集成时序逻辑电路及其应用

第六章 时序逻辑电路（14课时）本章教学目的、要求：1．掌握时序逻辑电路的分析方法。

2．掌握常用时序逻辑部件：寄存器、移位寄存器、由触发器构成的同步二进制递 增计数器和异步十进制递减计数器，及由集成计数器构成任意进制计数器。

3．熟悉常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法。

4．掌握同步时序逻辑电路的设计方法。

重点：时序逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点；同步时序逻辑电路的分析方法；常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法；由集成计数器构成任意进制计数器。

难点：同步时序逻辑电路的设计方法第一节 概述（0.5课时）一、定义：1．定义：任一时刻电路的稳定输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。

2．例：串行加法器：指将两个多位数相加时，采取从低位到高位逐位相加的方式完成相加运算。

需具备两个功能：将两个加数和来自低位的进位相加， 记忆本位相加后的进位结果。

全加器执行三个数的相加运算， 存储电路记下每次相加后的运算结果。

CP a i b i c i-1(Q ) s i c i (D )0 a 0 b 0 0 s 0 c 0 1 a 1 b 1 c 0 s 1 c 1 2 a 2 b 2 c 1 s 2 c2 3．结构上的特点：①时序逻辑电路通常包含组合电路和存储电路两部分，存储电路（触发器）是必不可少的；②存储器的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与外部输入信号共同决定组合逻辑电路的输出。

∑CI COCLKC1<1DQ 'Qia ic i-1c ib is 串行加法器电路二、时序电路的功能描述原状态：q1, q2, …, q l新状态：q1*，q2 *，…，q l*1．逻辑表达式。

Y = F [X，Q] 输出方程。

Z = G [X，Q] 驱动方程（或激励方程）。

Q* = H [Z，Q] 状态方程。

2．状态表、状态图和时序图。

三、时序电路的分类1. 按逻辑功能划分有：计数器、寄存器、移位寄存器、读/写存储器、顺序脉冲发生器等。

时序逻辑电路时序逻辑电路是一种在电子数字电路领域中应用广泛的重要概念，它主要用于解决电路中的时序问题，如时钟同步问题、时序逻辑分析等。

本文将详细介绍时序逻辑电路的基础概念、工作原理以及应用。

一、时序逻辑电路的基础概念1、时序逻辑和组合逻辑的区别组合逻辑电路是一类基于组合逻辑门的电路，其输出仅取决于输入信号的当前状态，不受先前的输入状态所影响。

而时序逻辑电路的输出则受到先前输入信号状态的影响。

2、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路通常由时钟、触发器、寄存器等组成。

时钟信号被用于同步电路中的各个部分，触发器将输入信号存储在内部状态中，并在时钟信号的作用下用来更新输出状态。

寄存器则是一种特殊类型的触发器，它能够存储多个位的数据。

3、时序逻辑电路的分类根据时序逻辑电路的时序模型，可将其分为同步和异步电路。

同步电路按照时钟信号的周期性工作，这意味着电路通过提供时钟信号来同步所有操作，而操作仅在时钟上升沿或下降沿时才能发生。

异步电路不同，它不依赖时钟信号或时钟信号的上升和下降沿，所以在一次操作完成之前，下一次操作可能已经开始了。

二、时序逻辑电路的工作原理时序逻辑电路的主要工作原理基于触发器的行为和时钟电路的同步机制。

在时序逻辑电路中使用了一些触发器来存储电路状态，待时钟信号到达时更新输出。

时钟信号提供了同步的机制，确保电路中所有部分在时钟信号到达时同时工作。

触发器的基本工作原理是将输入信号存储到内部状态中，并在时钟信号的作用下，用来更新输出状态。

时钟信号的边沿触发触发器，即在上升沿或下降沿时触发触发器状态的更新。

这意味着在更新之前，电路的状态保持不变。

三、时序逻辑电路的应用1、时序电路在计算机系统中的应用时序逻辑电路在计算机系统中有着广泛的应用。

例如，计算机中的时钟信号可用来同步处理器、主存储器和其他外设间的工作。

此外，电路中的寄存器和触发器也被用于存储和更新信息，这些信息可以是计算机程序中的指令、运算结果或其他数据。

时序电路的作用1. 时序电路简介时序电路是指一类能够按照预定的时间顺序进行状态切换的电路。

它由各种触发器、计数器和时钟信号等组成，广泛应用于数字系统中，用于控制和调度各个部件的运行顺序。

时序电路在数字系统中起着至关重要的作用。

2. 时序电路的分类2.1 同步时序电路同步时序电路是指通过同步信号进行状态切换的电路。

同步时序电路中，各个触发器和计数器的状态变化是同步进行的，由时钟信号来驱动。

典型的同步时序电路包括时钟分频器和状态机等。

同步时序电路通过统一的时钟信号来保证各个部件的同步运行，能够提高系统的稳定性和可靠性。

2.2 异步时序电路异步时序电路是指通过异步信号进行状态切换的电路。

异步时序电路中，各个触发器和计数器的状态变化是独立进行的，不需要时钟信号来驱动。

典型的异步时序电路包括门闩电路和脉冲生成电路等。

异步时序电路能够根据特定的输入信号实时响应，具有较高的灵活性和响应速度。

3. 时序电路的作用时序电路在数字系统中发挥着重要的作用，具有以下几个方面的功能：3.1 控制信号的生成和延时时序电路能够根据时钟信号和输入信号生成各个部件的控制信号，并对信号进行延时处理。

通过时序电路可以实现复杂的控制逻辑，对各个部件的运行顺序和时序进行精确控制，确保数字系统的正常工作。

3.2 数据的存储和传递时序电路中的触发器和计数器等部件能够存储和传递数据。

触发器可以将输入的数据存储起来，并在时钟信号的作用下将数据传递给下一个触发器或计数器，从而实现数据的传输和处理。

时序电路可以在不同的时钟周期中完成各个数据操作，确保数据的正确性和稳定性。

3.3 状态的控制和转换时序电路中的状态机可以对系统的状态进行控制和转换。

状态机能够根据输入信号的变化和时钟信号的触发，按照预定的状态转移规则进行状态的切换。

通过状态机的设计，可以实现复杂的状态控制和决策逻辑，使系统能够按照特定的流程和顺序进行运行。

3.4 时序逻辑的实现时序电路能够实现各种时序逻辑的功能。

实验报告课程名称数字电子技术实验项目门电路逻辑功能及测试、译码器及其应用、时序电路测试及研究、集成计数器及其应用项目一门电路逻辑功能及测试一、实验目的1、熟悉门电路的逻辑功能。

2、熟悉数字电路实验装置的结构、基本功能和使用方法。

二、实验原理用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称为门电路。

常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。

基本逻辑门可以分为分立器件电路和集成电路（Integrated Circuit,简称IC）两类。

用二极管、三极管和电阻等分立元器件组成的基本逻辑门电路即是分立器件电路。

随着集成电路制造工艺的日益完善，集成电路得到广泛应用。

集成基本逻辑门电路是最简单、最基本的数字集成元件，是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，任何复杂的组合电路和时序电路都可用基本逻辑门通过适当的组合连接而成。

掌握各种基本逻辑门电路的逻辑功能、工作原理和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的，是数字技术工作者所必备的基本功之一。

门电路的逻辑函数式分别为：与门Y =A·B或门Y =A＋B非门Y =与非门Y =与非门Y =或非门Y =异或门Y =A⊕B与或非门Y =与门的逻辑功能为“有0 则0 ，全1 则1”；或门的逻辑功能为“有1则1 ，全0 则0”；非门的逻辑功能为输出与输入相反；与非门的逻辑功能为“有0 则1 ，全1 则0”；或非门的逻辑功能为“有1 则0 ，全0 则1”；异或门的逻辑功能为“不同则1 ，相同则0”。

三、实验内容及步骤实验前先检查实验箱电源是否正常。

然后选择实验用的集成电路连好线，特别注意Vcc 及地线不能接错。

线接好后经检查无误方可通电实验。

1、集成与非门74LS20的逻辑功能测试选用74LS20一只。

74LS20为双4输入与非门, 即在一块集成块内含有二个互相独立的与非门,每个与非门有4个输入端。

如图1-1（a）所示。

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。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

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。

聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

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：图所示：习题8.3输出端Ｑ的波形图的波形图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。

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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，上升沿触发酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

（ｂ）J ＝K ＝1；Ｑn ＋1＝n Ｑ， 下降沿触发下降沿触发（ｃ）K ＝0，J ＝1；Ｑn ＋1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝1，上升沿触发，上升沿触发 （ｄ）K ＝1，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋1＝J nＱ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０·Ｑn ＝n Ｑ，上升沿触发，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，上升沿触发（ｆ）K ＝Ｑn ，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０＝nＱ，下降沿触发，，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 ）。

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 ）。