《电子线路分析与制作》学习领域教案
NO：20
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。
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21章 触发器和时序逻辑电路 191、触发器按其工作状态是否稳定可分为( b )。 (a)RS 触发器，JK 触发器，D 触发器，T 触发器； (b)双稳态触发器，单稳态触发器，无稳态触发器； (c)主从型触发器，维持阻塞型触发器。 192、逻辑电路如图所示，当A=“1”时，基本RS 触发器( c )。 (a)置“1”； (b)置“0”； (c)保持原状态。 ≥1A ""1R D Q Q S D 193、 逻辑电路如图所示，分析C ，S ，R 的波形，当初始状态为“0”时，输出Q 是“0”的瞬间为( c )。 (a)1t ； (b)2t ； (c)3t 。 C S R t 1t 2t 3S C R D R S D Q Q 194、 某主从型JK 触发器，当J=K=“1”时，C 端的频率f=200Hz ，则Q 的频率为( c )。 (a)200Hz ； (b)400Hz ； (c)100Hz 。 195、逻辑电路如图所示，当A=“1”时，C 脉冲来到后JK 触发器( a )。 (a)具有计数功能； (b)置“0”； (c)置“1”。 ≥1 A J C R D K S D Q Q "" 1""1 196、 逻辑电路如图所示，A=“0”时，C 脉冲来到后D 触发器( b )。 (a)具有计数器功能； (b)置“0”； (c)置“1”。
D C Q Q & A 197、逻辑电路如图所示，分析C 的波形，当初始状态为“0”时，输出Q 是“0”的瞬间为( a )。 (a) 1t ； (b)2t ； (c)3t 。 D C Q Q C t 1t 2t 3 198、逻辑电路如图所示，它具有( a )。 (a)D 触发器功能； (b)T 触发器功能； (c)T'触发器功能。 J C R D K S D Q Q 1 199、逻辑电路如图所示，它具有( b )。 (a)D 触发器功能； (b)T 触发器功能； (c)T'触发器功能。 J C R D K S D Q Q 200、时序逻辑电路与组合逻辑电路的主要区别是( c )。 (a)时序电路只能计数，而组合电路只能寄存； (b)时序电路没有记忆功能，组合电路则有； (c)时序电路具有记忆功能，组合电路则没有。 201、寄存器与计数器的主要区别是( b )。 (a)寄存器具有记忆功能，而计数器没有； (b)寄存器只能存数，不能计数，计数器不仅能连续计数，也能存数； (c)寄存器只能存数，计数器只能计数，不能存数。 202、移位寄存器与数码寄存器的区别是( a )。 (a)前者具有移位功能，后者则没有； (b)前者不具有移位功能，后者则有； (c)两者都具有移位功能和计数功能。
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：数字逻辑电路设计实践 第 4 次实验 实验名称：基本时序逻辑电路 院（系）：信息科学与工程学院专业：信息工程姓名：学号： 实验室: 实验组别： 同组人员：无实验时间： 评定成绩：审阅教师：
时序逻辑电路 一、实验目的 1.掌握时序逻辑电路的一般设计过程； 2.掌握时序逻辑电路的时延分析方法，了解时序电路对时钟信号相关参数的基本要求； 3.掌握时序逻辑电路的基本调试方法； 4.熟练使用示波器和逻辑分析仪观察波形图，并会使用逻辑分析仪做状态分析。 二、实验原理 1.时序逻辑电路的特点（与组合电路的区别）： ——具有记忆功能，任一时刻的输出信号不仅取决于当时的输出信号，而且还取决于电路原来的值，或者说还与以前的输入有关。 2.时序逻辑电路的基本单元——触发器（本实验中只用到D触发器） 触发器实现状态机（流水灯中用到） 3.时序电路中的时钟 1)同步和异步（一般都是同步，但实现一些任意模的计数器时要异步控制时钟端） 2)时钟产生电路（电容的充放电）：在内容3中的32768Hz的方波信号需要自己通过 电路产生，就是用到此原理。 4.常用时序功能块 1)计数器（74161） a)任意进制的同步计数器：异步清零；同步置零；同步置数；级联 b)序列发生器 ——通过与组合逻辑电路配合实现（计数器不必考虑自启动） 2)移位寄存器（74194） a)计数器（一定注意能否自启动） b)序列发生器（还是要注意分析能否自启动） 三、实验内容 1.广告流水灯 a.实验要求 用触发器、组合函数器件和门电路设计一个广告流水灯，该流水等由8个LED组成，工作时始终为1暗7亮，且这一个暗灯循环右移。 ①写出设计过程，画出设计的逻辑电路图，按图搭接电路。 ②将单脉冲加到系统时钟端，静态验证实验电路。 ③将TTL连续脉冲信号加到系统时钟端，用示波器和逻辑分析仪观察并记录时钟脉冲 CLK、触发器的输出端Q2、Q1、Q0和8个LED上的波形。 b．实验数据 ①设计电路。 1）问题分析 流水灯的1暗7亮对应8个状态，故可采用3个触发器实现；而且题目要求输出8个信号控制8个灯的亮暗，故可以把3个触发器的输出加到3-8译码器的控制端，对应的8个译码器输出端信号控制8个灯的亮暗。
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。
第12 章习题 12-1填空题 1. 数字电路分为组合逻辑和时序逻辑两大类。 2. 时序逻辑电路的输出取决于输入状态和输入前的输出状态，因此电路具有记忆功能。触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，其本身也由门电路构成，但其中包含有反馈环节，因此它是时序逻辑电路的基本单元。 3. 集成触发器的置1端可以根据需要预先将触发器置1，置0 端可以根据需要预先将触发器置0，而不受时序脉冲的同步控制。 4. 计数器统计的是CP脉冲的个数，它有3种分类方法，按计数进位不同，分为二进制、十进制和任意进制计数器；按计数规律不同，分为加法、减法和可逆计数器；按计数器中触发器翻转是否同步分为同步计数器和异步计数器，其中同步计数器的计数速度较快。 5. 寄存器是一种能够接收、暂存、传递数码或指令等信息的逻辑部件，它一般由触发器构成，且每个触发器只能存储1 位二进制信息。 6. 半导体存储器有两种，一种称为随机存取存储器，简称RAM；另一种称为只读存储器，简称ROM。 7. 存储器的存储容量是指存储器能够存储0 和1 的个数，一般用 字数×位数来表示。字数指字线的数目，位数指数据线的总的数目。
8. 移位寄存器按移位方向的不同分为左移寄存器、右移寄存器和 双向移位寄存器。 9. 在所有触发器中，JK 触发器的逻辑功能是最完善的，它没有同步触发器的空翻现象，也没有同步触发器状态不定的现象，而且比D触发器和T触发器的功能齐全。 10. JK触发器的逻辑功能是J=0，K=0时，Q=0 ；J=0，K=1时，Q=0 ；J=1，K=0时，Q=1 ；J=1，K=1时，翻转。输入信号过后保持输入信号到来时的功能称为记忆功能，翻转功能称为计数功能。 11. D触发器的逻辑功能可概括为输出端Q的状态永远与输入端D的状态相同，但在画波形图时应为D触发器的Q态与输入端的D态相同。 12. RS触发器的逻辑功能可概括为：R端和S端同时无效时，触发器 保持原状态；R端和S端同时有效时，触发器处于不定状态；R端有效，S端无效时，触发器处于1状态；R端无效，S端有效时，触发器处于0 状态。 13. 某压力报警系统的逻辑电路如图12-42所示。已知压力传感器压力安全时输出为0，压力不安全时输出为1。按钮开关S是供维修人员使用的。通过阅读逻辑电路图可知:
第5章时序逻辑电路 5.1 时序逻辑电路的基本概念 1.时序逻辑电路的结构及特点 时序逻辑电路在任何时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关，触发器就是最简单的时序逻辑电路，时序逻辑电路中必须含有存储电路。时序电路的基本结构如图 5.1 所示，它由组合电路和存储电路两部分组成。 图5.1 时序逻辑电路框图 时序逻辑电路具有以下特点： （1）时序逻辑电路通常包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路要记忆给定时刻前的输入输出信号，是必不可少的。 （2）时序逻辑电路中存在反馈，存储电路的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入信号一起，共同决定组合逻辑电路的输出。 2.时序逻辑电路的分类 （1）按时钟输入方式 时序电路按照时钟输入方式分为同步时序电路和异步时序电路两大类。同步时序电路中，各触发器受同一时钟控制，其状态转换与所加的时钟脉冲信号都是同步的；异步时序电路中，各触发器的时钟不同，电路状态的转换有先有后。同步时序电路较复杂，其速度高于异步时序电路。 （2）按输出信号的特点 根据输出信号的特点可将时序电路分为米里（Mealy）型和摩尔（Moore）型两类。米里型电路的外部输出Z既与触发器的状态Q n有关，又与外部输入X有
关。而摩尔型电路的外部输出Z仅与触发器的状态Q n有关，而与外部输入X无关。 （3）按逻辑功能 时序逻辑电路按逻辑功能可划分为寄存器、锁存器、移位寄存器、计数器和节拍发生器等。 3.时序逻辑电路的逻辑功能描述方法 描述一个时序电路的逻辑功能可以采用逻辑方程组（驱动方程、输出方程、状态方程）、状态表、状态图、时序图等方法。这些方法可以相互转换，而且都是分析和设计时序电路的基本工具。 5.2 时序逻辑电路的分析方法和设计方法 1.时序逻辑电路的分析步骤 （1）首先确定是同步还是异步。若是异步，须写出各触发器的时钟方程。（2）写驱动方程。 （3）写状态方程（或次态方程）。 （4）写输出方程。若电路由外部输出，要写出这些输出的逻辑表达式，即输出方程。 （5）列状态表 （6）画状态图和时序图。 （7）检查电路能否自启动并说明其逻辑功能。 5.2.1 同步时序逻辑电路的设计方法 1.同步时序逻辑电路的设计步骤 设计同步时序电路的一般过程如图5.10所示。 图5.10 同步时序电路的设计过程
第七章 几种常用的时序逻辑电路 一、填空题 1.（9-1易）与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的特点是：任何时刻的输出信号不仅与____________有关，还与____________有关，是______（a.有记忆性b.无记忆性）逻辑电路。 2.（9-1易）触发器是数字电路中______（a.有记忆b.非记忆）的基本逻辑单元。 3.（9-1易）在外加输入信号作用下，触发器可从一种稳定状态转换为另一种稳定状态，信号终止，稳态_________（a.不能保持下去 b. 仍能保持下去）。 4.（9-1中）JK 触发器是________（a.CP 为1有效b.CP 边沿有效）。 5.（9-1易）1n n n Q JQ KQ +=+是_______触发器的特性方程。 6.（9-1中）1n n Q S RQ +=+是________触发器的特性方程，其约束条件为___________。 7.（9-1易）1n n n Q TQ TQ +=+是_____触发器的特征方程。 8. （9-1中）在T 触发器中，若使T=____，则每输入一个CP ，触发器状态就翻转一次，这种具有翻转功能的触发器称为'T 触发器，它的特征方程是________________。 9.（9-1难）我们可以用JK 触发器转换成其他逻辑功能触发器，令 __________________，即转换成T 触发器；令_______________， 即转换为'T 触发器；令________________，即转换成D 触发器。 10.（9-1难）我们可以用D 触发器转换成其他逻辑功能触发器，令 __________________，即转换成T 触发器；令_______________， 即转换为'T 触发器。
触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，触发器按逻辑功能分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器和T′触发器等多种类型；按其电路结构分为主从型触发器和维持阻塞型触发器等。 1．JK触发器 （1）JK触发器符号及功能 JK触发器有两个稳定状态：一个状态是Q＝1，Q=0，称触发器处于“1”态，也叫置位状态；另一个状态是Q＝0，Q＝1，称触发器处于“0”态，也叫复位状态。JK触发器具有“置0”、“置1”、保持和翻转功能，符号如图l所示。 反映JK触发器的Q n和Q n、J、K之间的逻辑关系的状态表见表1。状态表中，Qn表示时钟脉冲来到之前触发器的输出状态，称为现态，Q n+1表示时钟脉冲来到之后的状态，称为次态。
图l JK触发器符号表1 JK触发器的状态表 JK触发器的特性方程为 JK触发器的种类很多，有双JK触发器74LS107，双JK触发器74LS114，741S112，74HC73，74HCT73等，有下降沿触发的，也有上升沿触发的。图l所示的JK触发器是下降沿触发的。
（2）双JK触发器74LS76 74LS76是有预置和清零功能的双JK触发器，引脚如图2所示，有16个引脚。功能表见表2，74LS76是下降沿触发的。 图2 74LS76引脚图表 2 74LS76的功能表 ①当R D＝0，S D＝1时
不论CP，J，K如何变化，触发器的输出为零，即触发器为“0”态。由于清零与CP脉冲无关，所以称为异步清零。 ②当R D＝1，S D＝0时 不论CP，J，K如何变化，触发器可实现异步置数，即触发器处于“1”态。 ③当R D＝1，S D＝1时 只有在CP脉冲下降沿到来时，根据J，Κ端的取值决定触发器的状态，如无CP脉冲下降沿到来，无论有无输人数据信号，触发器保持原状态不变。 2．D触发器 （1）D触发器符号及功能 D触发器具有置“0”和置“1”功能，其逻辑符号如图3所示，其逻辑功能为：在CP上升沿到来时，若D＝I，则触发器置1；若D＝0，则触发器置0，D触发器的特性方程为 D触发器的状态表见表3
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
第21章时序逻辑电路 S13101B 在逻辑电路中，任意时刻的输出状态仅取决于该时刻输入信号的状态，而与信号作用前电路的状态无关，这种电路称为。因此，在电路结构上一般由 组合而成。 解： 组合逻辑电路，门电路 S13102B 在任何时刻，输出状态仅仅决定于同一时刻各输入状态的组合，而与电路以前所处的状态无关的逻辑电路称为，而若逻辑电路的输出状态不仅与输出变量的状态有关，而且还与系统原先的状态有关，则称其为。 解： 组合逻辑电路，时序逻辑电路。 S13102I 在同步计数器中，各触发器的CP输入端应接时钟脉冲。 解： 同一 S13201B 有四个触发器的二进制计数器，它的计数状态有( )。 A. 8 B. 16 C. 256 D. 64 解： B S13104B 个逻辑电路，如果某一给定时刻t的输出不仅决定于该时刻t的输入，而且还决定于该时刻前电路所处的状态，则这样的电路称为电路。 解： 时序 S13105B 一个逻辑电路，如果某一给定时刻t的稳态输出仅决定于该时刻的输入，而与t前的状态无关，则这样的电路称为电路。 解： 组合 S13106B 按触发器状态更新方式划分，时序电路可分为和两大类。 解： 同步、异步 S13108B 计数器中有效状态的数目，称为计数器的。 解： 模或长度
S13106N 如图所示电路是 步 进制计数据。 解： 异，十六 S13107N 如图所示电路是 步，长度为 的 法计数器。 解： 异，8，加 S13108N 在如图所示电路中，若将第二级、第三级触发器的CP 改接在21Q Q 、上，则该电路是 步，长度为 的 法计数器。 解： 异，8，减 S13110N 如图所示电路是 步，长度为 的 法计数器。 解： 异，4，加 S13111N 如图所示电路是 步，长度为 的 法计数器。 解： 异，8，减
触发器是构成时序逻辑电路的基本单元
触发器是构成时序逻辑电路的基本单元
触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，触发器按逻辑功能分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T 触发器和T′触发器等多种类型；按其电路结构分为主从型触发器和维持阻塞型触发器等。 1．JK触发器 （1）JK触发器符号及功能 JK触发器有两个稳定状态：一个状态是Q＝1，Q=0，称触发器处于“1”态，也叫置位状态；另一个状态是Q＝0，Q＝1，称触发器处于“0”态，也叫复位状态。JK触发器具有“置0”、“置1”、保持和翻转功能，符号如图l所示。 反映JK触发器的Q n和Q n、J、K之间的逻辑关系的状态表见表1。状态表中，Qn表示时钟脉冲来到之前触发器的输出状态，称为现态，Q n+1表示时钟脉冲来到之后的状态，称为次态。
图l JK触发器符号表1 JK触发器的状态表 JK触发器的特性方程为 JK触发器的种类很多，有双JK触发器74LS107，双JK触发器74LS114，741S112，74HC73，74HCT73等，有下降沿触发的，也有上升沿触发的。图l所示的JK触发器是下降沿触发的。 （2）双JK触发器74LS76 74LS76是有预置和清零功能的双JK触发器，引脚如图2所示，有16个引脚。功能表见表2，74LS76是下降沿触发的。
图2 74LS76引脚图表 2 74LS76的功能表 ①当R D＝0，S D＝1时 不论CP，J，K如何变化，触发器的输出为零，即触发器为“0”态。由于清零与CP脉冲无关，所以称为异步清零。 ②当R D＝1，S D＝0时
不论CP，J，K如何变化，触发器可实现异步置数，即触发器处于“1”态。 ③当R D＝1，S D＝1时 只有在CP脉冲下降沿到来时，根据J，Κ端的取值决定触发器的状态，如无CP脉冲下降沿到来，无论有无输人数据信号，触发器保持原状态不变。 2．D触发器 （1）D触发器符号及功能 D触发器具有置“0”和置“1”功能，其逻辑符号如图3所示，其逻辑功能为：在CP上升沿到来时，若D＝I，则触发器置1；若D＝0，则触发器置0，D触发器的特性方程为 D触发器的状态表见表3 图3 D触发器的逻辑符图3 D触发器的逻辑符
实验三时序逻辑电路 学习目标： 1、掌握时序逻辑电路的一般设计过程 2、掌握时序逻辑电路的时延分析方法，了解时序电路对时钟信号相关参数的基本要求 3、掌握时序逻辑电路的基本调试方法 4、熟练使用示波器和逻辑分析仪观察波形图 实验内容： 1、广告流水灯（第9 周课内验收）用触发器、组合函数器件和门电路设计一个广告流水灯，该流水灯由8 个LED 组成，工作时始终为1 暗7 亮，且这一个暗灯循环右移。 (1) 写出设计过程，画出设计的逻辑电路图，按图搭接电路 (2) 将单脉冲加到系统时钟端，静态验证实验电路 (3) 将TTL 连续脉冲信号加到系统时钟端，用示波器观察并记录时钟脉冲CP、触发器的输出端Q2、Q1、Q0 和8 个LED 上的波形。 2、序列发生器（第10 周课内实物验收计数器方案）分别用MSI 计数器和移位寄存器设计一个具有自启动功能的01011 序列信号发生器 (1) 写出设计过程，画出电路逻辑图 (2) 搭接电路，并用单脉冲静态验证实验结果 (3) 加入TTL 连续脉冲，用示波器观察观察并记录时钟脉冲CLK、序列输出端的波形。 3、4 位并行输入-串行输出曼切斯特编码电路（第10周课内验收，基础要求占70%，扩展要求占30%） 在电信与数据存储中, 曼彻斯特编码（Manchester coding），又称自同步码、相位编码（phase encoding，PE），它能够用信号的变化来保持发送设备和接收设备之间的同步，在以太网中，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码用电压的变化来分辨0 和1，从高电平到低电平的跳变代表0，而从低电平到高电平的跳变代表1。信号的保持不会超过一个比特位的时间间隔。即使是0 或1 的序列，信号也将在每个时间间隔的中间发生跳变。这种跳变将允许接收设备的时钟与发送设备的时钟保持一致，图3.1 为曼切斯特编码的例子。 设计一个电路，它能自动加载4 位并行数据，并将这4位数据逐个串行输出（高位在前），每个串行输出位都被编码成曼切斯特码，当4 位数据全部传输完成后，重新加载新数据，继续传输，如图3.2 所示。
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
第8章 触发器和时序逻辑电路及其应用习题解答 8.1 已知基本RS 触发器的两输入端D S 和D R 的波形如图8-33所示，试画出当基本RS 触发器初始状态分别为0和1两种情况下，输出端Ｑ的波形图。 图8-33 习题8.1图 解：根据基本RS 触发器的真值表可得：初始状态为0和1两种情况下，Ｑ的输出波形分别如下图所示： 习题8.1输出端Ｑ的波形图 8.2 已知同步RS 触发器的初态为0，当S 、R 和CP 的波形如图8-34所示时，试画出输出端Ｑ的波形图。 图8-34 题8.2图 解：根据同步RS 触发器的真值表可得：初始状态为0时，Ｑ的输出波形分别如下图所示：
习题8.2输出端Ｑ的波形图 8.3 已知主从JK触发器的输入端CP、J和K的波形如图8-35所示，试画出触发器初始状态分别为0时，输出端Ｑ的波形图。 图8-35 习题8.3图 解：根据主从JK触发器的真值表可得：初始状态为0情况下，Ｑ的输出波形分别如下图所示： 习题8.3输出端Ｑ的波形图 8.4 已知各触发器和它的输入脉冲CP的波形如图8-36所示，当各触发器初始状态均为1时，试画出各触发器输出Ｑ端和Q端的波形。
图8-36 习题8.4图 解：根据逻辑图及触发器的真值表或特性方程，且将驱动方程代入特性方程可得状态方程。即：（a ）J ＝K ＝1；Ｑn ＋ 1＝n Ｑ，上升沿触发（ｂ）J ＝K ＝1；Ｑn ＋ 1＝n Ｑ， 下降沿触发 （ｃ）K ＝0，J ＝1；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝1，上升沿触发 （ｄ）K ＝1，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０·Ｑn ＝n Ｑ，上升沿触发 （ｅ）K ＝Ｑn ，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０＝n Ｑ，上升沿触发 （ｆ）K ＝Ｑn ，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０＝n Ｑ，下降沿触发， 再根据边沿触发器的触发翻转时刻，可得当初始状态为1时，各个电路输出端Ｑ的波形分别如图（a ）、（b ）、（c ）、（d ）、（e ）和（f ）所示，其中具有计数功能的是：（a ）、（b ）、（d ）、（e ）和（f ）。各个电路输出端Ｑ的波形与相应的输出端Ｑ的波形相反。 习题8.4各个电路输出端Ｑ的波形图
自我测验题 1．图T4.1所示为由或非门构成的基本SR锁存器，输入S、R的约束条件是。A．SR=0B．SR=1C．S+R=0D．S+R=1 Q G 22 Q R S 图T4.1图T4.2 2．图T4.2所示为由与非门组成的基本SR锁存器，为使锁存器处于“置1”状态， 其R S?应为。 A．R S?=．R S?=10D．R S?=11 3．SR锁存器电路如图T4.3所示，已知X 、Y波形，判断Q的波形应为A、B、C、D 中的。假定锁存器的初始状态为0。 X Y X Y A B C D 不定 不定 （a）(b) 图T4.3 4．有一T触发器，在T=1时，加上时钟脉冲，则触发器。 A．保持原态B．置0C．置1D．翻转 5．假设JK触发器的现态Q n=0，要求Q n+1=0，则应使。 A．J=×，K=0B．J=0，K=×C．J=1，K=×D．J=K=1 6．电路如图T4.6所示。实现A Q Q n n+ = +1的电路是。
A A A A A ． B ． C ． D ． 图T4.6 7．电路如图T4.7所示。实现n n Q Q =+1的电路是 。 CP CP CP A ． B ． C ． D ． 图T4.7 8．电路如图T4.8所示。输出端Q 所得波形的频率为CP 信号二分频的电路为。 1 A ． B ． C ． D ． 图T4.8 9．将D 触发器改造成T T Q 图T4.9 A ．或非门 B ．与非门 C ．异或门 D ．同或门 10．触发器异步输入端的作用是。 A ．清0 B ．置1 C ．接收时钟脉冲 D ．清0或置1 11．米里型时序逻辑电路的输出是。 A ．只与输入有关
《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
触发器和时序逻辑电路测试题 （十二章，十三章） 一、填空题 1、存放N为二进制数码需要_______个触发器。 2、一个四位二进制减法计数器状态为_______时，在输入一个计数脉冲，计数状 态为1111，然后向高位发_____信号。 3、时序逻辑电路在结构方面的特点是;由具有____逻辑门电路和具有______的 触发器两部分组成。 4、十进制计数器最少要用______个触发器。 5、用N个触发器可以构成存放_______位二进制代码寄存器。 6、在数字电路系统中，按逻辑功能和电路特点，各种数字集成电路可分位 ________逻辑电路和_________逻辑电路两大类。 7、8421BCD码位1001，它代表的十进制是_________。 8、8421BCD码的二一进制计数器当前计数状态是1000，再输入三个计数脉冲， 计数状态位________。 9、数码寄存器主要由______和______组成，起功能是用来暂存_______数码。 10、同步计数器各个触发器的状态转换，与________同步，具有______特点。 11、寄存器在断电后，锁存的数码_______。 12、4个触发器构成8421BCD码计数器，共有______个无效状态，即跳过二 进制数码_________到______6个状态。 二、判断题、 1、移位寄存器每输入一个脉冲时，电路中只有一个触发器翻转。（） 2、移位寄存器即可并行输出也可串行输出。（） 3、右移寄存器存放的数码将从低位到高位，依次串行输入。（） 4、八位二进制能表示十进数的最大值是256. （） 5、表示一位十进制数至少需要二位二进制。（） 6、触发器实质上就是一种功能最简单的时序逻辑电路，是时序逻辑存储记忆的基础。（） 7、数码寄存器存放的数码可以并行输入也可以串行输入。（） 8、显示器属于时序逻辑电路类型。（） 9、计数器、寄存器和加法器都属于时序逻辑电路。（） 10、时序逻辑电路具有记忆功能。（） 11、用4个触发器可构成4位二进制计数器。（）