时序逻辑电路
一、选择题
1．同步计数器和异步计数器比较，同步计数器的显著优点是。
A.工作速度高
B.触发器利用率高
C.电路简单
D.不受时钟C P控制。
3．下列逻辑电路中为时序逻辑电路的是。
A.变量译码器
B.加法器
C.数码寄存器
D.数据选择器
4.N个触发器可以构成最大计数长度（进制数）为的计数器。
A.N
B.2N
C.N2
D.2N
5.N个触发器可以构成能寄存位二进制数码的寄存器。
A.N-1
B.N
C.N+1
D.2N
6．
7．同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者。
A.没有触发器
B.没有统一的时钟脉冲控制
C.没有稳定状态
D.输出只与内部状态有关
8．一位8421B C D码计数器至少需要个触发器。
A.3
B.4
C.5
D.10
9.欲设计0，1，2，3，4，5，6，7这几个数的计数器，如果设计合理，采用同
步二进制计数器，最少应使用个触发器。
A.2
B.3
C.4
D.8
10．8位移位寄存器，串行输入时经个脉冲后，8位数码全部移入寄存器中。
A.1
B.2
C.4
D.8
二、判断题（正确打√，错误的打×）
1．同步时序电路由组合电路和存储器两部分组成。（√）
2．组合电路不含有记忆功能的器件。（√）
3．时序电路不含有记忆功能的器件。（×）
4．同步时序电路具有统一的时钟CP控制。（√）
5．异步时序电路的各级触发器类型不同。（×）
6．环形计数器在每个时钟脉冲CP作用时，相临状态仅有一位触发器发生状态更新。（×）
7．环形计数器如果不作自启动修改，则总有孤立状态存在。（√）
8．计数器的模是指构成计数器的触发器的个数。（×）
10．D触发器的特征方程Q n+1=D，而与Q n无关，所以，D触发器不是时序电路。（×）
13．同步二进制计数器的电路比异步二进制计数器复杂，所以实际应用中较少使用同步二进制计数器。（×）
14．利用反馈归零法获得N进制计数器时，若为异步置零方式，则状态S N只是短暂的过渡状态，不能稳定而是立刻变为0状态。（√）
三、填空题
1．寄存器按照功能不同可分为两类：寄存器和寄存器。2．数字电路按照是否有记忆功能通常可分为两类：、。3．由四位环形移位寄存器构成的顺序脉冲发生器可产生个顺序脉冲。4．时序逻辑电路按照其触发器是否有统一的时钟控制分为时序电路和
时序电路。
5．用电位触发的D触发器（同步式触发器）构成的寄存器称为。6.n个触发器构成的环形计数器，其模数是，又是进制计数器，也是一个分频电路，也是一个顺序脉冲发生器。该环形计数器自启动能力的。
7.n个触发器构成的扭环形计数器，其模数是，又是进制计数器，也是一个分频电路，该环形计数器自启动能力的。
四、时序电路的分析
1、分析以下电路，说明电路功能。
2、分析下图所示时序电路，作出状态表和状态图，指出其逻辑功能。
第七章答案
一、选择题
1．A
2．D
3．C
4．D
5．B
6．A
7．B
8．B
9．B
10． D
11． D
12． A
13． B
14．AB
15． A
16． C
二、判断题
1.√
2.√
3.√
4.√
5.×
6.×
7.√
8.×
9.× 10.×
11.√ 12.× 13.× 14.√
三、填空题
1．移位数码
2．组合逻辑电路时序逻辑电路
3．4
4．同步异步
5．锁存器
6．N, n n n 无
7．2n, 偶数，2n 无
四、1.（1）、01Q J = ， 10Q J = ， 110==K K
（2）、n n Q Q Q 1011=+、 n n Q Q Q 0110=+
（3）、
（4）、
该电路是3进制减法计数器
2 . 驱动方程
状态方程:
一个五进制加法计数器
第五章时序电路 一、选择题 1．同步计数器和异步计数器比较，同步计数器的显著优点是。 A.工作速度高 B.触发器利用率高 C.电路简单 D.不受时钟C P控制。 2．把一个五进制计数器与一个四进制计数器串联可得到进制计数器。 3．下列逻辑电路中为时序逻辑电路的是。 A.变量译码器 B.加法器 C.数码寄存器 D.数据选择器 4.N个触发器可以构成最大计数长度（进制数）为的计数器。 》 5.N个触发器可以构成能寄存位二进制数码的寄存器。 +1 6．五个D触发器构成环形计数器，其计数长度为。 7．同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者。 A.没有触发器 B.没有统一的时钟脉冲控制 C.没有稳定状态 D.输出只与内部状态有关 8．一位8421B C D码计数器至少需要个触发器。 [ 9.欲设计0，1，2，3，4，5，6，7这几个数的计数器，如果设计合理，采用同 步二进制计数器，最少应使用级触发器。 10．8位移位寄存器，串行输入时经个脉冲后，8位数码全部移入寄存器中。 11．用二进制异步计数器从0做加法，计到十进制数178，则最少需要个触发器。 12．某电视机水平-垂直扫描发生器需要一个分频器将31500H Z的脉冲转换为60H Z的脉冲，欲构成此分频器至少需要个触发器。
13．某移位寄存器的时钟脉冲频率为100K H Z ，欲将存放在该寄存器中的数左移8 位，完成该操作需要 时间。 μS μS μS [ 14.若用J K 触发器来实现特性方程为AB Q A Q n 1n +=+，则J K 端的方程为 。 =A B ，K =B A + =A B ，K =B A =B A +，K =A B =B A ，K =A B 15．要产生10个顺序脉冲，若用四位双向移位寄存器CT74LS194来实现，需要 片。 16．若要设计一个脉冲序列为10的序列脉冲发生器，应选用 个触发器。 二、判断题（正确打√，错误的打×） 1．同步时序电路由组合电路和存储器两部分组成。（ ） 2．组合电路不含有记忆功能的器件。（ ） ~ 3．时序电路不含有记忆功能的器件。（ ） 4．同步时序电路具有统一的时钟CP 控制。（ ） 5．异步时序电路的各级触发器类型不同。（ ） 6．环形计数器在每个时钟脉冲CP 作用时，仅有一位触发器发生状态更新。（ ） 7．环形计数器如果不作自启动修改，则总有孤立状态存在。（ ） 8．计数器的模是指构成计数器的触发器的个数。（ ） 9．计数器的模是指对输入的计数脉冲的个数。（ ） 10．D 触发器的特征方程Q n +1=D ，而与Q n 无关，所以，D 触发器不是时序电路。（ ） 11．在同步时序电路的设计中，若最简状态表中的状态数为2N ，而又是用N 级 触发器来实现其电路，则不需检查电路的自启动性。（ ） 12．把一个5进制计数器与一个10进制计数器串联可得到15进制计数器。（ ） < 13．同步二进制计数器的电路比异步二进制计数器复杂，所以实际应用中较少使 用同步二进制计数器。（ ） 14．利用反馈归零法获得N 进制计数器时，若为异步置零方式，则状态S N 只是 短暂的过渡状态，不能稳定而是立刻变为0状态。（ ）
第六章 时序逻辑电路 【题 6.3】 分析图P6.3时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。 Y 图P6.3 【解】驱动方程: 11323131233 J =K =Q J =K =Q J =Q Q ;K =Q ?? ??? 输出方程:3Y Q = 将驱动方程带入JK 触发器的特性方程后得到 状态方程为: n+11313131n 1 2121221n+1 3321 Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q +?=+=?=+=⊕??=? 电路能自启动。状态转换图如图A6.3 【题 6.5】 分析图P6.5时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。A 为输入逻辑变量。 图A6.3
Y 图P6.5 【解】 驱动方程: 12 21212() D AQ D AQ Q A Q Q ?=??==+?? 输出方程: 21Y AQ Q = 将驱动方程带入JK 触发器的特性方程后得到状态方程为: n+1 12 n+1 212() Q AQ Q A Q Q ?=??=+?? 电路的状态转换图如图A6.5 1 图A6.5 【题 6.6】 分析图P6.6时序电路的逻辑功能，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说明电路能否自启动。说明电路实现的功能。A 为输入变量。
A Y 图P6.6 【解】驱动方程: 11221 1 J K J K A Q ==?? ==⊕? 输出方程: 1212Y AQQ AQQ =+ 将驱动方程带入JK 触发器的特性方程后得到状态方程为: n+111 n+1 212 Q Q Q A Q Q ?=??=⊕⊕?? 电路状态转换图如图A6.6。A ＝0时作二进制加法计数，A ＝1时作二进制减法计数。 01图A6.6 【题 6.7】 分析图P6.7时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。
第六章时序逻辑电路
6.1 概述 一、时序逻辑电路的特点 1.功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入， 还与电路原来的状态有关。 例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加 2. 电路结构上 ①一定包含存储电路 ②存储器状态和输入变量共同决 定输出.
二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法
可以用三个方程组来描述：?????===),...,,,...,,(... ),...,,,,....,,() ,(21211212111l j l i q q q x x f y q q q x x x f y Q X F Y 输出方程?????===),...,,,,...,,(...),...,,,,...,,(),(21211212111l i k l i q q q x x x g z q q q x x x g z Q X F Y 驱动方程?????===+++) ,...,,,,...,,(...),...,,,,...,,() ,(2121121211111n l n n i l n l n l n n i n n n q q q z z z h q q q q z z z h q Q Z H Q 状态方程
三、时序电路的分类 1、同步时序电路与异步时序电路 同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的cp, 触发器状态变化发生在同一时刻。 异步：没有统一的cp,触发器状态的变化有先有后。 2、Mealy 型和Moore 型 Mealy 型：Moore 型：仅取决于电路状态有关、与) Q (F Y Q X ) Q ,X (F Y ==
引言 人类社会进步，各种仪器测试设备的以电子设备代替成为趋势，各类测试仪器都希望通过电子设备来实现。电子设备在实现相应参数的测量时，具有简单容易操作，而且数据便于计算机处理等优点。目前科技的飞速进展与集成电路的发展应用，有密不可分的关系。十九世纪工业革命主要以机器节省人力，二十世纪的工业的革命则主要以电脑为人脑分劳。而电脑的发展归于集成电路工业。 集成电路是将各种电路器件集成于半导体表面而形成的电路。近年来集成电路几乎成为所有电子产品的心脏。由于集成电路微小化的趋向，使电子产品得以“轻、薄、短、小”。故集成电路工业又称微电子工业。差不多在同时数字计算机的发展提供了应用晶体管的庞大潜在市场。 20世纪90年代以后，电子科学和技术取得了飞速的发展，其标志就是电子计算机的普及和大规模集成电路的广泛应用。在这种情况下，传统的关于数字电路的内容也随之起了很大的变化，在数字电路领域EDA工具已经相当成熟，无论是电路内容结构设计还是电路系统设计，以前的手工设计都被计算机辅助设计或自动设计所取代。 通过长期的学习微电子专业理论知识，我们应该多动手实践把理论知识与实践相结合，加强对理论知识的把握。本文是十进制同步计数器的设计，对十进制同步计数器的设计进行电路原理图设计以及仿真，版图设计，版图验证。 1 设计技术要求 （1）项目名称：十进制同步计数器的设计 （2）使用工艺：2.0um硅栅工艺(tanner)或者1.0um硅栅工艺(cadence) （3）供电电源：5V （4）输入要求：异步清除，CMOS电平 （5）进行原理图设计，并完成电路的仿真 （6）版图设计，完成LVS一致性检验，生成相应的GDSII文档 2 设计构思及理论 2.1 设计思路 十进制同步计数器的设计可以细化成下列步骤： ①建立最简原始状态图。 ②确定触发器级数，进行状态编码。 ③用状态装换卡诺图化简，求状态方程和输出方程。 ④查自启动特性。 ⑤确定触发类型，求驱动方程。 ⑥画逻辑图。
一、填空题 1. 基本RS触发器，当R、S都接高电平时，该触发器具有____ ___功能。2．D 触发器的特性方程为___ ；J-K 触发器的特性方程为______。 3．T触发器的特性方程为。 4．仅具有“置0”、“置1”功能的触发器叫。 5．时钟有效边沿到来时，输出状态和输入信号相同的触发器叫____ _____。 6. 若D触发器的D端连在Q端上，经100 个脉冲作用后，其次态为0，则现态应为。 7．JK触发器J与K相接作为一个输入时相当于触发器。 8. 触发器有个稳定状态，它可以记录位二进制码，存储8 位二进制信息需要个触发器。 9．时序电路的次态输出不仅与即时输入有关，而且还与有关。 10. 时序逻辑电路一般由和两部分组成的。 11. 计数器按内部各触发器的动作步调，可分为___ ___计数器和____ __计数器。 12. 按进位体制的不同，计数器可分为计数器和计数器两类；按计数过程中数字增减趋势的不同，计数器可分为计数器、计数器和计数器。13．要构成五进制计数器，至少需要级触发器。 14．设集成十进制（默认为8421码）加法计数器的初态为Q4Q3Q2Q1＝1001，则经过5个CP脉冲以后计数器的状态为。 15．将某时钟频率为32MHz的CP变为4MHz的CP，需要个二进制计数器。 16. 在各种寄存器中，存放N位二进制数码需要个触发器。 17. 有一个移位寄存器，高位在左，低位在右，欲将存放在该移位寄存器中的二进制数乘上十进制数4，则需将该移位寄存器中的数移位，需要个移位脉冲。 18．某单稳态触发器在无外触发信号时输出为0态，在外加触发信号时，输出跳变为1态，因此其稳态为态，暂稳态为态。 19．单稳态触发器有___ _个稳定状态，多谐振荡器有_ ___个稳定状态。20．单稳态触发器在外加触发信号作用下能够由状态翻转到状态。21．集成单稳态触发器的暂稳维持时间取决于。 22. 多谐振荡器的振荡周期为T=tw1+tw2，其中tw1为正脉冲宽度，tw2为负脉冲宽度，则占空比应为_______。 23．施密特触发器有____个阈值电压，分别称作___ _____ 和___ _____ 。24．触发器能将缓慢变化的非矩形脉冲变换成边沿陡峭的矩形脉冲。25．施密特触发器常用于波形的与。 二、选择题 1. R-S型触发器不具有( )功能。 A. 保持 B. 翻转 C. 置1 D. 置0 2. 触发器的空翻现象是指（） A.一个时钟脉冲期间，触发器没有翻转 B.一个时钟脉冲期间，触发器只翻转一次 C.一个时钟脉冲期间，触发器发生多次翻转 D.每来2个时钟脉冲，触发器才翻转一次 3. 欲得到D触发器的功能，以下诸图中唯有图（A）是正确的。
6 时序逻辑电路 6.1.1 已知一时序电路的状态表如表题6.1.1所示，A为输入信号，试作出相应的状态图。 解：由状态图的概念及已知的状态表，可画出对应的状态图，如图题解6.1.1所示。 6.1.2已知状态表如表题6.1.2所示，输入为X1X0，试作出相应的状态图。 解：根据表题6.1.2所示的状态表，作出对应的状态图如图题解6.1.2所示。
6.1.3已知状态图如图题6.1.3所示，试列出它的状态表。 解：按图题6.1.3列出的状态表如表题解6.1.3所示。 6.1.5 图题6.1.5所示是某时序电路的状态图，设电路的初始状态为01，当序列A=100110（自左至右输入）时，求该 电路输出Z的序列。 解：由图题6.1.5所示的状态图可知，当初态为01，输入信号的序列A=100110时，该时序 电路将按图题解6.1.5所示的顺序改变状态，因而对应的输出序列为Z=011010。
6.1.6已知某时序电路的状态表如表题6.1.6所示，输入A，试画出它的状态图。如果电路的初始状态在b，输入信号A一次是0、1、0、1、1、1、1，试求出其相应的输出。 解：根据表题6.1.6所示的状态表，可直接画出与其对应的状态图，如图题解6.1.6（a）当从初态b开始，依次输入0、1、0、1、1、1、1信号时，该时序电路将按图题解6.1.6（b）所示的顺序改变状态，因而其对应的输出为1、0、1、0、1、0、1。 6.2 同步时序逻辑电路的分析 6.2.1 试分析图题6.2.1（a）所示时序电路，画出其状态表和状态图。设电路的初始状态为0，试画出6.2.1（b）所示波形作用下，Q和Z的波形图。
同步时序电路的设计步骤 同步时序电路的设计步骤 同步时序电路的分析是根据给定的时序逻辑电路，求出能反映该电路功能的状态图。状态图清楚地表明了电路在不同的输入、输出原状态时，在时钟作用下次态状态的变化情况。同步时序电路的设计的设计是分析的反过程，其是根据给定的状态图或通过对设计要求的分析得到的状态图，设计出同步时序电路的过程。 这里主要讨论给定状态图的情况下的同步时序电路的设计，对于具体的要求得到状态图的过程一般是一个较复杂的问题，这是暂不讲。根据已知状态图设计同步时序电路的过程一般分为以下几步： 1.确定触发器的个数。首先根据状态的个数来确定所需要触发器的个数，如给定的状态个数为n，由应满足 n≤2K,K为实现这来状态所需要的触发器的个数。（实际使用时可能给定的状态中存在冗余项，这时一般还须对状态进行化简。） 2.列出状态转移真值表。根据状态列出状态转移真值表，也称状态表、状态转移表。 3.触发器选型。选择合适的触发器，通常可选的触发器有：JK-FF,D-FF,T-FF,一般使用较广的为JK-FF。根据状态图和给出的触发器的型号写出其输入方程，通常在写输入方程时须对其进行化简，以使电路更简单。 4.求出输出方程。根据状态表，求出输出逻辑函数Z的输出方程，还过有些电路没有独立的输出，这一步就省了。 5.画出逻辑图。根据输入方程、输出方程画出逻辑电路图。 6.讨论设计的电路能否自启动。在设计的电路中可能出现一些无关的状态，这些状态能否经过若干个时钟脉冲后进行有效的状态。 同步时序电路设计举例 例按下图状态图设计同步时序电路。 1.根据状态数确定触发器的数目：由状态图可以看出，其每个状态由两个状态，故可用两个触发器。其变量可 用Q 1,Q 表示； 2.根据状态图列出状态表：状态表的自变量为输入变量x和触发器当前状态Q 1 n,Q n，而应变量为触发器的次态 Q 1n+1Q n+1、及输出z，列表时将自变量的所有组合全部列出来，其中当Q 1 n Q n=01的状态为不出现，其输出可看作任意 项处理。
第五章时序逻辑电路
第五章 触发器 本章教学目的、要求： 1. 掌握各种触发器的逻辑功能和工作原理。 2. 熟悉各种触发器的电路结构及动作特点。 3. 了解不同功能触发器之间的相互转换。 重点：触发器的逻辑功能和动作特点。 难点：触发器的不同电路结构及各自的动作特点。 第一节 概 述 触发器:(Flip-Flop)能存储一位二进制信号的基本单元。用FF 表示。 特点： 1．具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的0和1，或二进制数的0和1。 2．根据不同的输入信号可以置成 1 或 0 状态。 根据电路结构不同分为：基本RS 触发器、同步RS 触发器、主从触发器、边沿触发器。 按逻辑功能分：RSFF 、DFF 、JKFF 、TFF 等。 3．根据存储数据的原理不同分为：静态触发器和动态触发器。 第二节 SR 锁存器 一、电路结构与工作原理 1.电路结构和工作原理： 触发器的1状态：0,1='=Q Q 触发器的0状态：1,0='=Q Q ① 当R'D =0， S' D =1时，无论触发器原来处于什么状态，其次态一定为0，即Q =0，Q' =1，称触发器处于置0(复位)状态。 ② 当R'D =1，S'D =0时，无论触发器原来处于什么状态，其次态一定为1，即Q =1，Q'=0， S R 图形符号 Q Q ' D 'S D 'R 置位端 或置1 复位端 或 Q Q ' D 'S D 'R 电路结构
称触发器处于置1(置位)状态。 ③ 当R'D =1，S'D =1时，触发器状态不变，即Q *=Q ，称触发器处于保持(记忆)状态。 ④ 当R'D =0，S'D =0时，两个与非门输出均为1(高电平)，此时破坏了触发器的互补输出关系，而且当R'D 、S'D 同时从0变化为1时，由于门的延迟时间不一致，使触发器的次态不确定，即Q *=?，这种情况是不允许的。因此规定输入信号R'D 、S'D 不能同时为0，它们应遵循R'D + S'D =1的约束条件。 从以上分析可见，基本RS 触发器具有置0、置1和保持的逻辑功能，通常称S'D 为置1端或置位(SET)端，R'D 称为置0或复位(RESET)端，因此该触发器又称为置位—复位(SetReset)触发器或R D S D 触发器，其逻辑符号如上图所示。因为它是以R'D 和S'D 为低电平时被清0和置1的，所以称R'D 、S'D 低电平有效，且在图中输入端加有小圆圈。 2．逻辑功能的描述 ①特性表 用与非门构成的基本RSFF 也可用右表描述。 只需将表中的R'D 和S'D 看作是该触发器输入信号 ②特性方程： ③状态转换图：(简称状态图) *='+=D D D D R S Q R S Q R = 0 R = ×S =0S =× R =0 R = 1S = 0 置1 置0 不允许 保持
思考题与习题题解 5-1 填空题 （1）组合逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与电路原来所处的状态无关；时序逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与信号作用前电路原来所处的状态有关。 （2）构成一异步n2进制加法计数器需要 n 个触发器，一般将每个触发器接成计数或T’型触发器。计数脉冲输入端相连，高位触发器的 CP 端与邻低位Q端相连。 （3）一个4位移位寄存器，经过 4 个时钟脉冲CP后，4位串行输入数码全部存入寄存器；再经过 4 个时钟脉冲CP后可串行输出4位数码。 （4）要组成模15计数器，至少需要采用 4 个触发器。 5-2 判断题 （1）异步时序电路的各级触发器类型不同。（×）（2）把一个5进制计数器与一个10进制计数器串联可得到15进制计数器。（×）（3）具有 N 个独立的状态，计满 N 个计数脉冲后，状态能进入循环的时序电路，称之模N计数器。（√）（4）计数器的模是指构成计数器的触发器的个数。（×） 5-3 单项选择题 （1）下列电路中，不属于组合逻辑电路的是（D）。 A.编码器 B.译码器 C. 数据选择器 D. 计数器 （2）同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者( B )。 A.没有触发器 B.没有统一的时钟脉冲控制 C.没有稳定状态 D.输出只与内部状态有关 （3）在下列逻辑电路中，不是组合逻辑电路的有( D )。 A.译码器 B.编码器 C.全加器 D.寄存器 （4）某移位寄存器的时钟脉冲频率为100KHz，欲将存放在该寄存器中的数左移8位，完成该操作需要（B）时间。 A.10μS B.80μS C.100μS D.800ms （5）用二进制异步计数器从0做加法，计到十进制数178，则最少需要（ C ）个触发器。 A.6 B.7 C.8 D.10 （6）某数字钟需要一个分频器将32768Hz的脉冲转换为1HZ的脉冲，欲构成此分频器至少需要（B）个触发器。 A.10 B.15 C.32 D.32768
5-1 分析图所示时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图和时序图。 CLK Z 图 题 5-1图 解：从给定的电路图写出驱动方程为： 0012 10 21()n n n n n D Q Q Q D Q D Q ?=??=?? =?? e 将驱动方程代入D 触发器的特征方程D Q n =+1 ，得到状态方程为： 10012110 12 1()n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q Q +++?=??=??=??e 由电路图可知，输出方程为 2 n Z Q = 根据状态方程和输出方程，画出的状态转换图如图题解5-1(a ）所示，时序图如图题解5-1(b ）所示。 题解5-1(a ）状态转换图
1 Q 2/Q Z Q 题解5-1(b ）时序图 综上分析可知，该电路是一个四进制计数器。 5-2 分析图所示电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。A 为输入变量。 Y A 图 题 5-2图 解：首先从电路图写出驱动方程为： () 0110101()n n n n n D AQ D A Q Q A Q Q ?=? ?==+?? 将上式代入触发器的特征方程后得到状态方程 () 1011 10101()n n n n n n n Q AQ Q A Q Q A Q Q ++?=? ?==+?? 电路的输出方程为： 01n n Y AQ Q = 根据状态方程和输出方程，画出的状态转换图如图题解5-2所示
Y A 题解5-2 状态转换图 综上分析可知该电路的逻辑功能为： 当输入为0时，无论电路初态为何，次态均为状态“00”，即均复位； 当输入为1时，无论电路初态为何，在若干CLK 的作用下，电路最终回到状态“10”。 5-3 已知同步时序电路如图(a)所示，其输入波形如图 (b)所示。试写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图和时序图，并说明该电路的功能。 X (a) 电路图 1234CLK 5678 X (b)输入波形 图 题 5-3图 解：电路的驱动方程、状态方程和输出方程分别为： 0010110001101101 1, ,n n n n n n n n n n J X K X J XQ K X Q X Q XQ X Q XQ Q XQ XQ XQ Y XQ ++?==??==???=+=?? ?=+=+?= 根据状态方程和输出方程，可分别做出11 10,n n Q Q ++和Y 的卡诺图，如表5-1所示。由此 做出的状态转换图如图题解5-3（a)所示，画出的时序图如图题解5-3（b ）所示。
第十六单元时序逻辑电路 （8学时——第49～56学时） 主要容：时序逻辑电路的分析与设计 教学重点：时序逻辑电路的分析与设计方法 教学难点：时序逻辑电路的设计 教学方法：启发式教学、探究式教学 教学手段：实验、理论、实际应用相结合 第一部分知识点 一、时序电路概述 时序电路的状态及输出是与时间顺序有关的，由组合电路和存储电路（多为触发器）组成，1、特点 任意时刻的输出，不仅与该时刻的输入有关、还与电路原来的状态有关。 2、分类 按逻辑功能分为计数器、寄存器等，按触发器工作分为同步电路和异步电路，按电路输出信号特性分为Mealy型（输出与输入及电路现态有关）和Moore型（输出仅与电路现态有关）电路。 二、时序电路的分析 1、分析步骤 （1）写出电路的时钟方程（各触发器的CP表达式）、输出方程（各输出端表达式）及驱动方程（各触发器的触发信号表达式）。 （2）求出电路的状态方程（各触发器的状态表达式） （3）计算得出电路工作状态表 （4）画状态图及时序图 （5）分析电路功能 2、分析举例 分析时序电路
（1）时钟方程CP0=CP1=CP2=CP 输出方程n n n Q Q Q Y 1 2 = 驱动方程n Q J 2 =、n Q K 2 =，n Q J 1 =、n Q K 1 =，n Q J 1 2 =、n Q K 1 2 =（2）状态方程 将J、K代入JK触发器特征方程n n n Q K Q J Q+ = +1得各触发器状态方程： n n Q Q 2 1 = +、n n Q Q 1 1 = +、n n Q Q 1 1 2 = + （3）计算得到状态表 现态次态输出 n Q 2 n Q 1 n Q 1 2 | n Q+1 1 + n Q1 + n Q Y 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 （4）画状态图及时序图 （5）逻辑功能 这是一个有六个工作状态的同步工作电路，属Moore型电路。 （6）有效态和无效态
思考题与习题题解 5-1填空题 （1）组合逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与电路原来所处的状态无关；时序逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与信号作用前电路原来所处的状态有关。 （2）构成一异步n2进制加法计数器需要 n 个触发器，一般将每个触发器接成计数或T’型触发器。计数脉冲输入端相连，高位触发器的 CP 端与邻低位Q端相连。 （3）一个4位移位寄存器，经过 4 个时钟脉冲CP后，4位串行输入数码全部存入寄存器；再经过 4 个时钟脉冲CP后可串行输出4位数码。 （4）要组成模15计数器，至少需要采用 4 个触发器。 5-2 判断题 （1）异步时序电路的各级触发器类型不同。（×）（2）把一个5进制计数器与一个10进制计数器串联可得到15进制计数器。（×）（3）具有 N 个独立的状态，计满 N 个计数脉冲后，状态能进入循环的时序电路，称之模N计数器。（√）（4）计数器的模是指构成计数器的触发器的个数。（×） 5-3 单项选择题 （1）下列电路中，不属于组合逻辑电路的是（D）。 A.编码器 B.译码器 C. 数据选择器 D. 计数器 （2）同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者( B )。 A.没有触发器 B.没有统一的时钟脉冲控制 C.没有稳定状态 D.输出只与内部状态有关 （3）在下列逻辑电路中，不是组合逻辑电路的有( D )。 A.译码器 B.编码器 C.全加器 D.寄存器 （4）某移位寄存器的时钟脉冲频率为100KHz，欲将存放在该寄存器中的数左移8位，完成该操作需要（B）时间。 A.10μS B.80μS C.100μS D.800ms （5）用二进制异步计数器从0做加法，计到十进制数178，则最少需要（ C ）个触发器。 A.6 B.7 C.8 D.10 （6）某数字钟需要一个分频器将32768Hz的脉冲转换为1HZ的脉冲，欲构成此分频器至少需要（B）个触发器。 A.10 B.15 C.32 D.32768 （7）一位8421BCD码计数器至少需要（B）个触发器。 A.3 B.4 C.5 D.10
5.2 时序逻辑电路的设计方法 本次重点内容： 1、同步时序逻辑电路的设计方法。 2、异步时序逻辑电路的设计方法。 教学过程 5.2.1 同步时序逻辑电路的设计 一、同步时序逻辑电路的设计方法 设计关键：根据设计要求→确定状态转换的规律→求出各触发器的驱动方程。 设计步骤：（先简单介绍，通过以下的举例后，再进行总结，特别再点出设计关键）1．根据设计要求，设定状态，确定触发器数目和类型。画出状态转换图。 2．状态化简 前提：保证满足逻辑功能要求。 方法：将等价状态（多余的重复状态）合并为一个状态。 3．状态分配，列出状态转换编码表 通常采用自然二进制数进行编码。N为电路的状态数。 每个触发器表示一位二进制数，因此，触发器的数目n可按下式确定 2n≥N>2n–1 4．画状态转换卡诺图，求出状态方程、输出方程 选择触发器的类型（一般可选JKF/F或DF/F，由于JK触发器使用比较灵活，因此，在设计中多选用JK触发器。）将状态方程和触发器的特性方程进行比较→驱动方程。 5．根据驱动方程和输出方程画逻辑图。 6．检查电路有无自启动能力。 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有效状态工作。如能回到有效状态，则电路有自启动能力；如不能，则需修改设计，使电路具有自启动能力。 二、同步时序逻辑电路的设计举例 [例1] 试设计一个同步七进制加法计数器。
解：设计步骤 （1）根据设计要求，设定状态，画状态转换图。 七进制→7个状态→用S0，S1，…，S6表示 状态转换图如下所示： （2）状态化简。 本例中7个状态都是有效状态。 （3）状态分配，列状态转换编码表。 根据式2n≥N>2n–1，→ N＝7，n＝3，即采用三个触发器。 选用三位自然二进制加法计数编码→列出状态转换编码表。 （4）选择触发器的类型，求出状态方程，驱动方程和输出方程。根据状态转换编码表→得到各触发器次态和输出函数的卡诺图。得 输出方程为： Y= Q2n Q1n
第12章时序逻辑电路 自测题 一、填空题 1．时序逻辑电路按状态转换情况可分为时序电路和时序电路两大类。 2．按计数进制的不同，可将计数器分为、和N进制计数器等类型。 3．用来累计和寄存输入脉冲个数的电路称为。 4．时序逻辑电路在结构方面的特点是：由具有控制作用的电路和具记忆作用电路组成。、 5．、寄存器的作用是用于、、数码指令等信息。 6．按计数过程中数值的增减来分，可将计数器分为为、和三种。 二、选择题 1．如题图12.1所示电路为某寄存器的一位，该寄存器为 。 A、单拍接收数码寄存器； B、双拍接收数码寄存器； C、单向移位寄存器； D、双向移位寄存器。 2．下列电路不属于时序逻辑电路的是。 A、数码寄存器； B、编码器； C、触发器； D、可逆计数器。 3．下列逻辑电路不具有记忆功能的是。 A、译码器； B、RS触发器； C、寄存器； D、计数器。 4．时序逻辑电路特点中，下列叙述正确的是。 A、电路任一时刻的输出只与当时输入信号有关； B、电路任一时刻的输出只与电路原来状态有关； C、电路任一时刻的输出与输入信号和电路原来状态均有关； D、电路任一时刻的输出与输入信号和电路原来状态均无关。 5．具有记忆功能的逻辑电路是。 A、加法器； B、显示器； C、译码器； D、计数器。 6．数码寄存器采用的输入输出方式为。 A、并行输入、并行输出； B、串行输入、串行输出； C、并行输入、串行输出； D、并行输出、串行输入。 三、判断下面说法是否正确，用“√"或“×"表示在括号 1．寄存器具有存储数码和信号的功能。( ) 2．构成计数电路的器件必须有记忆能力。( ) 3．移位寄存器只能串行输出。( ) 4．移位寄存器就是数码寄存器，它们没有区别。( ) 5．同步时序电路的工作速度高于异步时序电路。( ) 6．移位寄存器有接收、暂存、清除和数码移位等作用。（） 思考与练习题 12.1.1 时序逻辑电路的特点是什么? 12.1.2 时序逻辑电路与组合电路有何区别? 12.3.1 在图12.1电路作用下，数码寄存器的原始状态Q3Q2Q1Q0=1001，而输入数码
实验九Moore型同步时序逻辑电路的分析与设计 22920132203686 薛清文周2下午实验 一．实验目的： 1.同步时序逻辑电路的分析与设计方法 2.D，JK触发器的特性机器检测方法。 2.掌握时序逻辑电路的测试方法。 3.了解时序电路自启动设计方法。 4.了解同步时序电路状态编码对电路优化作用。 二．实验原理： 二、 1.Moore同步时序逻辑电路的分析方法： 时序逻辑电路的分析，按照电路图（逻辑图），选择芯片，根据芯片管脚，在逻辑图上标明管脚号；搭接电路后，根据电路要求输入时钟信号（单脉冲信号或连续脉冲信号），求出电路的状态转换图或时序图（工作波形），从中分析出电路的功能。 2.Moore同步时序逻辑电路的设计方法： （1）分析题意，求出状态转换图。 （2）状态分析化简：确定等价状态，电路中的等价状态可合并为一个状态。（3）重新确定电路状态数N，求出触发器数n，触发器数按下列公式求：2n-1 《时序逻辑电路》练习题及答案 [6.1] 分析图P6-1时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。 图P6-1 [解] 驱动方程：311Q K J ==， 状态方程：n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q 13131311⊕=+=+； 122Q K J ==， n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q 12212112 ⊕=+=+； 33213Q K Q Q J ==，， n n n n Q Q Q Q 12313 =+； 输出方程：3Q Y = 由状态方程可得状态转换表，如表6-1所示；由状态转换表可得状态转换图，如图A6-1所示。电路可以自启动。 表6-1 n n n Q Q Q 123 Y Q Q Q n n n 111213+++ n n n Q Q Q 123 Y Q Q Q n n n 1112 13+++ 0 00 00 1 010 01 1 0010 0100 0110 1000 100 10 1 110 11 1 000 1 011 1 010 1 001 1 图A6-1 电路的逻辑功能：是一个五进制计数器，计数顺序是从0到4循环。 [6.2] 试分析图P6-2时序电路的逻辑功能,写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。A 为输入逻辑变量。 图P6-2 [解] 驱动方程：21 Q A D =， 21 2Q Q A D = 状态方程：n n Q A Q 21 1 =+， )(122112n n n n n Q Q A Q Q A Q +==+ 输出方程：21Q Q A Y = 表6-2 由状态方程可得状态转换表，如表6-2所示；由状态转换表 可得状态转换图，如图A6-2所示。 电路的逻辑功能是：判断A 是否连续输入四个和四个以上“1” 信号，是则Y=1，否则Y=0。 图A6-2 [6.3] 试分析图P6-3时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动。 图P6-3 [解] 321Q Q J =，11=K ； 12Q J =，312Q Q K =； 23213Q K Q Q J ==， =+11n Q 32Q Q ·1Q ； 211 2 Q Q Q n =++231Q Q Q ； 3232113Q Q Q Q Q Q n +=+ Y = 32Q Q 电路的状态转换图如图A6-3所示，电路能够自启动。 图A6-3 [6.4] 分析图P6-4给出的时序电路，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说明电路实现的功能。A 为输入变量。 n n Q AQ 12 Y Q Q n n 1 112++ 000 00 1 010 01 1 100 11 1 110 10 1 010 100 110 00 1 11 1 100 010 000 5-1 分析图5.77所示时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图和时序图。 CLK Z 图5.77 题 5-1图 解：从给定的电路图写出驱动方程为： 0012 10 21()n n n n n D Q Q Q D Q D Q ?=??=?? =?? e 将驱动方程代入D 触发器的特征方程D Q n =+1 ，得到状态方程为： 10012110 12 1()n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q Q +++?=??=??=??e 由电路图可知，输出方程为 2 n Z Q = 根据状态方程和输出方程，画出的状态转换图如图题解5-1(a ）所示，时序图如图题解5-1(b ）所示。 题解5-1(a ）状态转换图 1 Q 2/Q Z Q 题解5-1(b ）时序图 综上分析可知，该电路是一个四进制计数器。 5-2 分析图5.78所示电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。A 为输入变量。 Y A 图5.78 题 5-2图 解：首先从电路图写出驱动方程为： () 0110101()n n n n n D AQ D A Q Q A Q Q ?=? ?==+?? 将上式代入触发器的特征方程后得到状态方程 () 1011 10101()n n n n n n n Q AQ Q A Q Q A Q Q ++?=? ?==+?? 电路的输出方程为： 01n n Y AQ Q = 根据状态方程和输出方程，画出的状态转换图如图题解5-2所示 Y A 题解5-2 状态转换图 综上分析可知该电路的逻辑功能为： 当输入为0时，无论电路初态为何，次态均为状态“00”，即均复位； 当输入为1时，无论电路初态为何，在若干CLK 的作用下，电路最终回到状态“10”。 5-3 已知同步时序电路如图5.79(a)所示，其输入波形如图5.79 (b)所示。试写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图和时序图，并说明该电路的功能。 X (a) 电路图 1234CLK 5678 X (b)输入波形 图5.79 题 5-3图 解：电路的驱动方程、状态方程和输出方程分别为： 0010110001101101 1, ,n n n n n n n n n n J X K X J XQ K X Q X Q XQ X Q XQ Q XQ XQ XQ Y XQ ++?==??==???=+=?? ?=+=+?= 根据状态方程和输出方程，可分别做出11 10,n n Q Q ++和Y 的卡诺图，如表5-1所示。由此 做出的状态转换图如图题解5-3（a)所示，画出的时序图如图题解5-3（b ）所示。 第六章时序逻辑电路复习练习题 一、填空题： 1.构造一个模6计数器需要个状态，个触发器。构成一个1位十进制同步加法计数器至少需要（）个JK触发器，一个1位5进制同步加法计数器至少需要（）个JK触发器。 2.若要构成七进制计数器，最少用_________个触发器，它有______个无效状态。 3.构成一异步n2进制加法计数器需要 n 个触发器，一般将每个触发器接成计数或T’型触发器。计数脉冲输入端相连，高位触发器的 CP 端与邻低位Q端相连。 4. 一个4位移位寄存器，经过 4 个时钟脉冲CP后，4位串行输入数码全部存入寄存器；再经过 4 个时钟脉冲CP后可串行输出4位数码。 5. 要组成模15计数器，至少需要采用 4 个触发器。 6.按计数器中各触发器翻转时间可分为_同步计数器_，异步计数器_。 7. 74LS161是_a_（a.同步b.异步）二进制计数器。它具有_清除_，_置数__，_保持_和计数等四种功能。 8. 74LS290是__b__（a.同步b.异步）非二进制计数器。 9.在计数过程中，利用反馈提供置数信号，使计数器将指定数置入，并由此状态继续计数，可构成N进制计数器，该方法有_同步_置数和_异步置数两种。 10.将模为M和N的两片计数器a_（a.串接b.并接），可扩展成__M*N__进制的计数器。 二、选择题： 1、一个计数器的状态变化为：000 001 010 011 100 000，则该计数器是（ 2 ）进制（3 ）法计数器。 （1）4 （2）5 （3）加（4）减 2、用n个触发器构成计数器，可得到的最大计数长度为（ A ） A. 2n B.2n C.2n D.n 3、一块7490十进制计数器中,它含有的触发器个数是( A ) A. 4 B. 2 C. 1 D. 6 4.一位8421BCD码计数器至少需要（B）个触发器。 A.3 B.4 C.5 D.10 5、利用中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法有( ABC ) A.复位法 B.预置数法 C.级联复位法 三．判断题 （1）异步时序电路的各级触发器类型不同。（×）（2）把一个5进制计数器与一个10进制计数器串联可得到15进制计数器。（×）（3）具有 N 个独立的状态，计满 N 个计数脉冲后，状态能进入循环的时序电路，称之模N计数器。（√） （4）计数器的模是指构成计数器的触发器的个数。（×）1、二进制加法计数器从0计数到十进制24时，需要5个触发器构成，有7个 实验二 时序逻辑电路的设计 一、实验目的： 1、 掌握时序逻辑电路的分析方法。 2、 掌握VHDL 设计常用时序逻辑电路的方法。 3、 掌握时序逻辑电路的测试方法。 4、 掌握层次电路设计方法。 5、 理解时序逻辑电路的特点。 二、实验的硬件要求： 1、 EDA/SOPC 实验箱。 2、 计算机。 三、实验原理 1、时序逻辑电路的定义 数字逻辑电路可分为两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元（触发器、锁存器等），主要由逻辑门电路构成，电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关，而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路，其输出不仅跟当前电路的输入有关，还和输入信号作用前电路的状态有关。 2、同步时序逻辑电路的设计方法 同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据实际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的电路。同步时序电路的设计过程： （1）根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表。 ①明确电路的输入条件和相应的输出要求，分别确定输入变量和输出变量的数目和符号； ②找出所有可能的状态和状态转换之间的关系； ③根据原始状态图建立原始状态表； （2）状态化简---求出最简状态图。 合并等价状态，消去多余状态的过程称为状态化简。 等价状态：在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。 （3）状态编码（状态分配）。 给每个状态赋以二进制代码的过程。 根据状态数确定触发器的个数，n n M 221-≤∠（M 为状态数；n 为触发器的个数）。 （4）选择触发器的类型。 （5）求出电路的激励方程和输出方程。 （6）画出逻辑图并检查自启动能力。 3、时序逻辑电路的特点及设计时的注意事项 ①时序逻辑电路与组合逻辑电路相比，输出会延时一个时钟周期。 ②时序逻辑电路一般容易消除“毛刺”。 ③用VHDL 描述时序逻辑电路时，一般只需将时钟信号和异步控制（如异步复位）信号作为敏感信号。《时序逻辑电路》练习题及答案
第5章--时序逻辑电路习题解答
最新数字电路第六章时序逻辑电路练习题CAO
实验二 时序逻辑电路的设计[1]
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