第六章时序逻辑电路
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第6章 时序逻辑电路
J 和 K 接为互反，相当于一个D触发器。时钟相连 是同步时序电路。
电路功能： 有下降沿到来时，所有Q端更新状态。
2、移位寄存器 在计算机系统中，经常要对数据进行串并转换，移 位寄存器可以方便地实现这种转换。
左移移位寄存器
•具有左右移位功能的双向移位寄存器
理解了前面的左移移位寄存器，对右移移位寄存器 也就理解了，因位左右本身就是相对的。实际上，左右 移位的区别在于：N触发器的D端是与 Q N+1相连，还是 与Q N-1相连。
第六章 时序逻辑电路
如前所述，时序逻辑电路的特点是 —— 任一时刻 的输出不仅与当前的输入有关，还与以前的状态有关。
时序电路以触发器作为基本单元，使用门电路加以 配合，完成特定的时序功能。所以说，时序电路是由组 合电路和触发器构成的。
与学习组合逻辑电路相类似，我们仍从分析现成电 路入手，然后进行时序逻辑电路的简单设计。
状态化简 、分配
用编码表示 给各个状态
选择触发器 的形式
确定各触发器 输入的连接及 输出电路
NO 是否最佳 ？
YES
设计完成
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计：
书例7-9 一个串行输入序列的检测电路，要求当序
列连续出现 4 个“1”时，输出为 1，作为提示。其他情 况输出为 0。
如果不考虑优化、最佳，以我们现有的知识可以很
第二步： 状态简化
前面我们根据前三位可能的所有组合，设定了 8 个
状态A ~ H，其实仔细分析一下，根本用不了这么多状态。
我们可以从Z=1的可能性大小的角度，将状态简化为
4 个状态：
a
b
c
d
A 000
B 100
D 110
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
第6章-时序逻辑电路
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。
解：由所给电路图可写出该电路的状态方程和输出方程，分别为1n nQ A QZAQ+=⊕=其状态表如表题解6.2.1所示，状态图如图题解6.2.1（a）所示，Q和Z的波形图如图题解6.2.1（b）所示。
6.2.2 试分析图题6.2.2（a）所示时序电路，画出其状态表和状态图。
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。
第六章 时序逻辑电路
Y Q* 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1
0 0 1 0 0
图6.2.2
6.2.时序逻辑电路的分析方法
三、时序图： 在时钟脉冲 序列的作用下， 电路的状态、输 出状态随时间变 化的波形叫做时 序图。由状态转 换表或状态转换 图可得图6.2.3所 示 图6.2.3
6.2.时序逻辑电路的分析方法
K1 1
6.2.时序逻辑电路的分析方法
（2) 状态方程：
JK触发器的特性方程
Q J Q K Q
*
将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得出电 路的状态方程，即
K1 1 J 1 ( Q 2 Q 3 ) , K 2 ( Q 1Q 3 ) J 2 Q1 , J QQ , K 3 Q2 1 2 3
设初态Q3Q2Q1=000，由状态方程可得：
CLK Q3 Q2 Q1 Q *3 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 1 0 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0
Q *2 Q *1 Y 0 1 0
Q 1 * ( Q 2 Q 3 ) Q 1 Q 2 * Q 1 Q 2 Q 1Q 3 Q 2 Q * Q Q Q Q Q 1 2 3 2 3 3
1 1 0 0 1 0 0
0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 1 1
由状态转换表可知，为七进制加法计数器，Y为进位 脉冲的输出端。
6.2.时序逻辑电路的分析方法
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 由状态转换表可得状态转换图 如图6.2.2所示
CLK Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1
第六章 时序电路
状态有关。 构成时序逻辑电路的基本单元是触发器。
二、时序逻辑电路的分类：
按 动 作 特 点 可 分 为
同步时序逻辑电路
所有触发器状态的变化都是在 同一时钟信号操作下同时发生。
异步时序逻辑电路
触发器状态的变化不是同时发生。
按 输 出 特 点 可 分 为
米利型时序逻辑电路(Mealy)
输出不仅取决于存储电路的状态，而且还 决定于电路当前的输入。
Q2 Q1 Q0
/Y
/0 /0 000→001→011 /1↑ ↓/0
CP Q0 010 Q1 Q2 Y
/0 101 /1 (b) 无效循环
100←110←111 /0 /0 (a) 有效循环
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数
字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个
状态是按递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法 计数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从 000开始计数，并产生输出Y
Q=0时
LED亮
RD Q0 Q1 D1 Q2 D2 D3 Q3 S1
DIR D0 D1D2D3S0 DIL CLK +5V
74LS194
DIR D0
S0 DIL CLK +5V
清0按键 1秒
S1=0,S0=1
CLK 右移控制
本节小结：
寄存器是用来存放二进制数据或代
码的电路，是一种基本时序电路。任何
画状态转换图
Q3Q2Q1 /Y
000
/1 /1 111
/0
001
/0
010
/0
011 /0
二、时序逻辑电路的分类：
按 动 作 特 点 可 分 为
同步时序逻辑电路
所有触发器状态的变化都是在 同一时钟信号操作下同时发生。
异步时序逻辑电路
触发器状态的变化不是同时发生。
按 输 出 特 点 可 分 为
米利型时序逻辑电路(Mealy)
输出不仅取决于存储电路的状态，而且还 决定于电路当前的输入。
Q2 Q1 Q0
/Y
/0 /0 000→001→011 /1↑ ↓/0
CP Q0 010 Q1 Q2 Y
/0 101 /1 (b) 无效循环
100←110←111 /0 /0 (a) 有效循环
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数
字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个
状态是按递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法 计数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从 000开始计数，并产生输出Y
Q=0时
LED亮
RD Q0 Q1 D1 Q2 D2 D3 Q3 S1
DIR D0 D1D2D3S0 DIL CLK +5V
74LS194
DIR D0
S0 DIL CLK +5V
清0按键 1秒
S1=0,S0=1
CLK 右移控制
本节小结：
寄存器是用来存放二进制数据或代
码的电路，是一种基本时序电路。任何
画状态转换图
Q3Q2Q1 /Y
000
/1 /1 111
/0
001
/0
010
/0
011 /0
数电第六章时序逻辑电路
• 根据简化的状态转换图，对状态进行编码，画出编码形式 的状态图或状态表
• 选择触发器的类型和个数 • 求电路的输出方程及各触发器的驱动方程 • 画逻辑电路图，并检查电路的自启动能力 EWB
典型时序逻辑集成电路
• 寄存器和移位寄存器 – 寄存器 – 移位寄存器 –集成移位寄存器及其应用 • 计数器 – 计数器的定义和分类 – 常用集成计数器 • 74LVC161 • 74HC/HCT390 • 74HC/HCT4017 – 应用 • 计数器的级联 • 组成任意进制计数器 • 组成分频器 • 组成序列信号发生器和脉冲分配器
– 各触发器的特性方程组：Q n1 J Q n KQ n CP
2. 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组
n n FF0：Q0 1 Q 0 CP n n n FF1：Q1 1 A Q0 Q1 CP
同步时序逻辑电路分析举例(例6.2.2C)
分析时序逻辑电路的一般步骤
• 根据给定的时序电路图写方程式 – 各触发器的时钟信号CP的逻辑表达式(同步、异步之分) – 时序电路的输出方程组 – 各触发器的驱动（激励）方程组 • 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组 • 根据状态方程组和输出方程组,列出该时序电路的状态 表,画状态图或时序图 • 判断、总结该时序电路的逻辑功能
• 电路中存在反馈
驱动方程、激励方程: E F2 ( I , Q )
状态方程 : Q n1 F3 ( E , Q n ) • 电路状态由当前输入信号和前一时刻的状态共同决定
• 分为同步时序电路和异步时序电路两大类
什么是组合逻辑电路?
数字电路讲义-第六章w1
外部连接电路直接列出状态转换表，从而判断整个电路的 功能
4 状态图
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6. 判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点，是否能自启动 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
三、集成异步BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290 激励函数
三、集成异步BCD计数器 异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器 74LS290数据手册
三、集成异步BCD计数器
构成8421BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器
三、集成异步BCD计数器 级联
级联延时
四、同步二进制计数器
四、同步二进制计数器
异步与同步的区别
例6-4 试分析图6-21的计数电路，列出状态转换真值表及 转换图，并说明其功能
解：1. 触发器的激励方程
3.状态转换真值表
2.触发器状态方程
4.状态图
Q0,Q2:11010发生器，Q1:反码
功能 分析
五、集成同步4位二进制加法计数器 工作原理
J3 = Q2Q1Q0 K3= Q2
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6.最后判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
4 状态图
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6. 判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点，是否能自启动 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
三、集成异步BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290 激励函数
三、集成异步BCD计数器 异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器 74LS290数据手册
三、集成异步BCD计数器
构成8421BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器
三、集成异步BCD计数器 级联
级联延时
四、同步二进制计数器
四、同步二进制计数器
异步与同步的区别
例6-4 试分析图6-21的计数电路，列出状态转换真值表及 转换图，并说明其功能
解：1. 触发器的激励方程
3.状态转换真值表
2.触发器状态方程
4.状态图
Q0,Q2:11010发生器，Q1:反码
功能 分析
五、集成同步4位二进制加法计数器 工作原理
J3 = Q2Q1Q0 K3= Q2
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6.最后判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
第六章时序逻辑电路
异步 置0端
CLK异0为步计计数数输器入与端、同Q步0为计输数出器端比，二，进具制有计如数下器 特点： CLK* 1电为计路数简输单入；端、Q3为输出端，五进制计数器 CLK* 1速与Q度0慢相连；、CLK0为输入端、Q3为输出端，十进制计数器
四、任意进制计数器的构成方法 设已知计数器的进制为N,要构成的任意进制计数
圆圈表示电路的各个状态，箭头表示状态表示的方向， 箭头旁注明转换前的输入变量取值和输出值
三、状态机流程图（SM图） 采用类似于编写计算机程序时使用的程序流程图的形
式，表示在一系列时钟脉冲作用下时序电路状态的流程以及 每个状态下的输入和输出。
四、时序图 在输入信号和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。
电路在某一给定时刻的输出
取决于该时刻电路由的触输发入器保存 还取决于前一时刻电路的状态
时序电路： 组合电路 + 触发器
电路的状态与时间顺序有关
例：串行加法器电路
利用D触发器 把本位相加后 的进位结果保 存下来
时序电路在结构上的特点：
（1）包含组合电路和存储电路两个组成部分
（2）存储输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入 信号共同决定组合逻辑电路的输出
串行进位方式以低位片的进位输出信号作为高位片的时 钟输入信号;
并行进位方式以低位片的进位输出信号作为高位片的 工作状态控制信号（计数的使能信号），两片的CLK同时接 计数输入信号。
二、异步计数器
B、减法计数器
二、异步计数器
B、减法计数器
根据T触发器的翻转规律即可画出在一系列CLK0脉冲信号 作用下输出的电压波形。
2、异步十进制计数器
J K端悬空相当于接逻辑1电平 将4位二进制计数器在计数过程中跳过从1010到1111这6个状态。
CLK异0为步计计数数输器入与端、同Q步0为计输数出器端比，二，进具制有计如数下器 特点： CLK* 1电为计路数简输单入；端、Q3为输出端，五进制计数器 CLK* 1速与Q度0慢相连；、CLK0为输入端、Q3为输出端，十进制计数器
四、任意进制计数器的构成方法 设已知计数器的进制为N,要构成的任意进制计数
圆圈表示电路的各个状态，箭头表示状态表示的方向， 箭头旁注明转换前的输入变量取值和输出值
三、状态机流程图（SM图） 采用类似于编写计算机程序时使用的程序流程图的形
式，表示在一系列时钟脉冲作用下时序电路状态的流程以及 每个状态下的输入和输出。
四、时序图 在输入信号和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。
电路在某一给定时刻的输出
取决于该时刻电路由的触输发入器保存 还取决于前一时刻电路的状态
时序电路： 组合电路 + 触发器
电路的状态与时间顺序有关
例：串行加法器电路
利用D触发器 把本位相加后 的进位结果保 存下来
时序电路在结构上的特点：
（1）包含组合电路和存储电路两个组成部分
（2）存储输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入 信号共同决定组合逻辑电路的输出
串行进位方式以低位片的进位输出信号作为高位片的时 钟输入信号;
并行进位方式以低位片的进位输出信号作为高位片的 工作状态控制信号（计数的使能信号），两片的CLK同时接 计数输入信号。
二、异步计数器
B、减法计数器
二、异步计数器
B、减法计数器
根据T触发器的翻转规律即可画出在一系列CLK0脉冲信号 作用下输出的电压波形。
2、异步十进制计数器
J K端悬空相当于接逻辑1电平 将4位二进制计数器在计数过程中跳过从1010到1111这6个状态。
数字电子技术课件第六章 时序逻辑电路(调整序列码)0609
（3）移入数据可控的并行输入移位寄存器
Z
M
Z D3 X Q3MX Q3NX
N 0 1 0 1
Q3n+1 置0 Q3不变 Q3计翻 置1
0 0 1 1
X 0, Z D3 同步（并行）置数 X 1, Z M Q3 NQ3 右移
右移数据由MN组合而定
3、双向移位寄存器 加选通门构成。
t1
t2
t3
存1 个 数 据 占 用1 个 cp
D1 D2 D3、 Q1 Q2 Q3波形略
二、移位寄存器
移位：按指令(cp),触发器状态可 向左右相邻的触发器传递。 功能：寄存，移位。
构成：相同的寄存单元（无空翻触发器）
共用统一的时钟脉冲（同步工作） 分类：单向、双向
1、单向移位寄存器（4位，右移为例，JK触发器构成） （1）电路：4个相同寄存单元(4个JK触发器)； 同步cp为移位指令； 移1(即: Qn+1 =1) → J=1，K=0 移0(即: Qn+1 =0) → J=0，K=1
1
4个脉冲以后 可从Q3～Q0并 行输出1101
2、并行输入移位寄存器
可预置数的移 位寄存器
（1）选通门——与或逻辑，2选1数据选择器 A B X X:控制信号 F=AX+BX X=1,F=A X=0,F=B
1
&
≥1
F
（2）电路（4位，右移，JK触发器构成）
X控制信号：X＝0，置数； X＝1，右移。 Dr右移数据输入端。 D3～D0并行数据输入端。
X控制信号：X＝0，左移，DL左移数据输入端。 X＝1，右移，Dr右移数据输入端；
双向移位寄存器示例，X控制信号：X＝0，左移， X＝1，右移，
第6章 时序逻辑电路
时序逻辑电路的特点？ 寄存器分类？
８位二进制数码需几个触发器来存放？
2021/8/5
37
计数器：用以统计输入时钟脉冲CLK个数的电路。 计数器的分类：
1．按计数进制分 二进制计数器：按二进制数运算规律进行计数的 电路称作二进制计数器。 十进制计数器：按十进制数运算规律进行计数的 电路称作十进制计数器。 任意进制计数器：二进制计数器和十进制计数器 之外的其它进制计数器统称为任意进制计数器。
驱动方程代入特性方程得状态方程。 输出方程：输出变量的逻辑表达式。
2021/8/5
7
2. 状态表
反映输出Z、次 态Q*与输入X、现 态Q之间关系的 表格。
2021/8/5
8
3. 状态图
标注：输入／输出
反映时序电路 箭尾： 状态转换规律， 现态
及相应输入、
输出取值关系
的图形。
箭头： 次态
2021/8/5
2021/8/5
时钟方程、 2
驱动方程和
状态方程
输出方程
3
5 状态图、 状态表或
时序图ห้องสมุดไป่ตู้
4
计算
11
例
1 时钟方程：C2 L C K 1 L C K 0 L C K同钟L 步方时程K 序可电省路去的不时写。
写 输出方程： YQ'1Q2 输出仅与电路现态有关，
方
为穆尔型时序电路。
程 式
驱动方程：JJ21
Q1 Q0
K2 Q1' K1 Q0'
2021/8/5
J0 Q2'
K0 Q2
12
2 求状态方程
JK触发器的特性方程：
JJ21
Q1
８位二进制数码需几个触发器来存放？
2021/8/5
37
计数器：用以统计输入时钟脉冲CLK个数的电路。 计数器的分类：
1．按计数进制分 二进制计数器：按二进制数运算规律进行计数的 电路称作二进制计数器。 十进制计数器：按十进制数运算规律进行计数的 电路称作十进制计数器。 任意进制计数器：二进制计数器和十进制计数器 之外的其它进制计数器统称为任意进制计数器。
驱动方程代入特性方程得状态方程。 输出方程：输出变量的逻辑表达式。
2021/8/5
7
2. 状态表
反映输出Z、次 态Q*与输入X、现 态Q之间关系的 表格。
2021/8/5
8
3. 状态图
标注：输入／输出
反映时序电路 箭尾： 状态转换规律， 现态
及相应输入、
输出取值关系
的图形。
箭头： 次态
2021/8/5
2021/8/5
时钟方程、 2
驱动方程和
状态方程
输出方程
3
5 状态图、 状态表或
时序图ห้องสมุดไป่ตู้
4
计算
11
例
1 时钟方程：C2 L C K 1 L C K 0 L C K同钟L 步方时程K 序可电省路去的不时写。
写 输出方程： YQ'1Q2 输出仅与电路现态有关，
方
为穆尔型时序电路。
程 式
驱动方程：JJ21
Q1 Q0
K2 Q1' K1 Q0'
2021/8/5
J0 Q2'
K0 Q2
12
2 求状态方程
JK触发器的特性方程：
JJ21
Q1
第6章 时序逻辑电路
n n Q1n+1 = Q2 Q3 1n Q n+1 Q2 = Q1n Q2n + Q1n Q3nQ2n n+1 n n Q3 = Q1nQ2 Q3n + Q2 Q3n
n n （3）输出方程 Y = Q2 Q3
2、列状态转换表 CP的顺序 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 现态 次态 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1
Q1n 1 T1 Q1n X Q0n Q1n n Q0 T0 Q0n 1 Q0n Q0n
3
计算、列状态表
输入 X 0 0 0 0 1 1 1 1 现
n 1
态
n 0
次
态
输出
Q X Q Q n1 Q0 Q0n Y Q1nQ0nCP
5.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法
基本步骤：
1.根据给定电路写出其时钟方程、输出方 程、驱动方程 2.求状态方程。
触发器输入信号的逻辑函数式
3.进行状态计算。把电路的输入和现态各种可能取值组 合代入状态方程和输出方程进行计算,得到相应的次态 和输出。 4.画状态图(或时序图)
时序电路分析过程示意图
X
& FF0 1T C1 Q0 FF 1 =1 1T C1 Q1
Y
例
“1”
CP
Q0
Q1
1
同步时序电路，时钟方程省去。 输出方程：
写 方 程 式
Y Q Q CP
n 1 n 0
T1 X Q0n 驱动方程： T0 1
2
求状态方程
T触发器的特性方程：
n n （3）输出方程 Y = Q2 Q3
2、列状态转换表 CP的顺序 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 现态 次态 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1
Q1n 1 T1 Q1n X Q0n Q1n n Q0 T0 Q0n 1 Q0n Q0n
3
计算、列状态表
输入 X 0 0 0 0 1 1 1 1 现
n 1
态
n 0
次
态
输出
Q X Q Q n1 Q0 Q0n Y Q1nQ0nCP
5.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法
基本步骤：
1.根据给定电路写出其时钟方程、输出方 程、驱动方程 2.求状态方程。
触发器输入信号的逻辑函数式
3.进行状态计算。把电路的输入和现态各种可能取值组 合代入状态方程和输出方程进行计算,得到相应的次态 和输出。 4.画状态图(或时序图)
时序电路分析过程示意图
X
& FF0 1T C1 Q0 FF 1 =1 1T C1 Q1
Y
例
“1”
CP
Q0
Q1
1
同步时序电路，时钟方程省去。 输出方程：
写 方 程 式
Y Q Q CP
n 1 n 0
T1 X Q0n 驱动方程： T0 1
2
求状态方程
T触发器的特性方程：
数字电子技术基础 第六章
图6. 3.28
图6.3.27电路的时序图
常见的 异步二进制加法器产品有4位的（如74LS293、 74LS393、74HC393）等、7位的（如CC4024等）、12位的 （如74HC4040等）和14位的（如74HC4020等）几种类型。
2、异步十进制计数器
是在4位异步二进制加法计数器的基础上加以修改得到。 在计数过程中跳过从1010到1111这6个状态。
穆尔型：
状态机：State Machine简称SM。或称算法状态机 (Algorithmic State Machine，简称ASM)。
6.2 时序逻辑电路的分析方法
6.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法 分析步骤：
1、从给定的逻辑图中写出每个触发器的驱动方程。 （存储电路中每个触发器输入信号的逻辑函数式）。 2、将得到的这些驱动方程代入相应触发器的特性方 程，得出每个触发器的状态方程，从而得到由这些状 态方程组成的整个时序电路的状态方程组。 3、根据逻辑图写出电路的输出方程。
图6. 3.38
例6.3.3电路的并行进位方式
图6. 3.39
例6.3.3电路的串行进位方式
例 6.3.4 P304
当M为大于N的素数时，不能分解成N1和N2，不能采用并行 进位方式和串行进位方式。必须采用整体置零方式或整体置 数方式。
图6. 3.40
例6.3.4电路的整体置零方式
整体置零方式： １、先将两片N进制计数器按最简单的方式接成一个大于M进制的计数器（如N*N进 制）。 ２、然后在计数器为M状态时译出异步置零信号，将两片N进制计数器同时置零。 整体置数方式： １、先将两片N进制计数器按最简单的方式接成一个大于M进制的计数器（如N*N进 制）。 ２、然后在选定的某状态下译出LD’=0信号，将两片N进制计数器同时置入适当数 值，获得Ｍ进制计数器。
数电 第6章时序电路
' 2 ' 3 ' 1 ' 3 ' 0 ' (Q1Q0 )Q2 (Q3' (Q1Q0 )' )Q2
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。
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。
时序逻辑电路
代表存储器的输出状态，Q为状态向量
二、按照存储单元状态变化的特点，时序电路可以分成同步时序 电路和异步时序电路两大类。 在同步时序电路中，所有触发器的状态变化都是在同一时钟 信号作用下同时发生的。而在异步时序电路中，各触发器状 态的变化不是同时发生，而是有先有后。异步时序电路根据 电路的输入是脉冲信号还是电平信号，又可分为：脉冲异步 时序电路和电平异步时序电路。
111 0
0 11 0
/0
/0
11 0 1
0 111
/0
/0
1100 /0 1011 /0 1010 /0 1001 /0 1000
第六章 时序逻辑电路— 6.1 概述
Y(tn) = F[X(tn)，Q(tn)] —— 输出方程 Q(tn+1) = G[Z(tn)，Q(tn)] —— 状态方程（对与独立的一个RS、
JK、D触发器称为特征方程） Z(tn) = H[X(tn)，Q(tn)] —— 驱动方程（激励方程） tn，tn+1表示相邻的两个离散时间；q1，q2，…, qL为状态变量，
001 /0
/0 010
011
/1
/1
/0
111
110
/0 101
/0 100
→代表转换方向，输入变量取值写出斜线之上，输出值写在斜线之 下。
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叫 做时序图。
CP
Q1
t
Q2
t
Q3
t
Y
t
t
第六章 时序逻辑电路— 6.3 常用的时序电路分析（寄存器）
一、寄存器：
维持阻塞结构的单拍工 作方式寄存器,其接收数 码时所有数码都是同时 读入的,称此种输入、输 出方式为并行输入，并 CP 行输出方式。
二、按照存储单元状态变化的特点，时序电路可以分成同步时序 电路和异步时序电路两大类。 在同步时序电路中，所有触发器的状态变化都是在同一时钟 信号作用下同时发生的。而在异步时序电路中，各触发器状 态的变化不是同时发生，而是有先有后。异步时序电路根据 电路的输入是脉冲信号还是电平信号，又可分为：脉冲异步 时序电路和电平异步时序电路。
111 0
0 11 0
/0
/0
11 0 1
0 111
/0
/0
1100 /0 1011 /0 1010 /0 1001 /0 1000
第六章 时序逻辑电路— 6.1 概述
Y(tn) = F[X(tn)，Q(tn)] —— 输出方程 Q(tn+1) = G[Z(tn)，Q(tn)] —— 状态方程（对与独立的一个RS、
JK、D触发器称为特征方程） Z(tn) = H[X(tn)，Q(tn)] —— 驱动方程（激励方程） tn，tn+1表示相邻的两个离散时间；q1，q2，…, qL为状态变量，
001 /0
/0 010
011
/1
/1
/0
111
110
/0 101
/0 100
→代表转换方向，输入变量取值写出斜线之上，输出值写在斜线之 下。
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叫 做时序图。
CP
Q1
t
Q2
t
Q3
t
Y
t
t
第六章 时序逻辑电路— 6.3 常用的时序电路分析（寄存器）
一、寄存器：
维持阻塞结构的单拍工 作方式寄存器,其接收数 码时所有数码都是同时 读入的,称此种输入、输 出方式为并行输入，并 CP 行输出方式。
数字电子技术 第6章 时序逻辑电路的设计
17
2.画出次态状态表 画出次态状态表
次态 y=0(down) Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 y=1(up) Q2 Q1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 Q0 1 1 0 0 1 1 0 0
为使电路能自启动，将卡诺图中的最小项 xxx取做有效状态例如010状态，这时Q2n+1 的卡诺图应修改为右图。化简后得到新状 态方程： Q1n+1= Q2n⊕Q3n Q2n+1= Q1n+ Q2nQ3n Q3n+1= Q2n 驱动方程：J1=Q2n⊕Q3n 输出方程：C= Q1n Q2n Q3n K1=Q2n⊕Q3n J2=Q1n+Q3n K2=Q1n J3= Q2n K3= Q2n
检查自启动：设初态为000，来第1个CP脉冲，将跳变为010，进入循环状态，该电路可 以自启动。
11
6.3同步时序逻辑电路设计 同步时序逻辑电路设计 (时钟同步状态机的设计)
1.用状态图设计同步时序逻辑电路 ①状态序有规则的时序电路； ②态序不规则的Moore型； ③Mealy型 2. 使用状态表设计时序逻辑电路 3.使用状态转换表设计时序状态机
8
例2：设计一个串行数据检测器。要求连续输入3个或3个以 上的1时，输出为1，其它情况下输出为0。
(1)因为输入多于3个1，有输出。设输入变量为x；检测 (5)最多连续输入m=3，可选用 结果为输出变量，定义为y；又因连续输入3个1以上有 (7)逻辑电路图： n=2，2个J-K FF，于是可画出次 输出，因此要求同步计数。 态及输出卡诺图。还可分解为3 个卡诺图。 (2)状态分析：初态S0为全0状态，设输入一个1时为S1 态，输入2个1时为S2，输入3个1及以上为S3。 Q1n+1 Q0n+1 y (3)状态转换图如图所示： (4)状态转换表。因为输入m>3和连续输入3个1(m=3)状态是相同的，都停留在S2上，故 (8)检查能否自启动： 状态转换图可以简化成如下。 当电路初态进入11状态后： (6)状态方程：Q1n+1=xQ0Q1+xQ 若x=1时，Q1n+1Q0n+1=10状态为 1 sn S S1 S2 S 0 X 次态；若x=0时，Q1n+1 Q0n+1=00 3 n 驱动方程：J1=xQ0 J0=xQ1 0 S0/0 S0/0 S0/0 S0/0 次态。 输出方程：y=xQ1n 1 S1/0 该电路可以自启动。S2/0 S3/1 S4/1 Q0n+1=xQ1Q0+1Q1 K1=x K0=1 自启动部分
时序逻辑电路
17
5）状态转换表（依次设初态，求次态）
18
状态转换表的另一种形式：
19
6）状态图
20
2、有外部输入的时序电路 例1 试分析图示时序电路。
21
1）驱动方程（输入方程）
T1 X T2 X Q1
2）输出方程
Y X Q1 Q2
22
3）状态方程
由T特性方程： Q*=TQ'+T'Q
第六章 时序逻辑电路
学习要点
了解时序逻辑电路的特点与分类。 掌握时序逻辑电路的分析方法，能熟练分析计数 器等常用时序逻辑电路。 了解时序逻辑电路的设计方法，能设计简单的时 序逻辑电路。
1
6.1 概 述
2
一、组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别 1、从逻辑功能上看 组合逻辑电路：t时刻输出仅与t时刻输入有关，
一个时序电路可以没有组合电路部分， 但是不能没有存储电路。
5
2、从电路结构上看 组合电路不含存储信息的触发器等元件。 时序电路一定含有存储信息的元件——触发器。
3、从功能描述上看
6
二、时序逻辑电路的前输入无关。
Y F(Q)
2、Mealy型 输出不仅与存储电路的现态Q有关，而且
81
6.4.2 计数器
一、计数器的特点和分类 1. 特点——用来记忆脉冲的个数 2. 分类
按计数脉冲 输入方式分
同步计数器——各F-F受同一时钟脉冲控 制，状态的更新是同步的。
异步计数器——有的F-F直接受输入计数 脉冲控制，有的将其他 F-F的输出CLK，状态的 更新有先后。
82
按计数的增减趋势分
36
二、设计举例
☆Moore型同步时序电路设计
5）状态转换表（依次设初态，求次态）
18
状态转换表的另一种形式：
19
6）状态图
20
2、有外部输入的时序电路 例1 试分析图示时序电路。
21
1）驱动方程（输入方程）
T1 X T2 X Q1
2）输出方程
Y X Q1 Q2
22
3）状态方程
由T特性方程： Q*=TQ'+T'Q
第六章 时序逻辑电路
学习要点
了解时序逻辑电路的特点与分类。 掌握时序逻辑电路的分析方法，能熟练分析计数 器等常用时序逻辑电路。 了解时序逻辑电路的设计方法，能设计简单的时 序逻辑电路。
1
6.1 概 述
2
一、组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别 1、从逻辑功能上看 组合逻辑电路：t时刻输出仅与t时刻输入有关，
一个时序电路可以没有组合电路部分， 但是不能没有存储电路。
5
2、从电路结构上看 组合电路不含存储信息的触发器等元件。 时序电路一定含有存储信息的元件——触发器。
3、从功能描述上看
6
二、时序逻辑电路的前输入无关。
Y F(Q)
2、Mealy型 输出不仅与存储电路的现态Q有关，而且
81
6.4.2 计数器
一、计数器的特点和分类 1. 特点——用来记忆脉冲的个数 2. 分类
按计数脉冲 输入方式分
同步计数器——各F-F受同一时钟脉冲控 制，状态的更新是同步的。
异步计数器——有的F-F直接受输入计数 脉冲控制，有的将其他 F-F的输出CLK，状态的 更新有先后。
82
按计数的增减趋势分
36
二、设计举例
☆Moore型同步时序电路设计
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第六章时序逻辑电路
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CP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。
A.4
B.5
C.9
D.20
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
6．五个D触发器构成环形计数器，其计数长度为。
A.5
B.10
C.25
D.32
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8421BCD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
应使用级触发器。
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
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。
A.2
B.6
C.7
D.8
E.10
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。
A.10
B.60
C.525
D.31500
13．某移位寄存器的时钟脉冲频率为100KH 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。
A.10μS
B.80μS
C.100μS
D.800ms
14.若用JK 触发器来实现特性方程为AB Q A Q n 1n +=+，则JK 端的方程为 。
A.J=AB ，K=B A +
B.J=AB ，K=B A
C.J=B A +，K=AB
D.J=B A ，K=AB
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。
A.3
B.4
C.5
D.10
16．若要设计一个脉冲序列为1101001110的序列脉冲发生器，应选用 个触发器。
A.2
B.3
C.4
D.10
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SN 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。
四、试分析图题四所示的时序电路（步骤要齐全）。
图题四
五、试分析图题五所示的时序电路（步骤要齐全）
图题五
六、试用74LS90构成28进制计数器（要求用8421BCD码）。
七、试分析图题七所示（a）、（b）两个电路，画出状态转换图，并说明是几进制计数器。
图题七
八、 试分别采用“反馈归零法”和“预置法”，用74LS163构成8进制计数器，要求：输出8421BCD
码。
第六章答案
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
四、驱动方程：J 0=n 1Q ，K 0=1；状态方程：Q 0n+1=n 1Q n 0Q J 1=Q 0n ，K 1=1；Q 1n+1=n 1Q Q 0n
状态转换表：
0 1 1 0
1 0 0 0
1 1 0 0
状态转换图：
110001
10
逻辑功能：能自启动的同步三进制加法计数器
五、逻辑功能：异步八进制加法计数器
六、电路如图所示：
七、(a)8进制
（b）5进制
八、反馈归零法：
预置法：
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