第十三章 几种常用的时序逻辑电路

时序电路的逻辑
时序电路是一类特殊的电路，其输出值不仅取决于当前的输入值，还取决于过去的输入值，即输入和输出之间存在一定的时间关系。

因此，时序电路中存在着时钟信号，用于同步和调节电路的工作。

时序电路的逻辑可以分为同步和异步两种类型。

1. 同步逻辑：同步逻辑中，所有的电路元件都根据时钟信号的边沿或电平进行操作。

常见的同步逻辑电路包括触发器、计数器和移位寄存器等。

同步逻辑的优点是稳定性高，能够按照时钟信号进行同步操作，适用于需要精确控制时序的场合。

2. 异步逻辑：异步逻辑中，电路元件的操作不仅受时钟信号的影响，还受到输入信号的变化而变化。

常见的异步逻辑电路包括门电路、电平触发器和边沿触发器等。

异步逻辑的特点是电路元件的操作速度较快，但稳定性较差，可能出现冲突和竞争等问题，适用于对操作速度要求较高的场合。

在具体的时序电路中，通常采用状态图或状态表来表示其逻辑关系。

状态图用状态之间的转换图形化表示，而状态表则用表格形式列出各个状态及其对应的输入和输出值。

时序电路的设计和分析需要考虑时钟信号的频率、时序约束、电路延迟等因素，以确保电路的正确性、稳定性和可靠性。

时序逻辑电路的分类时序逻辑电路是一种能够在特定的时间序列下执行特定操作的电路。

它通常由组合逻辑电路和存储器组成，可以实现复杂的计算和控制功能。

时序逻辑电路按照其实现功能的不同，可以分为以下几类。

一、触发器触发器是最基本的时序逻辑电路之一，它可以存储一个比特位，并且在时钟信号到来时根据输入信号的状态改变输出状态。

常见的触发器有SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。

二、计数器计数器是一种能够在特定条件下对输入信号进行计数并输出结果的电路。

它通常由若干个触发器组成，每个触发器都表示一个二进制位。

常见的计数器有同步计数器和异步计数器等。

三、移位寄存器移位寄存器是一种能够将输入信号从一个位置移动到另一个位置并输出结果的电路。

它通常由若干个触发器组成，每个触发器都表示一个二进制位。

常见的移位寄存器有串行入并行出移位寄存器、并行入串行出移位寄存器和并行入并行出移位寄存器等。

四、状态机状态机是一种能够根据输入信号的状态和时钟信号的变化改变输出状态的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的控制功能。

常见的状态机有Moore状态机和Mealy状态机等。

五、定时器定时器是一种能够在特定时间间隔内产生一个脉冲信号或者计数信号的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的定时功能。

常见的定时器有单稳态定时器和多稳态定时器等。

六、脉冲生成器脉冲生成器是一种能够在特定条件下产生一个脉冲信号的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的脉冲生成功能。

常见的脉冲生成器有单稳态脉冲生成器、多稳态脉冲生成器和斯奈德-哈特脉冲生成器等。

七、序列检测电路序列检测电路是一种能够在输入序列中检测出指定模式并输出相应结果的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的序列检测功能。

常见的序列检测电路有Moore序列检测器和Mealy序列检测器等。

八、时钟同步电路时钟同步电路是一种能够将异步输入信号转换为同步输出信号的电路。

时序逻辑电路分类介绍时序逻辑电路是一种用于处理时序信号的电路，它由逻辑门和存储元件组成。

时序逻辑电路按照其功能和结构的不同，可以分为多种类型。

本文将对时序逻辑电路的分类进行全面、详细、完整和深入的探讨。

一、根据功能分类1. 同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指其数据在同一个时钟上升沿或下降沿进行传递和存储的电路。

这类电路广泛应用于计算机中的寄存器、时钟驱动器和状态机等。

同步时序逻辑电路具有可靠性高、稳定性强的特点。

2. 异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指其数据不依赖时钟信号而进行传递和存储的电路。

这种电路在通信系统中常用于数据传输和处理，如异步串行通信接口（UART）。

异步时序逻辑电路具有处理速度快和实时性强的特点。

二、根据结构分类1. 寄存器寄存器是一种时序逻辑电路，用于存储和传递数据。

寄存器通常采用D触发器作为存储元件，可以实现数据的暂存和移位操作。

寄存器广泛应用于计算机的数据存储和寄存器阵列逻辑器件（RALU）等。

2. 计数器计数器是一种时序逻辑电路，用于生成特定的计数序列。

计数器可以按照时钟信号对计数进行增加或减少，并可以在达到指定计数值时触发其他操作。

计数器被广泛应用于时钟发生器、频率分频器和时序控制等电路中。

3. 时序控制器时序控制器是一种时序逻辑电路，用于控制其他电路的时序和操作。

时序控制器根据输入的控制信号和当前的状态，通过逻辑运算和状态转移进行运算和控制。

时序控制器被广泛应用于计算机的指令译码和状态机的设计中。

三、根据存储方式分类1. 同步存储器同步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。

同步存储器是在时钟信号作用下进行数据存取的，并且数据的读取和写入操作都在时钟的上升沿或下降沿进行。

同步存储器主要包括静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）等。

2. 异步存储器异步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。

与同步存储器不同的是，异步存储器的读取和写入操作不依赖时钟信号，而是由数据访问信号和存储器内部的同步电路进行控制。

常用的时序逻辑电路常用时序逻辑电路有计数器和寄存器两种。

寄存器分为数据寄存器和移位寄存器。

计数器种类较多，有同步计数器、异步计数器；有二进制计数器、十进制计数器、任意进制计数器；二进制计数器又有加法计数器、减法计数器等。

(1)寄存器数字电路中用来存放数码或指令的部件称为寄存器。

寄存器具有以下逻辑功能：可在时钟脉冲作用下将数码或指令存入寄存器(称为写入)，或从寄存器中将数码或指令取出(称为读出)。

由于一个触发器只能寄存1位二进制数，要存多位数时，就得用多个触发器。

常用的有4位、8位、16位等。

寄存器存放和取出数码的方式有并行和串行两种。

并行方式就是数码各位同时从各对应位输入端输入到寄存器中，或同时出现在输出端；串行方式就是数码逐位从一个输入端输入到寄存器中，或由一个输出端输出。

寄存器根据功能的不同可分为数码寄存器和移位寄存器两种。

(a) 数码寄存器：这种寄存器只有寄存数码和清除数码的功能。

图1所示是由D触发器组成的4位数码寄存器。

该数码寄存器的工作方式为并行输入、并行输出。

图1 4位数码寄存器(b)移位寄存器：移位寄存器不仅能存放数码而且有移位功能。

根据数码在寄存器内移动的方向又可分为左移移位寄存器和右移移位寄存器两种。

在移位寄存器中，数码的存入或取出也有并行和串行两种方式。

图2所示是由J—K触发器组成的4位左移移位寄存器。

F0接成D 触发器，数码由D端串行输入；也可由d0～d3作并行输入。

从4个触发器的Q端得到并行的数码输出。

也可从Q3端逐位串行输出。

图2  4位左移移位寄存器(2)计数器因为计数器是最常用而又典型的时序逻辑电路，其分析方法即为一般时序逻辑电路的分析方法。

常用计数器有多种类型，重点掌握以下几种。

①二进制计数器：二进制计数器能按二进制的规律累计脉冲的数目，也是构成其它进制计数器的基础。

一个触发器可以表示l位二进制数，表示n位二进制数就得用n个触发器。

时序逻辑电路的分类时序逻辑电路是现代数字电路设计中的重要组成部分，广泛应用于计算机、通信系统、工业控制等领域。

根据时序逻辑电路的特点和功能，可以将其分为同步和异步两类，每一类又可以进一步细分为多个子类。

同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指所有触发器在一个时钟信号的控制下工作的电路。

它们的特点是逻辑部件和触发器之间存在明确的时钟信号传输路径，通过时钟信号的统一控制可以确保各个部件在相同的时间点进行状态的更新。

同步时序逻辑电路主要包括以下几种分类：1.锁存器（Latch）：锁存器是一种用触发器实现的存储元件，可以存储一个比特的信息，并在时钟信号的边沿进行更新。

常见的锁存器有D锁存器、JK锁存器等，它们可以应用于寄存器、缓存等场景。

2.寄存器（Register）：寄存器是由若干个锁存器组成的存储单元，可以同时存储多个比特的信息。

根据输入输出的配置，寄存器可以分为并行输入输出寄存器和串行输入输出寄存器。

3.计数器（Counter）：计数器是一种能够在一个范围内进行计数的时序逻辑电路。

常见的计数器有二进制计数器、同步计数器和异步计数器等，它们可以应用于时钟频率分频、时钟周期计数等场景。

4.移位寄存器（Shift Register）：移位寄存器是一种可以将输入序列移位输出的时序逻辑电路。

常见的移位寄存器有串行输入并行输出寄存器和并行输入串行输出寄存器等，它们可以应用于数据的平行-串行和串行-平行转换。

5.状态机（Finite State Machine，FSM）：状态机是一种通过多个状态和状态之间的转移来对系统进行建模的时序逻辑电路。

常见的状态机包括Mealy状态机和Moore状态机，它们可以用于设计数字系统的控制器、序列检测电路等。

异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指各个逻辑部件之间没有明确的时钟信号传输路径，它们是基于组合逻辑电路的延时和信号传播来完成状态更新的。

与同步时序逻辑电路相比，异步时序逻辑电路的设计更加灵活，但同时也面临着时序和稳定性等问题的挑战。

时序逻辑电路
时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分，时序逻辑电路又称时序电路，主要由存储电路和组合逻辑电路两部分组成。

它和我们熟悉的其他电路不同，其在任何一个时刻的输出状态由当时的输入信号和电路原来的状态共同决定，而它的状态主要是由存储电路来记忆和表示的。

时序逻辑电路包括组合逻辑电路和存储电路两部分，存储电路具有记忆功能，通常由触发器组成。

存储电路的状态反馈到组合逻辑电路输入端，与外部输入信号共同决定组合逻辑电路的输出。

组合逻辑电路的输出除包括外部输出外，还包含连接到存储电路的内部输出，它将控制存储电路状态的转移。

在组合逻辑中，任意时刻的输出只与该时刻的输入信号所决定；而在接下来要讲的时序电路中，任意时刻的输出信号不仅与当时刻的输入有关，而且与电路原来的状态有关。

这需要电路要能记住历史输入，所以要引入时序概念。

用时钟信号保障时序电路按照时序来运行。

时序逻辑由组合逻辑和存储逻辑构成,组合逻辑完成输入到输出的逻辑处理, 处理的结果同时会进入存储逻辑里面存储下来,等到下一刻再和输入信号做逻辑处理,得到最终
的处理结构。

时序逻辑电路按状态变化的特点，可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。

在同步时序逻辑电路中，电路状态的变化在同一时钟脉冲作用下发生，即各触发器状态的转换同步完成。

在异步时序逻辑电路中，没有统一的时钟脉冲信号，即各触发器状态的转换是异步完成的。

时序逻辑电路的特点和分类一、时序逻辑电路的概念时序逻辑电路是由触发器和组合逻辑电路组成的，具有存储功能和状态转移功能。

时序逻辑电路的输出不仅取决于输入，还与先前状态有关。

因此，它们可以用来实现计数器、寄存器、状态机等。

二、时序逻辑电路的特点1. 存储功能：时序逻辑电路可以存储先前的状态，并在需要时将其恢复。

2. 状态转移功能：时序逻辑电路可以根据输入信号和当前状态，决定下一个状态。

3. 时钟信号：时序逻辑电路需要一个稳定的时钟信号来控制状态转移。

4. 产生延迟：由于触发器需要时间来响应输入信号并更新其输出，因此时序逻辑电路会产生一定的延迟。

三、时序逻辑电路的分类1. 同步电路：同步电路是指所有触发器都受到相同的时钟信号控制，以确保所有触发器同时更新其输出。

同步电路具有可靠性高、抗干扰能力强等特点。

2. 异步电路：异步电路是指不同触发器受到不同的控制信号，可以实现更灵活的状态转移。

但是，异步电路容易出现冲突和竞争条件，需要设计者特别注意。

3. 时序组合逻辑电路：时序组合逻辑电路是指由触发器和组合逻辑电路组成的复杂电路。

它可以实现更复杂的状态转移和计算功能，但也需要更复杂的设计和调试。

四、时序逻辑电路的应用1. 计数器：计数器是最常见的时序逻辑电路之一，可以用于计数、定时等应用。

2. 寄存器：寄存器可以存储数据，并在需要时将其恢复。

它通常与处理器或其他数字系统一起使用。

3. 状态机：状态机是一种特殊类型的时序逻辑电路，可以实现复杂的状态转移和控制功能。

它常用于控制系统、通信协议等领域。

4. 数字信号处理：数字信号处理通常涉及到大量的状态转移和计算操作，因此需要使用大量的时序逻辑电路来实现。

五、总结时序逻辑电路具有存储功能和状态转移功能，并需要稳定的时钟信号来控制状态转移。

根据不同的控制方式和功能需求，可以将其分为同步电路、异步电路和时序组合逻辑电路。

时序逻辑电路在计数器、寄存器、状态机、数字信号处理等领域有广泛的应用。

常用的时序逻辑电路时序逻辑电路是数字电路中一类重要的电路，它根据输入信号的顺序和时序关系，产生对应的输出信号。

时序逻辑电路主要应用于计时、控制、存储等领域。

本文将介绍几种常用的时序逻辑电路。

一、触发器触发器是一种常见的时序逻辑电路，它具有两个稳态，即SET和RESET。

触发器接受输入信号，并根据输入信号的变化产生对应的输出。

触发器有很多种类型，常见的有SR触发器、D触发器、JK 触发器等。

触发器在存储、计数、控制等方面有广泛的应用。

二、时序计数器时序计数器是一种能按照一定顺序计数的电路，它根据时钟信号和控制信号进行计数。

时序计数器的输出通常是一个二进制数，用于驱动其他电路的工作。

时序计数器有很多种类型，包括二进制计数器、BCD计数器、进位计数器等。

时序计数器在计时、频率分频、序列生成等方面有广泛的应用。

三、时序比较器时序比较器是一种能够比较两个信号的大小关系的电路。

它接受两个输入信号，并根据输入信号的大小关系产生对应的输出信号。

时序比较器通常用于判断两个信号的相等性、大小关系等。

常见的时序比较器有两位比较器、四位比较器等。

四、时序多路选择器时序多路选择器是一种能够根据控制信号选择不同输入信号的电路。

它接受多个输入信号和一个控制信号，并根据控制信号的不同选择对应的输入信号作为输出。

时序多路选择器常用于多路数据选择、时序控制等方面。

五、时序移位寄存器时序移位寄存器是一种能够将数据按照一定规律进行移位的电路。

它接受输入信号和时钟信号，并根据时钟信号的变化将输入信号进行移位。

时序移位寄存器常用于数据存储、数据传输等方面。

常见的时序移位寄存器有移位寄存器、移位计数器等。

六、状态机状态机是一种能够根据输入信号和当前状态产生下一个状态的电路。

它由状态寄存器和状态转移逻辑电路组成，能够实现复杂的状态转移和控制。

状态机常用于序列识别、控制逻辑等方面。

以上是几种常用的时序逻辑电路，它们在数字电路设计中起着重要的作用。

时序逻辑电路的分类有哪些？时序逻辑电路简称时序电路，它是⼀种具有记忆功能的电路。

时序逻辑电路是由组合逻辑电路与记忆电路（⼜称存储电路）组合⽽成的。

常见时序逻辑电路有触发器、寄存器和计数器等。

⼀、触发器触发器是⼀种具有记忆功能的电路，它是时序逻辑电路中的基本单元电路。

触发器的种类很多，常见的有基本RS触发器、同步RS触发器、 D触发器、 JK触发器、 T触发器和主从触发器等。

⼆、寄存器与移位寄存器1、寄存器寄存器是⼀种能存取⼆进制数据的电路。

将数据存⼊寄存器的过程称为“写”，当往寄存器中“写”⼊新数据时，以前存储的数据会消失。

将数据从寄存器中取出的过程称为“读”，数据被“读”出后，寄存器中的该数据并不会消失，寄存器能存储数据是因为它采⽤了具有记忆功能的电路——触发器，⼀个触发器能存放1位⼆进制数。

⼀个8位寄存器⾄少需要8个触发器组成，它能存放8个“0”、 “1”这样的⼆进制数。

2、移位寄存器移位寄存器简称移存器，它除了具有寄存器存储数据的功能外，还有对数据进⾏移位的功能。

移位寄存器可按下列⽅式分类。

按数据的移动⽅向来分，有左移寄存器、右移寄存器和双向移位寄存器。

按输⼊、输出⽅式来分，有串⾏输⼊-并⾏输出、串⾏输⼊-串⾏输出、并⾏输⼊-并⾏输出和并⾏输⼊-串⾏输出⽅式。

三、计数器计数器是⼀种具有计数功能的电路，它主要由触发器和门电路组成，是数字系统中使⽤最多的时序逻辑电路之⼀。

计数器不但可⽤来对脉冲的个数进⾏计数，还可以⽤于数字运算、分频、定时控制等。

计数器的种类有⼆进制计数器、⼗进制计数器和任意进制计数器（或称 N 进制计数器），这些计数器中⼜有加法计数器（⼜称递增计数器）和减法计数器（也称递减计数器）之分。