程、输出方程和时钟方程。
分类
根据触发器的不同,时序逻辑电 路可分为同步时序电路和异步时 序电路;根据电路结构,可分为 摩尔型和米立型。
时序逻辑电路的功能与特点
功能
实现数据的存储、记忆、计数、分频 等功能。
特点
具有记忆功能、输出状态不仅与当前 输入有关还与之前状态有关、具有时 钟信号控制等。
时序逻辑电路的应用场景
01
02
数字电子技术基础第五章时序逻辑 电路ppt课件
目 录
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的基本电路的实现技术 • 时序逻辑电路的应用实例
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义与分类
定义
时序逻辑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,还与之前的输入状态 有关。
03
数字钟
利用时序逻辑电路实现时 间的计数和显示。
数字逻辑时序分析概述
随着芯片使用时间的延长,可靠性 问题越来越突出,如何提高芯片的 可靠性成为一项重要挑战。
数字逻辑时序的未来展望
人工智能与数字逻辑时序的融合
01
人工智能技术将在数字逻辑时序中发挥越来越重要的作用,为
信号处理、故障诊断等提供更智能化的解决方案。
5G通信技术对数字逻辑时序的影响
02
5G通信技术将为数字逻辑时序带来新的机遇和挑战,需要进一
步研究和探索。
云计算与边缘计算的融合
03
云计算与边缘计算的融合将为数字逻辑时序提供更广阔的应用
场景和发展空间。
THANKS
感谢观看
数字逻辑时序的分析技巧
时序波形图分析法
总结词
通过图形直观地展示信号的时序变化,便于观察和分析信号 的周期、占空比、延迟等参数。
详细描述
时序波形图分析法是一种常用的数字逻辑时序分析方法,通 过将信号的时序变化绘制成波形图,可以直观地展示信号的 周期、占空比、延迟等参数,有助于分析电路的工作状态和 逻辑关系。
02
数字逻辑时序的基本概念
时序逻辑电路的分类
同步时序电路
所有触发器的时钟输入信号由同 一时钟源驱动,状态变化发生在 同一时刻。
异步时序电路
触发器的时钟输入信号来自不同 的时钟源,状态变化在不同时刻 发生。
时序逻辑电路的分析方法
状态转移图分析法
通过绘制状态转移图,分析电路的状 态转移过程和逻辑功能。
详细描述
状态转换表分析法是一种详细的数字逻辑时序分析方法,通过将信号的状态转换过程整理成表格形式,可以全面 地展示电路的工作状态和逻辑关系。这种方法适用于复杂数字系统的时序分析,有助于发现潜在的逻辑错误和时 序问题。
数字电子技术第6章 时序逻辑电路
RD—异步置0端(低电平有效) 1 DIR—右移串行输入 1 DIL—左移串行输入 S0、S1—控制端 1 D0D1 D2 D3—并行输入
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4、扩展:两片74LS194A扩展一片8位双向移位寄存器
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例6.3.1的电路 (P276) 74LS194功能 S1S0=00,保持 S1S0=01,右移 S1S0=10,左移 S1S0=11,并入
(5)状态转换图
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小结
1、时序逻辑电路的特点、组成、分类及描述方法; 2、同步时序逻辑电路的分析方法; 课堂讨论: 6.1,6.4
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6.3 若干常用的时序逻辑电路
寄存器和移位寄存器 时序 逻辑电路 计数器 顺序脉冲发生器 序列信号发生器
移位寄存器不仅具有存储功能,且还有移位功能。 可实现串、并行数据转换,数值运算以及数据处理。 所谓“移位”,就是将寄存器所存各位数据,在每个移 位脉冲的作用下,向左或向右移动一位。
2、类型: 根据移位方向,分成三种:
左移 寄存器 (a) 右移 寄存器 (b) 双向 移位 寄存器 (c)
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学习要求 :
* *
自学掌握
1. 掌握寄存器和移位寄存器的概念并会使用; 2. 掌握计数器概念,熟练掌握中规模集成计数器74161 和74160的功能,熟练掌握用160及161设计任意进制计 数器的方法。
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6.3.1寄存器和移位寄存器
一、寄存器
寄存器是计算机的主要部件之一, 它用来暂时存放数据或指令。
数字电路与逻辑设计第5章时序逻辑电路
(b) 74194构成扭环形计数器
Q and A Q :电路是否具备自启动特性?请检验。
77
➢ 检验扭环形计数器的自启动特性
模值M=2n=2×4=8 状态利用率稍高;环 形计数器和扭环形计 数器都具有移存型的 状态变化规律,但它 们都不具有自启动性
10
分析工具 常见电路
状态转移真值表 状态方程 状态转移图 时序图
数码寄存器 移位寄存器 同步计数器 异步计数器
11
5.2.1 时序逻辑电路的分析步骤
12
例1:分析图示时序逻辑电路
解 ➢ 1. 写激励方程:
13
➢ 2. 写状态方程和输出方程:
根据JK触发器特性方程:Qn1 J Qn K Qn
LD
置入控制输入
CP
时钟输入
CR
异步清0输入
CTT ,CTP 计数控制输入
输出端子
Q0~Q3 数据输出
CO
进位输出
CO
Q3n
Q
n 2
Q1n
Q0n
26
➢ 功能表:
27
2.十进制同步计数器(异步清除)74160
➢ 逻辑符号: ➢ 功能表:
CO Q3n Q0n
28
3.4位二进制同步计数器(同步清除)74163
51
1.二-五-十进制异步计数器7490
52
CT7490: 2-5-10进制异步计数器
4个触发器(CP1独立触发FF0实现二分频,
CP2独立触发FF1、FF2、FF3构成的五分频计数器)
异步清0输入 R01、 R02
异步置9输入 S91、S92
可实现 8421BCD 和 5421BCD计数
数字电子技术时序逻辑电路
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数字电子技术时序逻辑电路
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图5-3 4位寄存器74LS175的逻辑图
数字电子技术时序逻辑电路
2. 移位寄存器 移位寄存器不仅具有存储的功能,而且还有移位功能,可以 用于实现串、并行数据转换。如图5-4所示为4位移位寄存器 的逻辑图。
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数字电子技术时序逻辑电路
5.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法
异步时序电路的分析步骤:
① 写时钟方程; ② 写驱动方程; ③ 写状态方程; ④ 写输出方程。
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数字电子技术时序逻辑电路
[例5-2]试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能,列出状态转换 表,并画出状态转换图。
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数字电子技术时序逻辑电路
解:图5-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。 写时钟方程:
数字电子技术时序逻辑电路
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图5-5 同步二进制加法计数器的数时字电序子图技术时序逻辑电路
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图5-8 同步4位二进制加法计数器74LS16数1字的电逻子技辑术图时序逻辑电路
表5-1 同步4位二进制加法计数器74LS161的功能表
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数字电子技术时序逻辑电路
写驱动方程:
写状态方程:
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数字电子技术时序逻辑电路
列状态转换表:
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数字电子技术时序逻辑电路
画状态转换图:
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数字电子技术时序逻辑电路
5.2 若干常用的时序逻辑电路 5.2.1寄存器
1. 基本寄存器
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图5-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图
时序逻辑电路的分析方法
利用染色体畸变和基因
突变为指标监测环境污染 物的致突变作用
理生化变 化为指标
来监测环
单元1 时序逻辑电路的分析方法
一、生物监测的主要方法
《数字电子技术》
1.生物群落法(生态学方法) 利用生物群落组成和结构的变化及生态 系统功能的变化为指标监测环境污染。
(1)寻找指示生物
例如:蜗虫
水蚯蚓
(2)了解污染物对生物群落的影响
单元1 时序逻辑电路的分析方法
号作用前电路的输出状态有关。
时序逻辑电路 方框图
特点:(1)时序电路往往包含组合电路和存储电路两
部分,而存储电路是必不可少的。(2)存储电路输出 的状态必须反馈到输入端,与输入信号一起共同决定组 合电路的输出。
分类:同步时序逻辑电路:所有触发器的时钟端均连
在一起由同一个时钟脉冲触发,使之状态的变化都与输 入时钟脉冲同步。 异步时序逻辑电路:只有部分触发器的时钟端与输入时 钟脉冲相连而被触发,而其它触发器则靠时序电路内部 产生的脉冲触发,故其状态变化不同步。
时序图:在时钟脉冲序列作用下,电路状态、输出状态随时间变化的 波形图。
单元1 时序逻辑电路的分析方法
1.2 时序逻辑电路的分析方法
《数字电子技术》
[例1-1] 试分析电路的逻辑功能,并画出状态转换图和时序图。
解: 1、写方程式
(1)输出方程
(2)驱动方程
一单、元生1 时物序监逻辑测电的路主的分要析方方法法有哪些?
《数字电子技术》
[例1-1] 试分析电路的逻辑功能,并画出状态转换图和时序图。
解: 1、写方程式
(2)驱动方程
(3)状态方程
单元1 时序逻辑电路的分析方法
1.2 时序逻辑电路的分析方法
数字电子技术 时序逻辑电路的分析与设计 国家精品课程课件
《数字电子技术》精品课程——第6章
FF0
FF1
1J
Q0 1J
Q1
时序逻辑电路的分析与设计
&Z
FF2
1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
1K
Q0
Q1
Q2
CP
➢驱动方程:
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
② 求状态方程
JK触发器的特性方程:
Qn1 JQ n KQn
将各触发器的驱动方程代入,即得电路的状态方程:
简化状态图(表)中各个状态。 (4)选择触发器的类型。
(5)根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能,导出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
(6)根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。
返回 (7)检查电路能否自启动。
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
2.同步计数器的设计举例
驱动方程: T1 = X T2 = XQ1n
输出方程: Z= XQ2nQ1n
(米利型)
2.写状态方程
T触发器的特性 方程为:
Qn1 TQn TQn
Q 1nQ1QX21nn TX1QQ1n1nXTQX11nQ1n X Q1n
Q1n
Qn1 2
T2 Q2n
T2Qn2
T Q n 将T1、 T2代入则得X到Q两1n Q2n XQ1nQn2
0T1 = X0 0 0 0 0 0
0
求T1、T2、Z
0T2
0
=ZX=01QX1nQ10 2nQ010n
0 0
0 1
1 0
0 0
由状态方程
求Q2n+1 、 Q1n+1
数字电路与逻辑设计第5章时序逻辑电路
图5-1时序逻辑电路的组成框图
根据图5-1,可以列出以下3个逻辑 方程组:
(5-1) (5-2) (5-3)
其中,式(5-1)称为输出方程,式 (5-2)称为驱动方程(或激励方程), 式(5-3)称为状态方程。
qn1,qn2,…,qnj表示存储电路每个触发 器的初态,qn+11,qn+12,…,qn+1j表示存 储电路每个触发器的次态。
表5-2 74LS175的状态转换表
图5-7 74LS175的引脚排列图
5.3.2移位寄存器
在数字电路系统中,由于运算的需 要,常常要求输入寄存器的数码能逐位 移动,这种具有移位功能的寄存器,称 为移位寄存器。
移位寄存器的逻辑功能和电路结构 形式较多。
根据移位方向可分为单向移位寄存 器和双向移位寄存器两种;根据接收数 据的方式可分为串行输入和并行输入两 种;根据输出方式可分为串行输出和并 行输出。
所谓串行输入,是指将数码从一个 输入端逐位输入到寄存器中,而串行输 出是指数码在末位输出端逐位出现。
1.单向移位寄存器
单向移位寄存器,是指数码仅能作 单一方向移动的寄存器。可分为左移寄 存器和右移寄存器。如图5-8所示是由D 触发器组成的4位串行输入、串并行输出 的左移寄存器。
图5-8 4位左移寄存器
分析同步时逻辑电路的一般步骤如 下。
(1)写出存储电路中每个触发器的驱 动方程; (2)将驱动方程分别代入各触发器的 特性方程,得出每个触发器的状态方 程; (3)根据逻辑电路写出输出方程。
5.2.2时序逻辑电路的一般分析方法
实际上,从驱动方程、状态方程和 输出方程这3个方程中,还不能对时序逻 辑电路的逻辑功能有一个完全的了解, 还需要通过另外一些更直观的方法来分 析和描述时序逻辑电路的逻辑功能。这 里主要介绍3种比较重要而且常用的方法 ,分别是状态转移表、状态转移图、时 序图。
数字电子技术 第5章 时序逻辑电路的分析
40
5.8异步计数器
1.异步计数器的概念:异步计数器中的 触发器不会同时改变状态,因为它们没 有共同的时钟脉冲
41
2. 三位异步二进制计数器
42
波形图
Q0:2分频 Q1:4分频 Q2:8分频
Q0 Q1’ Q2
43
3.四位异步十进制计数器
1 CP 2 3 4 5 6 7 8 9 10
起译码 作用
电路分析: Di输入的数据,在cp 上升沿作用下,逐位 向左移动,经过4个 脉冲,将把输入的第 1个数传送到输出D0。
电压波形
34
5.5.MSI移位寄存器
M=0 M=1
串行输出
74LS95右移 移位寄存器
并 行 输 出
(1)电路形式:电路接成串行移位右移,并行输入,并行输出。 (2)工作原理:当方式控制M=1时,允许数据以并行方式输入,在cp2作用下,并 行存入J-K FF,并以并行方式输出Data.Q0~Q3。当M=0时,并行输入被禁止, 允许串行输入到J-K FF,在cp1作用下逐位右移。
1
1
1
1
4位异步二进制计数器(74LS93)
电路特点: 74LS93是一个MSI.模2×8进制计数器。从电路形式上看,第1 个FF为2进制,第2~4个FF是8进制计数器。采用两个时钟脉冲 CPA,CPB,有2个复位输入端,为方便灵活使用。
46
74LS93应用
用74LS93构成模16计数器。 将QA(第一级FF输出)作为CPB 使用,成为模16计数器。
(4)将驱动方程分别代入J-K FF的特性方程:
001 000 (2)时序电路的输出为Q3Q2Q1
(3)各FF的驱动方程: J1=Q3 K1=1 J2=1 K2=1 J3=Q2Q1 K3=1
时序逻辑电路
则,称为异步时序逻辑电路。
2
1.1 时序逻辑电路的分析
时序逻辑电路分析步骤为 根据电路,写出每个触发器的驱动方程(即触发器输入端逻辑函数表
达式)、电路的输出方程、每个触发器的时钟方程(即CP脉冲逻辑 函数表达式),如果是同步时序逻辑电路则可不写时钟方程。 将各触发器的驱动方程代入相应触发器的特性方程,得到各触发器的 状态方程(即各触发器次态 Qn1 的逻辑函数表达式)。 根据状态方程和输出方程,列出逻辑状态转换真值表或画出状态转换 图或画出时序波形图,以直观地反映该时序逻辑电路的状态变化规律。 若电路存在着无效状态(即电路未使用的状态),应检查电路能否自 启动。 文字叙述该时序逻辑电路的逻辑功能。
74LS192、74LS290等。现以74LS161为例,介绍其功能特点及
其应用。
74LS161为集成四位同步二进制加法计数器,其引脚图和逻辑
符号如图1.12所示。
11
4
2. 移位寄存器
移位寄存器除具有寄存数码的功能外还具有移位的功能。移位
功能是指在移位脉冲作用下使寄存器所存放的数码向左或向右逐位移
动。通过对数码的移位,可以实现数据的串行-并行的相互转换、数
值的运算及数据处理等。
5
1.3 计数器
数字电路中使用最多的时序逻辑电路就是计数器。计数器的应
用十分广泛,不仅能用于记录时钟脉冲的个数,还可用于分频、定时、
出C为进位信号。
7
该计数器的状态转换表如表1.5所示。
8
该三位二进制加法计数器的时序波形图如图1.8所示。
9
2. 十进制计数器
在十进制计数器中,广泛采用的是用四位二进制数表示一位十
进制数,即用四位二进制计数器构成一位十进制计数器,通常也称这
时序逻辑电路实验报告总结
时序逻辑电路实验报告总结
时序逻辑电路实验对于学习数字电路和计算机系统设计非常重要。
本次实验包括了基础的时序逻辑电路设计、时钟的设计、计数器和状态机等实验。
在实验过程中,我学习了如何使用Verilog进行时序逻辑电路设计,掌握了时序逻辑电路的思维方法和设计技巧。
本次实验需要我们使用FPGA进行验证,这为我们提供了设计的实时反馈。
在实验中,我学习了如何使用FPGA工具链进行开发和编程,了解了FPGA的工作原理和应用场景。
同时,我还了解到了不同类型的FPGA,如基于SRAM和基于FLASH的FPGA,并了解了它们的特点和应用。
总的来说,时序逻辑电路实验是一个非常重要的实验课程,它深入了解数字电路和计算机系统设计的基础原理和方法。
通过本次实验,我不仅掌握了基本的时序逻辑电路设计方法,还学会了使用FPGA开发工具进行电路开发和调试。
这对我今后的学习和工作都有很大的帮助。
时序逻辑电路报告心得体会
时序逻辑电路报告心得体会时序逻辑电路是一种重要的逻辑电路设计方法,它能够对数字信号的状态和时序进行精确的控制和处理。
通过学习和实践,我对时序逻辑电路有了更深刻的理解,并且在报告中总结了以下的心得体会。
首先,时序逻辑电路能够实现复杂的功能。
通过组合逻辑门和时钟信号的组合,我们可以设计出各种各样的功能电路,如计数器、状态机等。
这些电路可以完成复杂的运算和控制任务,大大提高了电路的灵活性和可扩展性。
掌握时序逻辑电路设计的基本原理和方法,是电子工程师必不可少的能力之一。
其次,时序逻辑电路的设计需要考虑时序和时钟信号。
时序逻辑电路的设计是基于时钟信号的,时钟信号决定了电路的时序、稳定性和正确性。
在设计过程中,我们需要考虑时钟信号的频率、占空比和延时等因素,以确保电路的正确运行。
此外,时序逻辑电路还需要考虑时序逻辑的正确性,即确保电路在特定的时钟脉冲到来时,能够按照所需的时序进行操作。
再次,时序逻辑电路设计需要分析和优化。
在设计时序逻辑电路时,我们需要对电路的逻辑功能进行分析和优化,以提高电路的性能和效率。
通过使用适当的逻辑门、触发器和组合逻辑器件,我们可以减少电路的延时和功耗,提高电路的速度和稳定性。
此外,我们还可以通过优化时序逻辑电路的布局和连接方式,进一步提高电路的可靠性和可维护性。
最后,时序逻辑电路设计需要进行验证和测试。
设计好的时序逻辑电路需要进行验证和测试,以确保其功能和性能符合设计要求。
我们可以使用仿真软件进行电路的仿真和验证,检查电路的运行状态和波形,以及探索电路的健壮性和稳定性。
此外,我们还可以使用实际的硬件进行电路的测试,验证电路的实际运行情况和优化空间。
通过对时序逻辑电路的学习和实践,我深刻认识到了时序逻辑电路在数字电路设计中的重要性和应用广泛性。
掌握时序逻辑电路设计的基本原理和方法,对于电子工程师来说是非常重要的。
在今后的学习和工作中,我将继续深入学习时序逻辑电路的相关知识,不断提高自己的设计能力,以应对更为复杂的电路设计和工程问题。
实验五--时序逻辑电路实验报告
实验五时序逻辑电路(计数器和寄存器)-实验报告一、实验目的1.掌握同步计数器设计方法与测试方法。
2.掌握常用中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法。
二、实验设备设备:THHD-2型数字电子计数实验箱、示波器、信号源器件:74LS163、74LS00、74LS20等。
三、实验原理和实验电路1.计数器计数器不仅可用来计数,也可用于分频、定时和数字运算。
在实际工程应用中,一般很少使用小规模的触发器组成计数器,而是直接选用中规模集成计数器。
2.(1) 四位二进制(十六进制)计数器74LS161(74LS163)74LSl61是同步置数、异步清零的4位二进制加法计数器,其功能表见表5.1。
74LSl63是同步置数、同步清零的4位二进制加法计数器。
除清零为同步外,其他功能与74LSl61相同。
二者的外部引脚图也相同,如图5.1所示。
表5.1 74LSl61(74LS163)的功能表清零预置使能时钟预置数据输入输出工作模式R D LD EP ET CP A B C D Q A Q B Q C Q D0 ××××()××××0 0 0 0 异步清零1 0 ××D A D B D C D D D A D B D C D D同步置数1 1 0 ××××××保持数据保持1 1 ×0 ×××××保持数据保持1 1 1 1 ××××计数加1计数3.集成计数器的应用——实现任意M进制计数器一般情况任意M进制计数器的结构分为3类,第一类是由触发器构成的简单计数器。
第二类是由集成二进制计数器构成计数器。
第三类是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。
第一类,可利用时序逻辑电路的设计方法步骤进行设计。
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同步时序逻辑电路的分析
④ 写出状态转换表
状态转换表
Qn 1 Qn+13 Qn+1 2 Qn+11 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 Y 0 0 0 0 0 0 1 1
Qn3 0 0 0 0 1 1 1 1
器件实例:74LS194 左/右移,并行输入,保持,异步
置零等功能
30
6.3.1、移位寄存器 (代码在寄存器中左右移动)
SQ1 S1S0 Q1 S1S0 Q0 S1S0Q2 S1S0 D1
S1 S1
S0
S0
RQ1 SQ1 Q1n1 SQ1
通过控制S1,S0 就可以选择194的工作状态
D边沿触发器是最简单的数据寄存器。在 CP脉冲作用下, 它能够寄存一位二进制代码。
当 D=0时,在CP脉冲的边沿将 0寄存在 D触发器中;
当 D=1时,在CP脉冲作用下将 1寄存在 D触发器中。 24
6.3.1 常用的时序逻辑电路-寄存器
一、寄存器: ①用于寄存一组二值代码,N位寄存器由N个触发器组成, 可存放一组N位二值代码 ②只要求其中每个触发器可置1,置0
第六章 时序逻辑电路
1
第六章 时序逻辑电路
6.1 概述
6.2 时序逻辑电路的一般分析方法
6.3 若干常用的时序逻辑电路
6.4 时序逻辑电路的设计方法
2
6.1 概 述 一、 时序逻辑电路特点
1.
功能上:任何一个时刻的输出状态不仅取决于该时刻的输入
信号,还与电路原来的状态有关。 例如: 串行加法器,两个多位数由高到低依次相加。
21
6.2.2
同步时序逻辑电路分析
6、画波形图
CP Q0 Q1
Q2
22
6.3 常用的时序逻辑电路-寄存器
一、数据寄存器 二、移位寄存器 三、集成寄存器
23
6.3.1 常用的时序逻辑电路-寄存器
一、寄存器: ① 用于寄存一组二值代码,N位寄存器由N个触发器组成, 可存放一组N位二值代码 ② 只要求其中每个触发器可置1,置0
② 写出输出方程为 Y=Q2Q3
J3=Q1n Q2n ,K3=Q2n n 1 n n ③ 代入JK触发器的特征方程 Q JQ KQ 中,得状态方程为:
Q1n+1=Q2Q3 Q1 Q2n+1=Q1 Q2 + Q1Q3 Q2 Q3n+1=Q1Q2Q3 + Q2Q3 12
例题中电路无输入变量,次态和输出只取决于电路的初态,设初态 为Q3Q2Q1=000,代入其状态方程及输出方程,得: Q1n+1= 0 • 0 • 0 =1 • 1=1 Q2n+1= 0 • 0 + 0 • 0 • 0=0 Y=0 • 0=0 Q1n+1= 0 • 0 • 1 =0 Q2n+1= 1• 0 + 1 • 0 • 0=1 Q3n+1= 1 • 0 • 0 + 0 • 0=0 再以010为初态,代入得 Q1n+1= 1 • 0 • 0 =0 • 0=1
移位 CP 脉冲
CP 0 1 2 3 4
DI Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1
从CP上升沿开始到输出新状态的建立需要经过一段传输延迟时 间,所以当CP上升沿同时作用于所有触发器时,它们输入端的 状态都未改变。 于是,F1按Q0原来的状态翻转, F2按Q1原来的状态翻转, F3按 Q2原来的状态翻转,同时,输入端的代码存入F0,总的效果是 寄存器的代码依次右移一位。例如在四个CP周期内输入代码依 次为1011, 27
Q0 Q1 Q2 Q3
S0 S1 DIR
CP RD 74LS194 D0 D1 D2 D3 DIL
RD 0 1 1 1 1
S1 X 0 0 1 1
S0 工作状态 X 置零 0 保持 1 右移 0 左移 1 并行输入
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6.3.1、移位寄存器 (代码在寄存器中左右移动)
扩展应用 (四位 八位)
并行数据输入
② 写出输出方程为 Y=Q2Q3
J3=Q1n Q2n ,K3=Q2n
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同步时序逻辑电路的分析
③ 写出状态转换表
状态转换表
J2 0 1 0 1 0 1 0 1 k2 0 1 0 1 1 1 1 1 J3 K3 Qn+1 3 Qn+1 2 Qn+1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 Y 0 0 0 0 0 0 1 1
8
同步时序逻辑电路的分析
分析:找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CP作用下,电路的次态和输出。 一般步骤 :
5. 根据状态转换表,画出状态转换图。
9
例1
1
1J C1F1 1K
Q1
1J F2 C1 & 1K
Q2
1J F3 C1 1K
Q3 33
&
1
Y
CP
① 写电路的驱动方程: J1=Q2nQ3n ,K1=1 J2=Q1n ,K2=Q1n Q3n
/1 111
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同步时序逻辑电路的分析
000 /1 111 /0 /1 110 /0 101 /0 100 001 /0 010 /0 011 /0
每经过七个时钟触发脉冲以后输出端 Y从低电平跳变为高电平, 且电路的状态循环一次。
若电路初态为111,代入方程得: Q3Q2Q1=000,Y=1 ,经一个 CP作用后仍能进入有效状态,这叫计数器具有自启动能力。 逻辑功能: 电路具有对时钟信号进行计数的功能,且计数容量 等于七,称为七进制计数器。 16
2. 将驱动方程代入触发器的特性方程,得到触发器状 态
3. 从给定电路写出输出方程
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同步时序逻辑电路的分析
分析:找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CP作用下,电路的次态和输出。 一般步骤 :
4. 若将任何一组输入变量及电路初态的取值代入状 态方程和输出方程,即可算得电路次态和输出值: 以得到的次态作为新的初态,和这时的输入变量取 值一起,再代入状态方程和输出方程进行计算,又 可得到一组新的次态和输出值。如此继续,将结果 列为真值表形式,便得到状态转换表。
与X、Q有关 仅取决于电路状态
5
6.2 时序逻辑电路分析方法
分析步骤
同步时序逻辑电路分析举例
6
同步时序逻辑电路的分析
分析:找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CP作用下,电路的次态和输出。
一般步骤 : 1. 从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程 (触发器输入的逻辑式),得到整个电路的驱动方程
6.3.1、移位寄存器 (代码在寄存器中左右移动)
1、具有存储和移位的功能
串行 DI 输入 FF0 1D C1 并 出 Q0 行 FF1 1D C1 Q1 FF2 1D C1 Q2 FF3 1D C1 输 Q3 DO串行 输出
移位 CP 脉冲
经过4个CP信号后,串行输入的四位代 码全部移入了移位寄存器,并在四个输 出端得到并行输出代码。利用移位寄存 器可实现代码的串行—并行转换。若再 加4个CP信号,寄存器中的四位代码还 可以从串行端依次输出。 28
2. 电路结构上: ① 包含存储电路和组合电路 ② 存储器状态和输入变量共同决定输出
3
6.1 概 述 二、 时序电路的一般结构形式与功能描述方法
x1 xn 输入信号 组合逻辑电路
y1 yi
q1
qk 存储电路的 输出信号 存储电路
z1
zj
输出信号
存储电路的 输入信号
Z = G(X,Qn) Qn+1= H(Z,Qn)
Qn3 0 0 0 0 1 1 1 1
11
Qn2 0 0 1 1 0 0 1 1
Qn1 0 1 0 1 0 1 0 1
J1 1 1 1 1 1 1 0 0
k1 1 1 1 1 1 1 1 1
例1
1
1J F1 C1 1K
Q1
1J F2 C1 & 1K
Q2
1J F3 C1 1K
Q3 33
&
1
Y
CP
① 写电路的驱动方程: J1=Q2nQ3n ,K1=1 J2=Q1n ,K2=Q1n Q3n
例1
74 LS 75 cp 高电平期间, Q 随D 改变
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6.3.1 常用的时序逻辑电路-寄存器
例2
74 LS 175 CP 将存入D0-D3 , 与此前后 的状态无关, 有异步置 0 功能
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.3.1、移位寄存器 (代码在寄存器中左右移动)
1、具有存储和移位的功能
串行 DI 输入 FF0 1D C1 并 出 Q0 行 FF1 1D C1 Q1 FF2 1D C1 Q2 FF3 1D C1 输 Q3 DO串行 输出
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6.2.2
5.画状态图
同步时序逻辑电路分析
101
Q2Q1Q0
/1 111
000 /1
/0
001
/0
010 /0 /1
/1 110
100
/0
011
20
6.2.2
同步时序逻辑电路分析
可以看出,000、001、010、011、100这五个
状态构成了一个循环,即每输入五个脉冲就
循环一周,通常这种时序逻辑电路称为五进 制计数器,并且这五种状态称为有效状态, 其余的三种状态称为无效状态。如果设初态 为111(无效状态),经一个CP作用后仍能进 入有效状态,这叫计数器具有自启动能力。