时序逻辑电路
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。
时序逻辑电路的概念
时序逻辑电路的概念时序逻辑电路是一种数字电路，其特点是输出不仅取决于当前的输入，还与之前的输入状态有关。
在时序逻辑电路中，存储器是核心元件，用于存储之前的状态信息。
根据存储器的工作方式，时序逻辑电路可分为反馈型和计数型两种基本类型。
一、时序逻辑电路的基本概念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。
这种电路通常由组合逻辑电路和存储器两部分组成。
组合逻辑电路用于实现逻辑功能，而存储器则用于存储之前的输入状态。
时序逻辑电路的特点包括以下几个方面：状态寄存器：时序逻辑电路中包含一个或多个状态寄存器，用于存储当前的状态信息。
状态寄存器能够将当前的输入状态转化为输出状态，同时将输出状态反馈回组合逻辑电路的输入端。
记忆功能：时序逻辑电路具有记忆功能，能够对之前的输入状态进行保存。
这种记忆功能可以用于实现各种复杂的逻辑功能，如计数器、序列检测器等。
反馈回路：时序逻辑电路中存在反馈回路，即将输出状态反馈回组合逻辑电路的输入端。
这种反馈机制使得时序逻辑电路具有动态特性，能够根据之前的输入状态和当前的输入状态产生不同的输出状态。
逻辑门：时序逻辑电路中的组合逻辑部分通常由各种逻辑门组成，如与门、或门、非门等。
这些逻辑门用于实现不同的逻辑功能，如运算、比较、控制等。
二、时序逻辑电路的类型根据存储器的工作方式，时序逻辑电路可分为反馈型和计数型两种基本类型。
反馈型时序逻辑电路：在反馈型时序逻辑电路中，输出状态会反馈回组合逻辑电路的输入端，并通过与当前输入进行运算产生新的输出状态。
这种类型的时序逻辑电路通常用于实现各种控制功能，如定时器、振荡器等。
计数型时序逻辑电路：在计数型时序逻辑电路中，输出状态会随着时间的变化而自动更新。
这种类型的时序逻辑电路通常用于实现计数器、分频器、序列检测器等应用。
三、时序逻辑电路的设计方法设计时序逻辑电路的方法包括以下步骤：定义输入和输出：首先确定时序逻辑电路的输入和输出信号，包括时钟信号、数据输入信号、控制信号等。
简述时序逻辑电路的工作原理及特点
简述时序逻辑电路的工作原理及特点摘要：一、时序逻辑电路的定义与分类二、时序逻辑电路的工作原理1.组合逻辑电路2.时序逻辑电路三、时序逻辑电路的特点1.存储信息能力2.响应速度3.可靠性四、时序逻辑电路的应用领域五、总结正文：一、时序逻辑电路的定义与分类时序逻辑电路是一种电子电路，具有存储和处理时序信息的能力。
根据电路的功能和结构，时序逻辑电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
组合逻辑电路：组合逻辑电路是一种不考虑信号传输时间的电路，其输出仅依赖于当前时刻的输入。
时序逻辑电路：时序逻辑电路是一种考虑信号传输时间的电路，其输出不仅与当前时刻的输入有关，还与过去的输入状态有关。
二、时序逻辑电路的工作原理1.组合逻辑电路组合逻辑电路主要完成逻辑运算和逻辑处理，如与、或、非、与非、或非等操作。
组合逻辑电路的特点是输出仅依赖于当前时刻的输入，不考虑信号传输时间。
组合逻辑电路的典型应用有加法器、乘法器、编码器、译码器等。
2.时序逻辑电路时序逻辑电路在组合逻辑电路的基础上，增加了存储单元，如触发器、寄存器等。
时序逻辑电路的输出不仅与当前时刻的输入有关，还与过去的输入状态有关。
这使得时序逻辑电路能够处理和存储时序信息，实现对信号的控制和处理。
三、时序逻辑电路的特点1.存储信息能力：时序逻辑电路具有存储和处理时序信息的能力，可以记录和跟踪输入信号的变化。
2.响应速度：时序逻辑电路的响应速度较快，能够迅速地响应输入信号的变化。
3.可靠性：时序逻辑电路具有较高的可靠性，可以在恶劣环境下正常工作。
四、时序逻辑电路的应用领域时序逻辑电路在电子技术、计算机、通信等领域具有广泛的应用。
如触发器在时序电路中的作用，寄存器在计算机中的数据存储，计数器在数字电路中的计数等。
五、总结时序逻辑电路是一种具有存储和处理时序信息能力的电子电路。
通过分析时序逻辑电路的工作原理和特点，我们可以更好地理解和应用这类电路在实际工程中的作用。
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
时序逻辑电路
时序逻辑电路时序逻辑电路是一种在电子数字电路领域中应用广泛的重要概念，它主要用于解决电路中的时序问题，如时钟同步问题、时序逻辑分析等。
本文将详细介绍时序逻辑电路的基础概念、工作原理以及应用。
一、时序逻辑电路的基础概念1、时序逻辑和组合逻辑的区别组合逻辑电路是一类基于组合逻辑门的电路，其输出仅取决于输入信号的当前状态，不受先前的输入状态所影响。
而时序逻辑电路的输出则受到先前输入信号状态的影响。
2、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路通常由时钟、触发器、寄存器等组成。
时钟信号被用于同步电路中的各个部分，触发器将输入信号存储在内部状态中，并在时钟信号的作用下用来更新输出状态。
寄存器则是一种特殊类型的触发器，它能够存储多个位的数据。
3、时序逻辑电路的分类根据时序逻辑电路的时序模型，可将其分为同步和异步电路。
同步电路按照时钟信号的周期性工作，这意味着电路通过提供时钟信号来同步所有操作，而操作仅在时钟上升沿或下降沿时才能发生。
异步电路不同，它不依赖时钟信号或时钟信号的上升和下降沿，所以在一次操作完成之前，下一次操作可能已经开始了。
二、时序逻辑电路的工作原理时序逻辑电路的主要工作原理基于触发器的行为和时钟电路的同步机制。
在时序逻辑电路中使用了一些触发器来存储电路状态，待时钟信号到达时更新输出。
时钟信号提供了同步的机制，确保电路中所有部分在时钟信号到达时同时工作。
触发器的基本工作原理是将输入信号存储到内部状态中，并在时钟信号的作用下，用来更新输出状态。
时钟信号的边沿触发触发器，即在上升沿或下降沿时触发触发器状态的更新。
这意味着在更新之前，电路的状态保持不变。
三、时序逻辑电路的应用1、时序电路在计算机系统中的应用时序逻辑电路在计算机系统中有着广泛的应用。
例如，计算机中的时钟信号可用来同步处理器、主存储器和其他外设间的工作。
此外，电路中的寄存器和触发器也被用于存储和更新信息，这些信息可以是计算机程序中的指令、运算结果或其他数据。
《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。
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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。
时序逻辑电路名词解释
时序逻辑电路名词解释一、时序逻辑电路名词解释所谓时序电路，是指各个元器件的时间参数与电路的工作状态之间存在着有机联系的电路。
可以用分立元件组成的各种实用电路来模拟电子电路中常见的时序关系。
二、时序逻辑电路的组成和特点1。
多谐振荡器：根据周期性排列的规律，在每个周期内有个谐振点，并按此排列规律而形成的多谐振荡器称为多谐振荡器。
2。
由“多谐振荡器”构成的电路：根据“多谐振荡器”的特点，利用与非门和或非门将“多谐振荡器”接成不同的电路。
3。
“石英晶体振荡器”的特点： 1）稳定性高； 2）频率特性好；3）工作范围宽； 4）石英晶体发生器电路的简化。
石英晶体振荡器包括下面几部分：输入回路、反馈网络、放大器、振荡电路及整流、滤波、稳压电路等。
石英晶体振荡器是利用单片石英晶体调节某些电容，使它的电压与频率跟随变化，从而产生出变化的电信号。
为了提高石英晶体振荡器的品质因数，要求负载电阻R_0和电容c_0较小。
4。
存储器： 1）存储器有存储信息的功能，只需少量电能就能保持所存储的信息。
它主要由存储单元和控制单元两部分组成。
2）用单一的半导体材料制成，具有记忆功能。
3）结构简单，体积小。
4）需要电源激励工作。
5）只读存储器。
4。
集成逻辑电路：是一种由许多单独的半导体器件组成的具有专门功能的集成电路。
这些半导体器件包括：门电路、触发器、存储器和微处理器。
1）复合逻辑电路：由“触发器”和“门电路”组成的一种逻辑电路。
2） TTL电路：由双极型三极管和逻辑门构成的一种逻辑电路。
3） CMOS电路：由双极型三极管和逻辑门构成的一种逻辑电路。
4） MIS电路：由“双极型三极管”和“逻辑门”构成的一种逻辑电路。
5）混合逻辑电路：由“门电路”和“触发器”构成的一种逻辑电路。
6） TTL电路加上高阻器后称为TTL集成逻辑电路。
7）将两个或更多的TTL电路加上高阻器后称为TTL门电路。
8）将两个或更多的CMOS电路加上高阻器后称为CMOS集成逻辑电路。
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
时序电路和逻辑电路
时序电路和逻辑电路时序电路和逻辑电路是数字电路中两个重要的概念。
它们在数字系统中起着至关重要的作用，用于处理和控制数字信号的传输和处理。
本文将介绍时序电路和逻辑电路的基本概念、特点和应用。
一、时序电路时序电路是指根据时钟信号来控制电路的工作状态和输出的电路。
时序电路中的各个组件按照时钟信号的脉冲来进行同步操作，从而实现对数据的处理和控制。
时序电路的关键是时钟信号的稳定性和精确性，它决定了电路的工作速度和可靠性。
时序电路一般由触发器、计数器、锁存器等组成。
触发器是最基本的时序电路元件，它能够根据时钟信号的触发来改变其输出状态。
计数器可以对时钟信号进行计数，实现对计数值的控制和输出。
锁存器可以将输入数据保存在内部，直到时钟信号到来时才将数据输出。
时序电路在数字系统中有着广泛的应用。
例如，计算机中的时序电路用于控制指令的执行和数据的读写，以及各种外设的访问和控制。
时序电路还可以用于数字通信系统中的时分多路复用和解调等。
此外，时序电路还常用于各种测量和控制系统中，如自动化生产线和机器人控制系统等。
二、逻辑电路逻辑电路是指根据输入信号的逻辑关系来进行逻辑运算和转换的电路。
逻辑电路中的逻辑门是最基本的逻辑元件，它可以实现逻辑运算的功能，如与门、或门、非门等。
逻辑电路还可以通过多个逻辑门的组合来实现复杂的逻辑运算，如加法器、减法器、多路选择器等。
逻辑电路的输入和输出信号只有两个取值，通常表示为0和1。
0表示低电平或逻辑假，1表示高电平或逻辑真。
逻辑电路根据输入信号的取值进行逻辑运算，然后将结果输出。
逻辑电路的基本特点是具有确定的逻辑关系和固定的逻辑功能。
逻辑电路在数字系统中有着广泛的应用。
例如，计算机中的逻辑电路用于实现算术运算、逻辑运算和控制运算等。
逻辑电路还可以用于数字信号处理系统中的滤波、编码和解码等。
此外，逻辑电路还常用于各种数字显示和计数器等。
三、时序电路与逻辑电路的关系时序电路和逻辑电路在数字系统中密切相关，二者相互依赖、相互作用。
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
名词解释时序逻辑电路
时序逻辑电路介绍时序逻辑电路是现代电子技术中非常重要的一部分，它在数字电子系统中起着至关重要的作用。
本文将深入探讨时序逻辑电路的定义、原理、应用以及设计方法。
什么是时序逻辑电路时序逻辑电路是一种根据输入信号和时钟信号的状态改变来控制输出的电路。
它是由触发器和组合逻辑电路组成的。
触发器是一种具有两个稳定状态（SET和RESET）的多稳态器件，它存储并传递信息。
组合逻辑电路是由逻辑门构成的，用于根据输入信号产生输出信号。
时序逻辑电路的原理时序逻辑电路的行为取决于触发器的状态和输入信号的变化。
触发器的状态可以通过时钟信号进行改变，时钟信号非常重要，因为它将输入信号的改变与触发器的状态转换参数分离开来。
触发器的状态变化遵循一定的时钟信号规律。
比如，典型的触发器有边沿触发器和电平触发器。
前者在时钟的上升沿或下降沿发生状态变化，而后者在时钟的高电平或低电平期间保持状态。
这种状态变化和输入信号的改变相结合，可以实现各种复杂的逻辑功能。
时序逻辑电路的应用时序逻辑电路广泛应用于数字电子系统中，如计算机、通信系统、控制系统等等。
以下是一些常见的应用场景：时钟分频器时序逻辑电路可用于实现时钟分频器，将高频率的时钟信号分频为低频率的信号。
这在很多数字系统中是必需的，例如将高速输入信号转换为适合处理的低速信号。
计数器是一种常见的时序逻辑电路，它用于对输入信号进行计数。
它可以根据时钟信号和触发器的状态，实现二进制、十进制等不同进制的计数。
状态机状态机是一种基于时序逻辑电路的控制器，用于对系统状态的转换和控制。
它可以根据输入信号和当前状态来确定下一状态和输出信号。
状态机广泛应用于数字控制系统、通信系统、自动化系统等领域。
存储器时序逻辑电路可用于构建各种类型的存储器，如寄存器、RAM（Random Access Memory）以及ROM（Read-Only Memory）。
这些存储器用于存储和读取数据，是计算机系统中必不可少的组成部分。
常用时序逻辑电路及其应用
功耗优化
通过优化电路结构和降低工作电压， 减小电路功耗，延长电池寿命。
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集成电路
FPGA和CPLD
现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑 器件，可以通过编程实现时序逻辑电 路，具有灵活性高、可重复编程等优 点。
通过集成电路工艺实现时序逻辑电路， 具有高速、低功耗等优点，但成本较 高。
时序逻辑电路的性能优化
面积优化
在满足功能和性能要求的前提下， 尽量减小电路规模，降低成本。
速度优化
寄存器
总结词
寄存器是一种能够存储二进制数据的电路，它可以保存数据并按照时钟信号的节 拍进行数据的读写操作。
详细描述
寄存器由多个触发器组成，每个触发器存储一位二进制数。在时钟信号的上升沿 或下降沿时，寄存器会将输入的数据保存到触发器中，并在下一个时钟信号的上 升沿或下降沿时将数据输出。寄存器常用于数据的串行传输和并行传输。
02 常用时序逻辑电路
触发器
总结词
触发器是一种具有记忆功能的电路，它能够存储二进制数据，并在特定条件下改变状态。
详细描述
触发器有两个稳定状态，分别表示二进制数的0和1。当触发器的输入信号满足一定条 件时，触发器会从一个状态跳变到另一个状态，并保持该状态直到外部信号改变其状态。
常见的触发器有RS触发器、D触发器和JK触发器等。
常用时序逻辑电路及其应用
目录
• 时序逻辑电路概述 • 常用时序逻辑电路 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的设计与实现
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义
总结词
时序逻辑电路是一种能够存储二进制状态，并按照一定的逻辑关系进行输入和输出的电路。
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
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。
时序逻辑电路的定义
时序逻辑电路的定义时序逻辑电路是一种基于时钟信号进行操作的电路，它根据输入信号的状态变化和时钟信号的边沿触发，在特定的时刻产生相应的输出信号。
时序逻辑电路在数字系统设计中起着重要的作用，它能够实现复杂的计算、存储和控制功能。
本文将从时序逻辑电路的基本概念、设计原则和应用范围等方面进行详细介绍。
一、时序逻辑电路的基本概念时序逻辑电路由触发器、计数器、状态机等基本元件组成。
触发器是最基本的时序逻辑电路元件，它能够存储一个比特的信息，并在时钟信号的作用下按照一定的规则进行状态转换。
计数器是一种特殊的触发器，它能够根据时钟信号的边沿触发，在每个时钟周期内对计数器的值进行加一或减一的操作。
状态机是由一组触发器和组合逻辑电路组成的复杂时序逻辑电路，它能够根据输入信号的变化和时钟信号的触发，在不同的状态之间进行切换，并产生相应的输出信号。
二、时序逻辑电路的设计原则时序逻辑电路的设计需要遵循以下原则：1. 合理选择触发器类型：触发器有很多种类型，如D触发器、JK 触发器、T触发器等。
在选择触发器类型时，需要考虑电路的功能需求、时钟频率和面积等因素，并综合考虑时序逻辑电路的性能和成本等因素。
2. 确定时钟信号：时序逻辑电路的运行是基于时钟信号的，因此选择合适的时钟信号是非常重要的。
时钟信号的频率和占空比需要根据电路的工作频率和响应时间进行合理的设计，以确保电路的稳定性和可靠性。
3. 确定状态转换规则：状态转换规则是时序逻辑电路的关键，它决定了电路在不同状态之间如何切换，并产生相应的输出信号。
在确定状态转换规则时，需要考虑输入信号的变化和时钟信号的触发，以确保电路能够正确地响应输入信号的变化。
4. 进行时序分析和优化：时序逻辑电路的设计需要进行时序分析和优化，以确保电路的正确性和性能。
时序分析主要包括时序约束分析和时序验证，通过对电路的传输延迟、时钟频率和时序关系等进行分析，以确保电路的稳定性和可靠性。
时序优化主要包括时钟树优化、时序合并和时序缩减等，通过对电路的布局、时钟分配和时序逻辑优化，以提高电路的性能和可靠性。
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二、米里型同步时序电路的状态图
状态图是一种反映同步时序电路状态转移规律 和输入、输出取值关系的有向图。在状态图中， 每一个状态用一个圆圈表示，圈内用字母或数 字表示状态的名称，用带箭头的直线或弧线表 示状态转移关系，并把引起这一转移的输入条 件和相应的输出标注在有向线段的旁边。
Mealy型电路状态图的形式如图4.3所示。
一、摩尔型同步时序电路的状态表 摩尔型电路的状态表的格式如表4．3所示。
表4 ．3
原态 (P)
摩尔型同步时序电路状态表
次态(P(n+1)) 输入(X) 输出 (Y)
P
P(n+1)
Y
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考虑到摩尔型电路的输出Y仅与电路的原态P有 关，为了清晰起见，将输出单独作为一列，其 值完全由原态确定,而次态P(n+1)与Mealy型电路 状态表中一样，由输入的组合和现态共同确定； 该表的读法是：当电路处于状态P时，输出为Y； 若输入为 X ，在时钟脉冲 CP 的作用下，电路进 入次态P(n+1)。
第四章
时序逻辑电路
4.1 概 述 4.2 时序逻辑电路的结构及类型 4.3 状态表和状态图 4.4 时序逻辑电路的分析与设计 4.5 常用的时序逻辑电路 本章小节
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4．1
概
述
数字逻辑电路一般分为组合逻辑电路和时序逻 辑电路，通过第二章的学习，我们知道组合逻 辑电路的特点是其稳定输出仅与该时刻电路的 输入状态有关；而时序逻辑电路(简称时序电路) 是其稳定输出不仅与该时刻的输入状态有关， 而且还与过去的输入状态有关的逻辑电路。所 以在时序电路中，除了有反映现在输入状态的 组合电路之外，还应包含能记忆过去状态的存 贮电路。
状态表和状态图
概述 4.3.1 米里（Mealy）型状态表和状态图 4.3.2 摩尔（Moore）型状态表和状态图
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4．3
状态表和状态图
同步 时 序电 路 又可 分 为 米 里 （ Mealy ）型 和 摩尔 （Moore）型两大类。 米里型电路的输出状态不仅与电路的状态有关，同 时还与外输入有关，其输出函数Y可表示为：
图 4.3
米里型电路状态图
图 4.4 例题4.1的状态图
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状态图非常直观，从图上可以清楚地看到状态 的转移条件和方向。 图4.4画出了例题 4.1电路的状态图，从图上可 以看出，当电路处于状态D时，若输入X=0，则 输出Y=1，在时钟脉冲作用下，电路的状态由D 转移到B。
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4.3.2
摩尔（Moore）型状态表和状态图
Yi=fi（X1，…，Xn，P1，…，Pr） i=1，…，m
(4-3-1)
摩尔型电路的输出状态仅与电路的状态有关而与外 输入（或没有外输入）无关，其输出函数 Y 可表示 为： Yi=fi（P1，…，Pr） i=1，…，m (4-3-2)
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上面的表达式虽然能够描述同步时序电路的逻 辑功能，但不能清楚地表达其输入、输出、原 态及次态之间的转移关系，为次我们引入状态 表和状态图，状态表和状态图也是我们分析和 设计时序电路的重要工具。
A B C D
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由表4.2可知，若电路的初始状态为A，当输入 X=1时，其输出Y=1，在时钟脉冲CP的作用下， 电路进入次态D；如接着X由1变为0，则输出为 1，在下一个时钟脉冲CP的作用下，电路进入 次态B，若再输入X=0，则输出仍为1，在再下 一个时钟脉冲CP的作用下，电路进入次态还是 B。依次类推，可得其余的输出和电路的状态。 特别应该注意的是，在此电路的原态与现态是 对某一时刻而言的，该时刻的次态即为下一时 刻的原态。
(a) 同步时序电路的结构框图 图 4.2
(b) 异步时序电路的结构框图 时序逻辑电路
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由于时序电路与组合逻辑电路在结构和性能上 不同，因此在研究方法上两者也有所区别，组 合逻辑电路的分析和设计所用到的工具主要是 真值表，而时序电路的分析和设计所用到的工 具主要是状态表和状态图。
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4．3
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时序电路分为同步时序电路和异步时序 电路两大类。本章重点是系统讨论同步 时序电路的分析和设计方法。对于异步 时序电路，主要讨论脉冲异步时序电路 的分析。
4.2
4.2.1 4.2.2
时序逻辑电路的结构及类型
时序逻辑电路的结构 时序逻辑电路的类型
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4.2.1
时序逻辑电路的结构
(4-2-1) (4-2-2)
4-2-1式称为输出函数，4-2-2式称为控制函数或 激励函数。 时序电路的组合逻辑部分用来产生电路的输出和 激励，存储器件部分用来记忆电路过去的输入情 况。
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4.2.2
时序逻辑电路的类型
时序电路按其工作方式又可分为同步时序电路 和异步时序电路两大类，其结构分别如图4.2(a) 和(b)所示。
例4.1 某同步时序电路，有一个输入X，一 个输出Y，四个状态，即P2P1为00、01、10、11， 分别记为A、B、C、D，其状态表如表4.2所示。
表 4.2 某米里（Mealy）型同步时序电路的状态表
原态 （P） 次态/输出（P(n+1)/Y）
X=0 C/0 B/1 A/0 B/1
X=1 D/1 A/1 D/1 C/1
时序电路一般由组合逻辑、存储器件和反馈回 路三部分构成，如图4.1所示。
图 4.1
时序逻辑电路的结构框图
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其中 X1，…，Xn为外部输入，Y1，…，Ym为外部输 出；P1，…，Pr为内部输入，W1，…，Wr为内部输 出。它们之间的逻辑关系一般表示为：
Yi=fi（X1，…，Xn，P1，…，Pr） i=1，…，m Wj=gj（X1，…，Xn，P1，…，Pr） j=1，…，r
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4.3.1
米里（Mealy）型状态表和状态图
一、米里型同步时序电路的状态表 表4.1所示为米里型同步时序电路的状态表。
表 4.1 米里型同步时序电路的状态表
次态/输出（P(n+1)/Y） 输入(X) 原态 （P）
Pபைடு நூலகம்
P(n+1)/Y
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表格的上方从左到右列出输入X1，…，Xn的全 部组合，表格左边从上到下列出电路的全部状 态P，表格的中间列出对应不同输入组合和原 态下的次态P(n+1)和输出Y；表格的读法是：处 于状态P的时序电路，当输入为X时，其输出为 Y，在时钟脉冲CP的作用下，电路进入次态 P(n+1)。 下面我们通过一个例题来详细说明米里型同步 时序电路的状态表。