时序逻辑电路分析与设计方法
异步时序逻辑电路的分析与设计
异步时序逻辑电路的分析与设计异步时序逻辑电路是一种基于信号的到达时间和时序性的电路设计方法。
与同步时序逻辑电路不同，异步时序逻辑电路中的数据传输和处理不依赖于时钟信号，而是根据输入信号的到达顺序和时序关系来进行操作。
本文将详细介绍异步时序逻辑电路的分析与设计。
异步时序逻辑电路的分析主要包括信号流图的建立和状态表的推导。
首先，通过对输入信号的时序关系进行分析和理解，可以根据具体应用需求建立信号流图。
信号流图是一种图形化表示方式，其中包含了电路中信号的流动方式以及各个元件的逻辑功能。
在建立信号流图时，需要注意信号的输入和输出时间以及逻辑功能的实现方式，这是实现异步时序逻辑电路的关键。
在信号流图的基础上，可以根据信号的到达先后顺序推导状态表。
状态表是对电路中每个元件当前状态和下一状态的描述。
通过观察信号流图，可以确定每个元件在不同状态下的输出值，并利用这些信息进行状态表的推导。
在状态表中，可以列出元件的当前状态和下一状态的取值，并根据逻辑功能的要求来确定元件的控制信号。
异步时序逻辑电路的设计主要涉及到逻辑电路元件的选择和电路的优化。
在异步时序逻辑电路中，常用的逻辑电路元件包括触发器、门电路和编码器等。
根据实际需求，可以选择不同类型的逻辑电路元件来实现电路的逻辑功能。
在设计时，需要注意减少电路的延迟和功耗，提高电路的性能和可靠性。
可以通过选择低延迟的元件、合理布局电路和优化信号传输路径等方式来减小电路的延迟。
另外，可以采用时序检测和冗余检测等方法来增加电路的可靠性。
除了分析和设计，测试和验证是异步时序逻辑电路设计中的重要环节。
可以利用仿真软件对电路进行测试和验证，以确保电路的正确性和性能。
通过仿真可以观察电路的输入输出关系，检测是否存在冲突或错误，并进行合理的调整和优化。
总结起来，异步时序逻辑电路的分析与设计涉及到信号流图的建立、状态表的推导、元件的选择和电路的优化等方面。
通过合理的分析和设计，可以实现复杂的时序逻辑功能，并提高电路的性能和可靠性。
时序逻辑电路设计与分析(完整电子教案)
图8.20具有异步控制端的同步触发器
【训练与提高】
制作一个时钟电路中的分钟校时电路。
工作原理：时钟电路中的分钟校时电路有按键控制，按键按一次（阐述有效信号，打开门电路），门电路输出将改变N次状态，其中N此变化（变化快门）由输入的时钟信号决定。同时该电路中具有秒钟输入信号。其参考电路如下图8.21所示。试搭建调试电路，分析其工作过程。
时序逻辑电路设计与分析（完整电子教案）
8.
触发器(flip flop)是构成时序逻辑电路的基本单元，能记忆、存储一位二进制信息，触发器也称双稳态触发器，它有两种稳定输出工作状态，即分别输出1和输出0的状态。在无输入信号作用时，这种状态是稳定的；而当输入信号到来并满足一定逻辑关系时，输出端的状态将迅速变化，能从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。
三、RS触发器在机械开关去抖上的应用
通常按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小型如图8.6。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。
【训练与提高】
搭建2组按键去抖动电路，并用示波器观察输出结果。
8.
【项目任务】
测试如下电路，改变A、B状态，观察LED1和LED2的变化，并建立真值表。
图8.8测试电路(multisim)
【信息单】
基本RS触发器属于无时钟触发器，触发器状态的变换由 、 端输入信号直接控制。在实际工作中，触发器的工作状态不仅由输入决定，而且还要求触发器按一定的节拍翻转，为此需要加入一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。带有时钟信号的触发器叫时钟触发器，又称同步触发器。
异步时序逻辑电路的分析与设计
异步时序逻辑电路的分析与设计异步时序逻辑电路是指电路中的各个逻辑门的输出不仅仅取决于当前的输入，还取决于先前的输入和输出状态。
与同步时序逻辑电路相比，异步时序逻辑电路具有更高的灵活性和可扩展性。
在本文中，将详细介绍异步时序逻辑电路的分析与设计方法。
首先，异步时序逻辑电路的分析是指通过对电路中各个逻辑门的输入和输出状态进行推导和分析，以获取电路所实现的具体功能和工作原理。
异步时序逻辑电路通常采用状态图或状态转换表来描述其运行过程。
状态图是一个有向图，其中每个节点表示一个状态，而边表示状态之间的转换。
状态转换表则是一种矩阵形式的表示方法，其中行表示当前状态，列表示输入，表格中的元素表示输出和下一个状态的关系。
在进行异步时序逻辑电路的设计之前，通常需要明确电路所要实现的功能和要求。
在设计过程中，需要通过一系列的步骤来完成。
第一步是确定输入和输出信号的数量和类型。
输入信号是电路用来接收外部输入的信号，而输出信号是电路的输出结果。
在这一步骤中，需要明确输入和输出信号所能取的值范围以及其对应的功能。
第二步是确定状态的数量和类型。
在异步时序逻辑电路中，状态是指电路在不同时间点的输出和输入的组合。
状态的数量和类型决定了电路的复杂程度和所能实现的功能。
第三步是绘制状态图或状态转换表。
通过绘制状态图或状态转换表，可以清晰地描述电路的工作原理和功能。
其中，状态图可以直观地表示状态之间的转换关系，而状态转换表则更加直观地表示输入输出和状态的关系。
第四步是推导逻辑表达式。
通过推导逻辑表达式，可以将电路的功能转化为逻辑门的连接方式。
在这一步骤中，可以通过布尔代数和卡诺图等方法来简化逻辑表达式，以减少电路的复杂性和成本。
第五步是选取逻辑门类型。
逻辑门是构成异步时序逻辑电路的基本元件，它决定了电路的工作速度和功耗。
在选择逻辑门类型时，需要考虑到电路的功能和性能要求，以及逻辑门的延迟时间和功耗等特性。
第六步是进行逻辑门的连接和布线。
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一类通过内部的记忆元件来实现存储功能的数字电路，它能够根据输入信号的时序变化来决定输出信号的状态。
常见的时序逻辑电路包括时钟发生器、时钟分配器、触发器、计数器等。
在设计时序逻辑电路时，需要考虑到电路的功能要求、时序要求、稳定性和可靠性。
本文将介绍时序逻辑电路的设计方法。
1.确定功能要求：首先需要明确时序逻辑电路的功能要求，即输入信号和输出信号之间的逻辑关系。
可以通过真值表、状态转换图、状态方程等方式进行描述。
根据功能要求，可以确定电路中需要使用到的逻辑门、触发器等元件。
2.确定时序要求：在时序逻辑电路中，输入信号的变化必须满足一定的时序要求，通常需要使用时钟信号来进行同步控制。
时钟信号是一个周期性的信号，控制电路在时钟的上升沿或下降沿进行状态的改变。
时序要求还包括时序逻辑电路在不同输入组合下的稳态和状态转换时的时间要求。
3.设计电路结构：根据功能要求和时序要求，可以确定时序逻辑电路的整体结构。
电路结构的设计包括将逻辑元件(例如逻辑门、触发器)按照特定的方式连接起来，以实现所需的功能。
常见的电路结构包括级联结构、并行结构、环形结构等。
4.选择逻辑元件：根据电路的功能和时序要求，选择合适的逻辑元件来实现电路的功能。
常见的逻辑元件包括与门、或门、非门、异或门等。
触发器是时序逻辑电路的核心元件，常用的触发器包括D触发器、JK触发器、T触发器等。
5.进行逻辑功能实现：将所选择的逻辑元件按照电路结构进行连接，并完成时序逻辑电路的逻辑功能实现。
这一步可以使用绘图工具进行电路图的绘制，也可以通过硬件描述语言(HDL)进行电路的逻辑设计。
6.时序优化：对设计的时序逻辑电路进行时序优化。
时序优化可以通过调整逻辑元件的连接方式、引入时序优化电路等方式来提高电路的性能和可靠性。
时序优化的目标是尽可能满足时序要求，减少信号传输延迟和功耗。
7.进行电路仿真和验证：对设计的时序逻辑电路进行仿真和验证。
时序逻辑电路的设计与实现
时序逻辑电路的设计与实现时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，它可以根据输入信号的变化和先后顺序，产生相应的输出信号。
本文将介绍时序逻辑电路的设计与实现，并探讨其中的关键步骤和技术。
一、概述时序逻辑电路是根据时钟信号的变化产生输出信号的电路，它可以存储信息并根据特定的时序条件进行信号转换。
常见的时序逻辑电路包括触发器、计数器、移位寄存器等。
二、时序逻辑电路的设计步骤1. 确定需求：首先需要明确所要设计的时序逻辑电路的功能和性能需求，例如输入信号的种类和范围、输出信号的逻辑关系等。
2. 逻辑设计：根据需求，进行逻辑设计，确定逻辑门电路的组合方式、逻辑关系等。
可以使用真值表、状态转换图、状态表等方法进行设计。
3. 时序设计：根据逻辑设计的结果，设计时序电路，确定触发器的类型和触发方式，确定时钟信号的频率和相位，以及信号的启动和停止条件等。
4. 电路设计：将逻辑电路和时序电路整合，并进行布线设计。
通过选择合适的器件和元器件，设计稳定可靠的电路。
5. 功能验证：对设计的时序逻辑电路进行仿真验证，确保电路的功能和性能符合设计要求。
三、时序逻辑电路的实现技术1. 触发器：触发器是时序逻辑电路的基本组成部分，常见的触发器有RS触发器、D触发器、T触发器等。
通过组合和串联不同类型的触发器，可以实现不同的功能。
2. 计数器：计数器是一种特殊的时序逻辑电路，用于计数和记录输入脉冲信号的次数。
常见的计数器有二进制计数器、十进制计数器等。
3. 移位寄存器：移位寄存器是一种能够将数据向左或向右移位的时序逻辑电路。
它可以在输入端输入一个位串，随着时钟信号的变化，将位串逐位地向左或向右移位，并将移出的位存储起来。
四、时序逻辑电路的应用领域时序逻辑电路广泛应用于数字系统中，例如计算机中的控制单元、存储器等。
它们在数据处理、信息传输、控制信号处理等方面发挥着重要作用。
总结：时序逻辑电路的设计与实现是一项复杂而重要的任务。
在设计过程中，需明确需求、进行逻辑设计和时序设计，并通过合适的触发器、计数器和移位寄存器等元件来实现功能。
时序逻辑电路的分析和设计
莫尔型同步时序 电路。 2. 写出各触发器 的驱动方程。
n J 0 K 0 Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J
Q1 &
≥1 1J
FF2
Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J ＞C1 ＞C
1 1K Q2
输 入 信 号
1K
1K
Y0 A1 74139Y1 A0 Y2 Y3
n n n n n Q0 1 Q2 Q0 Q2 Q0
n n Q1n1 Q0 Q1n Q0 Q1n
n n n n n n Q2 1 (Q1nQ0 Q2 )Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
n n n n n Q2 1 Q1nQ0 Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
Q
n
=1
1
Y=Q2Q1
n 1 1J 1J
n Q2 1
n 1 Q 1K Q2 1 X1K Q1n Q Q2 1X Q1 Q n 2 3.求出电路状态方程。 & n
1 2
＞C ＞C1
＞C ＞C1
输 出 信 号 n
Qn1 JQ n KQn ＞C
1J
Q2
n 1
n n X Q1 Q2
Q Q
1
1 0
n +1 1
3
第六章
1、组合电路：
概
述
时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。 逻辑电路可分为 两大类：
由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。 电路的输出仅仅与当时的输入有关。
2、时序电路：
延迟元件或触发器
存储电路，因而具有记忆能力。 电路的输出不仅与当时的输入有关，而且 还与电路原来的状态有关。
时序逻辑电路的分析方法
序逻辑电路则把 CP 信号作为一个变量来处理。 3.用已有的数器。当 M 》N 时，用 1 片 M 进制计数器采取反馈清零法或反馈置数法跳过 M-N 个 状态，而得到 N 进制计数器。当 M 《N 时，用多片 M 进制计数器组合起 来，构成 N 进制计数器，各级之间的连接方式可分为并行进位、串行进位、 整体反馈清零和整体反馈置数等几种方式。
时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路基本分析步骤： 1、写方程式 （1）输出方程。时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态的 函数。 （2）驱动方程。各触发器输入端的逻辑表达式。 （3）状态方程。将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，便得到 该触发器的次态方程。时序逻辑电路的状态方程由各触发器次态的逻辑表达 式组成。 2、列状态转换真值表 将外输入信号和现态作为输入，次态和输出作为输出，列出状态转换 真值表。
3、逻辑功能的说明 根据状态转换真值表来说明电路的逻辑功能。 4、画状态转换图和时序图 状态转换图：电路由现态转换到次态的示意图。 时序图：在时钟脉冲 CP 作用下，各触发器状态变化的波形图。 时序逻辑电路的设计： 1.时序电路的设计是根据要求实现其逻辑功能，先作出原始状态图或 原始状态表，然后进行状态化简（状态合并）和状态编码（状态分配），再求 出所选触发器的驱动方程、时序电路的状态方程和输出方程，最后画出设计 好的逻辑电路图。 2.在设计同步时序逻辑电路时，把 CP 信号作逻辑 1 处理，对异步时
《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
感谢观看
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。
6.1-6.2 时序逻辑电路分析
Y
二、状态转换图： 将状态转换表以图形的方式 直观表示出来，即为状态转换图
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1
0 0 0 0 1 1 1 0 1 0
0 0 1 1 0 0 1 0 1 0
0 1 0 1 0 1 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 1 0 1 0
循环状态之外的状态在时钟信号的作用下， 都能进入状态转换图中的循环状态之中，具有 这种特点的时序电路叫做能自启动的时序电路。 电路为七进制计数器，能自启动。
0 1 1 0 0 1 0 0
1 0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 1
状态转换表的另一种形式
CLK Q3 Q2 Q1 Y
Q3 Q2 Q1
* * Q3 Q2 Q1* Y
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 0 1Q1 Q2 * Q1Q2 Q1Q3Q2 Q * Q Q Q Q Q 1 2 3 2 3 3
(3)输出方程：
Y Q2Q3
6.2.2 时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、和时 序图 从逻辑电路的三个方程还不能一目了然看出电路 的功能。
例 试分析图示的时序逻辑电路的逻辑功能，写出它的 驱动方程、状态方程和输出方程，写出电路的状态转 换表，画出状态转换图和时序图。输入端悬空时等效 为逻辑1。
解：(1) 驱动方程： J1 (Q2Q3 ), K1 1 K 2 (Q1Q3 ) J 2 Q1 , J QQ , K 3 Q2 1 2 3
同步时序电路
异步时序电路
米利（Mealy）型时序电路
按输出信号的特点 穆尔(Moore)型时序电路 米利（Mealy）型电路：输出信号取决于存储电路 的状态和输入变量。 穆尔(Moore)型电路：输出信号仅取决于存储电路 的状态。 穆尔(Moore)型电路是米利（Mealy）型电路的一 种特例。
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
数字电子技术时序逻辑电路PPT
写驱动方程： J 0 K 0 1
J1 J2
Q3 K2
1
K1
1
J 3 Q1Q2
K3 1
写状态方程：
Q0n1 QQ1n2n11
n
Q0
Q3
n
Q2
n
Q1
（CP0 下降沿动作） （Q0 下降沿动作） （Q1下降沿动作）
Q3n 1
Q1Q2
画时序图： 该电路能够自启动。
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。
[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。
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：
Q3n（Q0
下降沿动作）
列状态转换表：
画状态转换图：
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
图5-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图
图5-2所示为双2位寄存器74LS75的逻辑图。当 CPA = 1时，
送到数据输入端的数据被存入寄存器，当CPA =0时，存入
寄存器的数据将保持不变。
2n-1 M 2n
然后给电路的每一种状态分配与之对应的触发器状态组合。
4）确定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动方程 和输出方程。 确定触发器类型后，可根据实际的状态转换图求出电路的状 态方程和输出方程，进而求出电路的驱动方程。
5）根据得到的驱动方程和输出方程，画出相应的逻辑图。
6) 判断所设计的电路能否自启动。
1.同步计数器 1)同步二进制计数器
时序逻辑电路的设计与时序分析方法
时序逻辑电路的设计与时序分析方法时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，用于处理按时间顺序发生的事件。
它在各种电子设备中被广泛应用，例如计算机、通信设备等。
本文将介绍时序逻辑电路的设计原理和常用的时序分析方法。
一、时序逻辑电路的设计原理时序逻辑电路是根据输入信号的状态和时钟信号的边沿来确定输出信号的状态。
它的设计原理包括以下几个方面：1. 状态转移：时序逻辑电路的状态是通过状态转移实现的。
状态转移可以使用触发器实现，触发器是一种存储元件，能够存储和改变信号的状态。
常见的触发器有D触发器、JK触发器等。
2. 时钟信号：时序逻辑电路中的时钟信号是控制状态转移的重要信号。
时钟信号通常为周期性的方波信号，它的上升沿或下降沿触发状态转移操作。
3. 同步与异步：时序逻辑电路可以是同步的或异步的。
同步电路通过时钟信号进行状态转移，多个状态转移操作在同一时钟周期内完成。
异步电路不需要时钟信号，根据输入信号的状态直接进行状态转移。
二、时序分析方法时序分析是对时序逻辑电路的功能和性能进行分析的过程，它可以帮助设计人员检查和验证电路的正确性和可靠性。
以下是几种常用的时序分析方法：1. 序时关系图：序时关系图是一种图形表示方法，它直观地显示了输入信号和输出信号之间的时间关系。
通过分析序时关系图，可以确定电路的特性，例如最小延迟时间、最大延迟时间等。
2. 状态表和状态图：状态表是对时序逻辑电路状态转移过程的描述表格，其中包括当前状态、输入信号和下一个状态的对应关系。
状态图是对状态表的图形化表示，用图形的方式展示状态和状态转移之间的关系。
3. 时钟周期分析：时钟周期分析是对时序逻辑电路的时钟频率和时钟周期进行分析，以确保电路能够在规定的时钟周期内完成状态转移操作。
常用的时钟周期分析方法包括最小周期分析和最大频率分析。
4. 时序仿真：时序仿真是通过计算机模拟时序逻辑电路的行为来验证电路的功能和性能。
通过输入不同的信号序列，可以观察和分析电路的输出响应，以判断电路设计是否正确。
时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路的分析方法1.时序图分析时序图是描述时序逻辑电路中不同信号随时间变化的图形表示。
时序图分析方法是通过绘制输入输出信号随时间变化的波形图，来观察信号之间的时序关系。
时序图分析的步骤如下：1)根据电路的逻辑功能，确定所需的时钟信号和输入信号。
2)根据电路的逻辑关系，建立出波形图的坐标系，确定时间轴和信号轴。
3)按照时钟信号的不同变化情况（上升沿、下降沿），在波形图中绘制相应的路径。
4)观察各个信号之间的时序关系，分析电路的逻辑功能和输出结果。
时序图分析方法的优点是直观、简单，可以清楚地显示信号的时序关系。
但它对于复杂的电路设计来说，图形绘制和分析过程相对繁琐，需要一定的经验和技巧。
2.状态表分析状态表分析方法是通过定义不同输入信号下的状态转移关系，来描述时序逻辑电路的行为。
状态表可以用表格的形式表示，其中包含了输入信号、当前状态、下一个状态和输出信号等信息。
状态表分析的步骤如下：1)根据电路的逻辑功能和输入信号，列出电路的状态转移关系。
2)构建状态表，定义不同输入信号下的状态转移关系和输出信号。
3)根据状态表，逐步推导出电路的状态转移路径和输出结果。
状态表分析方法的优点是逻辑严谨、结构清晰，适用于对于复杂的状态转移关系进行分析和设计。
但它对于大规模的电路设计来说，状态表会非常庞大，而且容易出现错误，需要仔细的计算和推导。
3.状态图分析状态图分析方法是通过绘制状态转移图，来描述时序逻辑电路中状态之间的转移关系。
状态图是由状态、输入信号、输出信号和状态转移路径等构成。
状态图分析的步骤如下：1)根据电路的逻辑功能和输入信号，确定电路的状态和状态转移关系。
2)构建状态图，按照状态的转移路径和输入信号绘制状态图。
3)根据状态图，分析电路的逻辑功能和输出结果。
状态图分析方法的优点是直观、清晰，可以清楚地描述状态之间的转移关系。
它可以帮助设计者对于电路的状态转移关系进行分析和调试。
但状态图也会随着电路规模的增大而变得复杂，需要仔细分析和理解。
时序电路分析和设计
时序电路的基本组成
触发器
触发器是时序电路的基本单元，用于 存储二进制状态。常见的触发器类型 包括RS触发器、D触发器和JK触发器 等。
输入和输出
存储元件
存储元件用于存储触发器的状态，常 见的存储元件包括寄存器和移位器等。
时序电路具有输入和输出端，用于接 收和输出信号。
时序电路的特点与功能
特点
时序电路具有记忆功能、输出状态不 仅取决于当前输入还与之前状态有关 、具有时钟信号控制等。
器等。
优化策略
资源共享
通过共享逻辑门和触发器等硬件资源，减少电路规模 和功耗。
流水线设计
将时序电路划分为多个阶段，每个阶段执行一个或多 个功能，以提高工作频率和吞吐量。
动态功耗管理
根据电路的工作模式和负载情况，动态调整时钟频率、 电压等参数，以降低功耗。
硬件资源利用与性能评估
资源利用率
评估时序电路对硬件资源的占用情况，包括逻辑 门、触发器、存储器等。
时序电路分析和设计
• 时序电路概述 • 时序电路分析 • 时序电路设计 • 时序电路的实现与优化 • 时序电路的应用与发展
01
时序电路概述
时序电路的定义与分类
பைடு நூலகம்定义
时序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，还与之前的输入序列有关 。
分类
根据结构和功能的不同，时序电 路可分为同步时序电路和异步时 序电路。
功能性分析
01
02
03
输入输出关系
分析电路的输入和输出信 号之间的关系，确定电路 的功能。
逻辑功能
根据输入输出关系，确定 电路实现的逻辑功能，如 与门、或门、非门等。
功能验证
数电 第6章时序电路
J2
* 1 ' 1 ' 0
K '2
' 1 ' 0
Q Q Q0 Q1Q Q0Q Q Q1
J1
* ' ' ' Q0 Q3' Q0 Q2 Q0 ' 3 ' 2 ' 0 '
' K1
0 0 1 1 0 1 1 0
0 1 0 1 0 1 0 1
0 1 1 0 1 0 0 0
1 0 1 0 1 0 1 0
6.4 同步时序逻辑电路的设计方法
逻辑电路设计:给定设计要求(或者是一段文字描叙,或 者是状态图),求满足要求的时序电路. 设计步骤:
1、进行逻辑抽象,建立电路的状态转换图(状态转换表)。 在状态表中未出现的状态将作为约束项 2、选择触发器,求时钟方程、输出方程和状态方程； 时钟:若采用同步方案,则CP1=CP2=CPn； 如果采用异步方案, 则需根据状态图先画出时序图,然后从翻转要求出发,为各个 触发器选择合适的时钟信号； 输出：输出与现态和输入的逻辑关系； 状态：各触发器的次态输出方程。
这三组方程反映的电路中各个变量 之间的逻辑关系。
3、进行计算:从输出方程和状态方程，不能看出电路 状态的变化情况。还需要转换成状态转换表和状态转 换图。
状态转换表：把任一组输入变量的值和电路的初态值代入状态 方程和输出方程，得到电路的次态和输出值；把得到的次态作 为新的初态，和现在的输入变量值再代入状态方程和输出方程， 得到电路新的次态和输出值。如此继续下去，把每次得到的结 果列成真值表的形式，得到状态转换表。
5-3-2时序逻辑电路的设计方法
J Q Q0 FF0
K
J Q Q1 FF1
K
& Y
J
Q Q2
FF2 K
RD
CP
课后小结——见黑板
复习及提问：组合电路分析 思考题：
1．什么是时序逻辑电路？它在结构上有什么特点？ 2．什么是同步时序逻辑电路？什么是异步时序逻辑电路？ 3．简述同步和异步时序逻辑电路的分析方法，它们的主要
区别是什么？ 作业题：5-14；15、16、补充1题 预习：数模转换电路
Q2Q1Q0
000
111
110
101
100
011
010
001
CP Q0 Q1 Q2
（4）说明电路功能：在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状态按 递减规律循环变化，电路具有递减计数功 能，是一个异步3位二进制减法计数器。
5-3-2 时序逻辑电路的设计方法
按以下步骤进行： 1．根据设计要求，设定状态，画出原始状态转换图； 2．状态化简； 3．进行状态分配，列出状态转换的编码表； 4．选择触发器类型，求出状态方程、输出方程和驱动方程； 5．根据驱动方程和输出方程画逻辑图； 6．检查电路能否自启动。
JQ
1K
Q2
FF2
Q D
Q1
FF1
Q D
Q0
FF0
Q
CP
D
_
CR
CP上升沿有效 Q0上升沿有效 Q1上升沿有效
（2）列状态转换真值表
现态
Q2n
Q1n
Q0n
0
0
0
1
1
1
1
1
010来自110
0
0
1
1
0
1
时序逻辑电路的分析方法和设计思路
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
2. 异步时序逻辑电路的基本分析方法
以下图所示3个T′触发器构成的时序逻辑电路为例，我
们讨论其分析方法和步骤。
Q0
Q1
Q2
JQ
CP
C F0
KQ
JQ C F1 KQ
JQ C F2 KQ
“1”
RD
1
分析电路类型：
时序逻辑电路中如果除CP时钟脉冲外，无其它输入信 号，就属于莫尔型，若有其它输入信号时为米莱型；各位
为了能把在一系列时钟脉冲操作下的电路状态转换全过 程形象、直观地描述出来，常用的方法有状态转换真值表、 状态转换图、时序图和激励表等。这些方法我们将在对时 序逻辑电路的分析过程中，更加具体地加以阐明。
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计 1. 同步时序逻辑电路的基本分析方法
[例7.2.1] 分析如图7.2.2所示时序电路的逻辑功能
时序逻辑电路
数字电路与逻辑设计
1. 二进制计数器
当时序逻辑电路的触发器位数为n，电路状态按二进制数
的自然态序循环，经历2n个独立状态时，称此电路为二进
制计数器。
Q0
Q1
Q2
JQ
CP
C F0
KQ
JQ C F1 KQ
JQ C F2 KQ
“1”
RD
结构原理：三个JK触发器可构成一个“模8”二进制计数器。 触发器F0用时钟脉冲CP触发，F1用Q0触发，F2用Q1触发； 三位JK触发器均接成T′触发器—让输入端恒为高电平1； 计数器计数状态下清零端应悬空为“1”。（如上一节的分 析例题，就是一个三位触发器构成的二进制计数器。）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Q2n1 J 2 Q2n K 2Q2n Q1nQ0n Q2n Q0nQ2n
（2）列状态转换真值表：设电路的初始状态（现态）为
Q2nQ1nQ0n = 000，得到状态转换真值表
现态
次态
输出
Q2n Q1n Q0n Q2n1 Q1n1 Q0n1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
时钟脉冲
CP2 CP1 CP0 ↑↑↑
↓
↑
↓↑
↑
↓
↑
↑↑
↑
↓
↑
↓↑
↑
↓
↑
（3）画状态图转换图和时序图：
Q2Q1Q0
000
111
110
101
100
011
010
001
CP Q0 Q1 Q2
（4）说明电路功能：在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状态按 递减规律循环变化，电路具有递减计数功 能，是一个异步3位二进制减法计数器。
Y
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
（3）逻辑功能：电路共有6个状态，且按递增规律变化的，因此 该时序电路是一个同步六进制加法计数器。
（4）画状态转换图和时序图：
Q0 Q1
Q2
111
Q2Q1Q0 /Y
/1
/0 000
/0
/0
010
110
001
/1
/0
c）驱动方程 各触发器输入端的逻辑表达式。 d）状态方程 将驱动方程代入相应触发器的特性方程便得到该触
发器的状态方程。
（2）列状态转换真值表。 将电路现态的各种取值代入状态方程和输出方程中进行计
算，从而得到转换真值表。
（3）电路逻辑功能的说明 根据状态转换真值表来分析和说明电路的逻辑功能。
（4）画状态转换图和时序图 上述分析步骤可用下图描述。
将驱动方程分别代入特性方程，可得状态方 程：
Q0n1 D0 Q0n Q1n1 D1 Q1n Q2n1 D2 Q2n
CP上升沿有效 Q0上升沿有效 Q1上升沿有效
（2）列状态转换真值表
现态
Q2n
Q1n
Q0n
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
次态
Q2n1
Q1n1 Q0n1
1
1
/0
/0
/0
/0
/0Leabharlann /0/0S0S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
/1
（2）状态化简： 八进制计数器应有8个不同的状态，不需化简 （3）状态分配： 列状态转换编码表。有8个状态，需3个触发
器。选用3位自然二进制加法计数编码，即 S0 = 000，S1 = 001，…，S7 = 111。 由此可列出状态转换编码表。
（1）写方程式
1）输出方程：
Y
Q Qn n 20
J0 1 , K0 1
2）驱动方程：
J
1
Q2n Q0n
,
K1 Q2n Q0n
J
2
Q1nQ0n
,
K 2 Q0n
3）状态方程：将驱动方程代入JK触发器的特性方程，
Q n1 J Qn KQn
Q0n1 J 0 Q0n K 0Q0n 1 Q0n 1 Q0n Q0n
解： 由图可知，这是一个异步时序逻辑电路。 （1）写方程式
1）时钟方程： CP0 = CP，CP1 = Q0，CP2 = Q1
Q0
Q1
Q2
DQ
CP
FF0
DQ FF1
DQ FF2
RD
2）驱动方程： D0 = Q0n ，D1 = Q1n ，D2 = Q2n 3）状态方程：DFF的特性方程 Qn+1 = D （CP上升沿有效）
时钟方程
列方程 输出方程 列表
逻辑图
驱动方程
状态方程
分析
画图 状态转换图
状态转换真值表
说明电路功能
时序图
例5.3.1 分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，画出状态转换图和时序 图，并检查电路能否自启动。
Q0
Q1
Q2
JQ FF0
K
RD
CP
JQ FF1
K
JQ FF2
K
&
Y
解：由图可知，时钟脉冲CP加在每个触发器的时钟脉冲输入端上 因此，它是一个同步时序逻辑电路，可不写时钟方程。
§5-3 时序逻辑电路分析与 设计方法
学习要点： •时序电路分析方法
时序逻辑电路分析 与设计方法
5-3-1 时序逻辑电路的分析方法 5-3-2 时序逻辑电路的设计方法
退出
时序电路——任一时刻的输出状态不仅取决于该时刻的输入状 态，还与前一时刻电路的状态有关，具有记忆功 能。它主要由门电路和触发器构成。
描述时序电路功能的方法——状态方程、状态转换真值表、状 态转换图和时序图等。
根据CP控制方式不同分为——同步：所有触发器的时钟输入端 CP都连在一起；
异步：触发器受不同时钟控制。
5-3-1 时序逻辑电路的分析方法
1．同步时序逻辑电路的分析方法 基本分析步骤如下： （1）根据逻辑图写方程式。 a）时钟方程 各触发器CP信号的来源。(同步电路可以省略) b）输出方程 时序电路的输出逻辑表达式，通常是现态的函数。
/0
/0
101
100
011
（5）检查电路能否自启动：110和111两个状态称为“无效状态”。 如果由于某种原因而进入无效状态， 只要继续输入CP，电路便会自动返回 有效状态，则该电路能够自启动。否 则不能自启动。
由以上分析知，图示电路为能自启动同步六进制加法计数器
学生练习：（P70 5-13）
5-13 试分析下图所示时序逻辑电路的逻辑功能。写出它的驱动方
程、状态方程、输出方程，列出状态转换真值表，并画出Q0～ Q2和CO的波形，检查能否自启动。
Q0
Q1
Q2
JQ FF0
K
JQ FF1
K
JQ FF2
K
RD
CP
2．异步时序逻辑电路的分析方法 注意：异步时序电路必须写出时钟方程。并且在计算电路次态 时，各个触发器只有满足时钟条件后其状态方程才能使用
例5.3.2 分析图示电路的逻辑功能，并画出状态图和时序图。
5-3-2 时序逻辑电路的设计方法
按以下步骤进行： 1．根据设计要求，设定状态，画出原始状态转换图； 2．状态化简； 3．进行状态分配，列出状态转换的编码表； 4．选择触发器类型，求出状态方程、输出方程和驱动方程； 5．根据驱动方程和输出方程画逻辑图； 6．检查电路能否自启动。
例5.3.3 设计一个同步3位二进制加法计数器。 解（1）根据设计要求，设定状态，画状态转换图。 由于是3位二进制（即8进制）计数器，因此，应有8个不同 的状态。分别用S0，S1，…，S7表示，在状态为S7时输出 Y = 1。当输入第8个计数脉冲时，电路返回初始状态，同 时，向高位计数器送出一个进位脉冲。