第三章 时序逻辑

《数字电子技术》电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述数字电路的基本概念数字电路的特点数字电路的应用领域1.2 数字逻辑基础逻辑门逻辑函数逻辑代数1.3 数字电路的表示方法逻辑电路图真值表卡诺图第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述组合逻辑电路的定义组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的应用2.2 常见的组合逻辑电路编码器译码器多路选择器算术逻辑单元2.3 组合逻辑电路的设计方法最小化方法卡诺图化简法逻辑函数的优化第三章：时序逻辑电路3.1 时序逻辑电路概述时序逻辑电路的定义时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的应用3.2 常见的时序逻辑电路触发器计数器寄存器移位寄存器3.3 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路的建模状态编码的设计时序逻辑电路的仿真第四章：数字电路的设计与仿真4.1 数字电路设计流程需求分析逻辑设计电路实现测试与验证4.2 数字电路仿真技术数字电路仿真原理常用仿真工具仿真举例4.3 数字电路的测试与维护数字电路测试方法故障诊断与定位数字电路的维护与优化第五章：数字系统的应用5.1 数字系统概述数字系统的定义数字系统的特点数字系统的应用领域5.2 数字系统的设计方法数字系统设计流程数字系统模块划分数字系统的设计工具5.3 数字系统的应用实例数字控制系统数字通信系统数字音频处理系统第六章：数字集成电路6.1 数字集成电路概述数字集成电路的分类数字集成电路的优点数字集成电路的应用6.2 集成电路的制造工艺晶圆制造集成电路布局布线集成电路的封装与测试6.3 常见数字集成电路MOSFETCMOS逻辑门集成电路的封装类型第七章：数字信号处理器（DSP）7.1 数字信号处理器概述数字信号处理器的定义数字信号处理器的特点数字信号处理器的应用7.2 数字信号处理器的结构与工作原理中央处理单元（CPU）存储器输入/输出接口7.3 数字信号处理器的编程与开发编程语言开发工具与环境编程举例第八章：数字系统的可靠性8.1 数字系统的可靠性概述数字系统可靠性的重要性影响数字系统可靠性的因素数字系统可靠性评估方法8.2 数字系统的容错技术冗余设计容错算法故障检测与恢复8.3 数字系统的可靠性测试与验证可靠性测试方法可靠性测试指标可靠性验证实例第九章：数字电子技术的创新与应用9.1 数字电子技术的创新新型数字电路技术数字电子技术的研究热点数字电子技术的未来发展趋势9.2 数字电子技术的应用领域物联网生物医学工程9.3 数字电子技术的产业现状与展望数字电子技术产业概述我国数字电子技术产业发展现状数字电子技术的市场前景第十章：综合实践项目10.1 综合实践项目概述项目目的与意义项目内容与要求项目评价与反馈10.2 综合实践项目案例数字频率计的设计与实现数字音调发生器的设计与实现数字控制系统的设计与实现10.3 项目实施与指导项目实施流程项目指导与支持项目成果展示与讨论重点和难点解析1. 数字电路基础：理解数字电路的基本概念、特点及应用领域，掌握逻辑门、逻辑函数和逻辑代数的基础知识，熟悉数字电路的表示方法。

时序逻辑电路介绍时序逻辑电路是现代电子技术中非常重要的一部分，它在数字电子系统中起着至关重要的作用。

本文将深入探讨时序逻辑电路的定义、原理、应用以及设计方法。

什么是时序逻辑电路时序逻辑电路是一种根据输入信号和时钟信号的状态改变来控制输出的电路。

它是由触发器和组合逻辑电路组成的。

触发器是一种具有两个稳定状态（SET和RESET）的多稳态器件，它存储并传递信息。

组合逻辑电路是由逻辑门构成的，用于根据输入信号产生输出信号。

时序逻辑电路的原理时序逻辑电路的行为取决于触发器的状态和输入信号的变化。

触发器的状态可以通过时钟信号进行改变，时钟信号非常重要，因为它将输入信号的改变与触发器的状态转换参数分离开来。

触发器的状态变化遵循一定的时钟信号规律。

比如，典型的触发器有边沿触发器和电平触发器。

前者在时钟的上升沿或下降沿发生状态变化，而后者在时钟的高电平或低电平期间保持状态。

这种状态变化和输入信号的改变相结合，可以实现各种复杂的逻辑功能。

时序逻辑电路的应用时序逻辑电路广泛应用于数字电子系统中，如计算机、通信系统、控制系统等等。

以下是一些常见的应用场景：时钟分频器时序逻辑电路可用于实现时钟分频器，将高频率的时钟信号分频为低频率的信号。

这在很多数字系统中是必需的，例如将高速输入信号转换为适合处理的低速信号。

计数器是一种常见的时序逻辑电路，它用于对输入信号进行计数。

它可以根据时钟信号和触发器的状态，实现二进制、十进制等不同进制的计数。

状态机状态机是一种基于时序逻辑电路的控制器，用于对系统状态的转换和控制。

它可以根据输入信号和当前状态来确定下一状态和输出信号。

状态机广泛应用于数字控制系统、通信系统、自动化系统等领域。

存储器时序逻辑电路可用于构建各种类型的存储器，如寄存器、RAM（Random Access Memory）以及ROM（Read-Only Memory）。

这些存储器用于存储和读取数据，是计算机系统中必不可少的组成部分。

第三章 时序逻辑1.写出触发器的次态方程，并根据已给波形画出输出 Q 的波形。

解：2. 说明由RS 触发器组成的防抖动电路的工作原理，画出对应输入输出波形解：3. 已知JK 信号如图，请画出负边沿JK 触发器的输出波形（设触发器的初态为0）1)(1=+++=+c b a Qa cb Q nn4. 写出下图所示个触发器次态方程，指出CP 脉冲到来时，触发器置“1”的条件。

解：（1），若使触发器置“1”，则A 、B 取值相异。

（2），若使触发器置“1”，则A 、B 、C 、D 取值为奇数个1。

5.写出各触发器的次态方程，并按所给的CP 信号，画出各触发器的输出波形（设初态为0）解：6. 设计实现8位数据的串行→并行转换器。

B A B A D +=DC B A K J ⊕⊕⊕==Q AQ B Q D Q C Q E Q F Q7. 分析下图所示同步计数电路解：先写出激励方程，然后求得状态方程状态图如下：该计数器是五进制计数器，可以自启动。

8. 作出状态转移表和状态图，确定其输出序列。

解：求得状态方程如下故输出序列为：000119. 用D 触发器构成按循环码(000→001→011→111→101→100→000)规律工作的六进制同步计数器解：先列出真值表，然后求得激励方程PS NS 输出N0 0 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1化简得：逻辑电路图如下：n Q 2n Q 1n Q 012+n Q 11+n Q 10+n Q n n n nn n n n n n nnQ Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Z 121002*********+==+==+++nnn nnn nnnn QQ Q D QQ Q D QQ Q Q D 121211121122+====+==+++10. 用D 触发器设计3位二进制加法计数器，并画出波形图。

电子设计中的时序逻辑设计时序逻辑设计是电子设计中非常重要的一个部分，它主要涉及到在数字电路中对信号的时序进行控制和调整，以确保电路能够按照预定的顺序正确地工作。

在电子设备中，时序逻辑设计直接影响着整个系统的性能、稳定性和功耗等方面。

首先，时序逻辑设计需要考虑时钟信号的控制。

时钟信号是数字系统中非常关键的一个信号，它提供了同步的时序参考，确保各个部分能够同时工作。

在时序逻辑设计中，需要合理地设置时钟信号的频率、相位和占空比等参数，以保证整个系统的稳定性和可靠性。

其次，时序逻辑设计还涉及到时钟域的概念。

数字系统中的不同部分可能工作在不同的时钟频率下，这就涉及到时钟域之间的数据传输和同步。

在时序逻辑设计中，需要考虑时钟域之间的同步问题，采取合适的方法来确保数据的正确传输和处理。

此外，时序逻辑设计还需要考虑信号的延迟和时序约束。

在数字系统中，信号的传输会存在一定的延迟，这可能会导致时序不一致的问题。

因此，在时序逻辑设计中，需要对信号的延迟进行分析和优化，以满足系统的时序约束要求，确保数据的正确性和稳定性。

在实际的时序逻辑设计中，通常会采用时序分析工具来辅助设计。

时序分析工具可以帮助设计工程师对时序逻辑进行建模和仿真，提前发现潜在的时序问题，并进行相应的优化。

通过时序分析工具，可以有效地提高设计的可靠性和稳定性。

总的来说，时序逻辑设计在电子设计中具有非常重要的地位，它直接影响着数字系统的性能和稳定性。

设计工程师需要充分理解时序逻辑设计的原理和方法，合理地设计时钟信号控制、时钟域同步和信号延迟等，以确保系统能够按照预期的时序要求正确地工作。

通过良好的时序逻辑设计，可以提高数字系统的性能和可靠性，满足不同应用领域的需求。

时序逻辑电路例题及解析过程本文将介绍一些时序逻辑电路的例题及其解析过程。

时序逻辑电路是由组合逻辑电路和时序元件(如触发器、计数器)组成的电路，在实际电路设计中应用广泛。

本文将通过实例演示时序逻辑电路的设计流程及其应用。

例题1：设计一个2位二进制计数器，从00开始逐次计数，输出结果为BCD码。

解析：首先，我们需要确定计数器的位数，题目要求是2位，即最大计数值为3。

其次，我们需要使用BCD码输出，即用4位二进制码表示0-9的10个数字。

因此，我们需要将计数器的输出转换为BCD 码输出。

为了实现这个功能，我们可以使用4个较简单的D型触发器，每个触发器的输出分别连接到一个4-2编码器的输入端，最终输出经过一个BCD码转换器输出。

例题2：设计一个带复位功能的3位二进制计数器，从000开始逐次计数，复位后重新从000开始计数。

解析：这个题目需要我们实现计数器的复位功能。

为了实现这个功能，我们可以加入一个复位电路，当输入复位信号时，计数器的值重新从0开始计数。

我们可以使用3个D型触发器来实现计数器功能，同时加入一个AND门用于输入复位信号。

当复位信号为1时，AND门输出为1，触发器输入为0，计数器的值重新从0开始计数。

例题3：设计一个带计数使能和输出使能的3位二进制计数器，从000开始逐次计数，只有在计数使能和输出使能同时为1时，才允许计数器计数和输出结果。

解析：这个题目需要我们实现计数器的使能功能和输出使能功能。

只有在两个使能信号同时为1时，计数器才能计数和输出结果。

为了实现这个功能，我们需要加入一个计数使能电路和一个输出使能电路。

我们可以使用3个D型触发器来实现计数器功能，同时加入两个AND门，一个用于计数使能，一个用于输出使能。

当两个使能信号同时为1时，AND门输出为1，触发器可以计数和输出结果。

以上是时序逻辑电路例题及解析过程，希望对读者有所帮助。

时序逻辑电路的设计需要仔细考虑各种情况，以确保电路的正常工作。

电子技术应用《数电》教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述了解数字电路的定义、特点和应用领域熟悉数字电路与模拟电路的区别1.2 数制和码制学习二进制、八进制、十六进制的表示方法掌握不同码制（如ASCII码、BCD码）的转换方法1.3 逻辑门学习与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门电路掌握逻辑门的功能和真值表第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述了解组合逻辑电路的定义和特点熟悉组合逻辑电路的分类和应用2.2 常用组合逻辑电路学习译码器、编码器、多路选择器、多路分配器等电路掌握组合逻辑电路的设计方法2.3 组合逻辑电路的设计实例设计一个4x1多路选择器设计一个全加器第三章：时序逻辑电路3.1 时序逻辑电路概述了解时序逻辑电路的定义和特点熟悉时序逻辑电路的分类和应用3.2 触发器学习SR触发器、JK触发器、T触发器、CTR触发器等电路掌握触发器的真值表、时序图和功能3.3 时序逻辑电路的设计实例设计一个2位同步计数器设计一个顺序检测器第四章：数字电路仿真4.1 数字电路仿真概述了解数字电路仿真的定义和意义熟悉数字电路仿真工具的使用4.2 常用数字电路仿真工具学习Multisim、Proteus等仿真工具的基本操作掌握仿真工具中元器件的选型和连接方法4.3 数字电路仿真实例利用仿真工具验证组合逻辑电路的功能利用仿真工具验证时序逻辑电路的功能第五章：数字电路实验5.1 数字电路实验概述了解数字电路实验的目的和意义熟悉数字电路实验步骤和注意事项5.2 数字电路实验器材和仪器学习数字电路实验所需的器材和仪器使用方法掌握实验器材和仪器的连接和调试方法5.3 数字电路实验实例完成一个组合逻辑电路的实验完成一个时序逻辑电路的实验第六章：数字电路测试与维护6.1 数字电路测试概述理解数字电路测试的目的和方法熟悉测试用例的设计和测试过程6.2 数字电路测试方法学习静态测试和动态测试两种方法掌握测试电路的搭建和测试结果的分析6.3 数字电路维护与故障排除了解数字电路维护的基本原则学习故障排除的步骤和方法第七章：数字系统设计流程7.1 数字系统设计概述理解数字系统设计的基本流程熟悉各个设计阶段的任务和目标7.2 需求分析与规格说明学习如何进行需求分析掌握编写数字系统规格说明书的方法7.3 数字系统设计实现学习数字系统设计的具体步骤掌握硬件描述语言（如Verilog）的使用第八章：数字信号处理器（DSP）8.1 DSP概述理解DSP的定义、特点和应用熟悉DSP与其他处理器的比较8.2 DSP的结构与工作原理学习DSP的内部结构和工作流程掌握DSP的指令集和编程方法8.3 DSP应用实例学习DSP在音频处理、图像处理等领域的应用设计一个简单的DSP应用系统第九章：数字电路与系统的安全与保护9.1 数字电路与系统的安全了解数字电路与系统的安全问题学习加密算法和数字签名技术9.2 硬件安全措施学习物理不可克隆功能（PUF）和硬件安全模块（HSM）掌握安全启动和安全存储的实现方法9.3 系统保护与版权保护了解系统保护的重要性学习数字版权管理（DRM）和软件保护的方法第十章：未来数字电路技术的发展趋势10.1 新兴数字电路技术了解量子计算、神经形态计算等新兴技术学习这些技术对传统数字电路的影响10.2 数字电路设计的未来趋势分析数字电路设计的发展方向探讨可持续发展和环保在数字电路设计中的作用10.3 教育与培训强调终身学习在数字电路技术发展中的重要性探讨在线教育和虚拟实验室在数字电路教学中的应用重点和难点解析一、数字电路基础：理解不同数制和码制之间的转换，以及逻辑门的功能和真值表。

数字设计：原理与实践第五版习题答案第一章：数字系统基础1. 哪些数学符号代表布尔逻辑运算？分别代表哪些逻辑操作？布尔逻辑运算包括与（AND）、或（OR）、非（NOT）、异或（XOR）等运算。

它们的对应数学符号表示如下：•与（AND）：$\\cdot$ 或 $\\land$•或（OR）：+或 $\\lor$•非（NOT）：$\\overline{A}$ 或eee•异或（XOR）：$\\oplus$2. 简述数字系统的信号表示和信号处理单元。

数字系统的信号表示使用离散量来表示连续或离散的信号，其中离散量指代具有离散数值的量。

信号处理单元是指对输入信号进行处理和操作的硬件模块，用于实现特定的功能或执行特定的任务。

3. 什么是布尔函数？它可以用哪些方法表示？布尔函数是指以布尔逻辑运算为基础，将一个或多个布尔变量映射为单一布尔值的函数。

布尔函数可以用真值表、逻辑表达式和逻辑图等方法表示。

4. 简述数字系统的设计方法。

数字系统的设计方法包括以下几个步骤：1.确定问题的需求和约束条件。

2.将问题抽象为逻辑功能的实现。

3.设计逻辑电路并进行仿真验证。

4.实现电路设计并进行实验验证。

5.优化电路设计并进行性能评估。

6.完成设计文档和报告。

第二章：组合逻辑电路设计1. 什么是组合逻辑电路？简述其基本特征。

组合逻辑电路是指将组合逻辑块进行组合形成的电路，其输出仅依赖于当前的输入。

它的基本特征包括：•输入输出之间无时序关系。

•只有组合逻辑块，没有存储元件。

•输出仅取决于当前输入。

2. 简述逻辑门的功能和特点。

逻辑门是实现布尔逻辑运算的基本构件，其功能和特点如下：•与门（AND）：多个输入信号全部为高时，输出高；否则输出低。

•或门（OR）：多个输入信号有一个为高时，输出高；否则输出低。

•非门（NOT）：输入信号为高时，输出低；否则输出高。

•异或门（XOR）：多个输入信号中奇数个为高时，输出高；否则输出低。

3. 什么是选择器和解码器？选择器是一种组合逻辑电路，根据选择信号将一组输入信号中的某一个作为输出。

第三章主机遥控系统的逻辑与控制回路主机遥控是指离开机旁在驾驶台（BR）或集中控制室（ECR）对主机进行远距离操纵的一种控制方式。

我们把用于完成主机的这种遥控操作的控制系统称为主机遥控系统。

它是由组合逻辑回路、时序逻辑回路、反馈控制回路和各种安全保护回路组成的复杂系统。

主机遥控系统不仅大大地减轻了机舱工作人员的劳动强度，而且可以减少误操作，改善船舶的操纵性能，提高主机运转的可靠性和经济性，乃至船舶航行的安全性。

主机遥控系统是机舱自动化的重要组成部分，也是实现无人机舱的必备条件之一。

在设有主机遥控系统的船上，操纵主机的位置通常有三个，即机旁、集控室和驾驶台。

其中，机旁操纵是最基本的操纵方式，它确保当遥控系统出现故障时仍可以在机旁进行临时的应急操作，以保证航行的安全。

因此，在机旁总是设有“机旁（手动，应急）——遥控（自动）”转换阀。

在正常情况下，该阀应处于“遥控（自动）”位置，这时就可在集控室或驾驶台对主机进行遥控操作了。

主机的遥控操作分为集控室遥控和驾驶台遥控，其操作部位的切换由设在集控室操纵台上的“集控——驾控”转换装置实现。

船舶柴油主机的基本操纵，例如起动，换向，停油和制动等都是借助空气动力来进行的。

要实现主机的这些基本操纵，就必须为主机均配备各种气动伺服机构和相应的逻辑阀件及气路系统，称为气动操纵系统．．．．．．。

对于目前常见的主机遥控系统，其机旁操纵和集控室遥控均是通过气动操纵系统实现的。

此时，驾驶员通过传令车钟将车令发到机舱，轮机员根据车令对主机进行手动操纵，逐渐使主机达到车令所要求的状态。

因此，集控室遥控实际上只是手动．．遥控．．。

驾驶台遥控一般是在气动操纵系统的基础上增加必要的组合逻辑和时序逻辑模块，使这些逻辑模块能直接接收驾驶台发出的车令，并按照主机的正确操纵规程发出各种控制命令，通过接口电磁阀与气路接口，进而对主机进行自动遥控．．．．。

而这些逻辑模块的实现可以是气动的，也可以是电动的，而电动的又可以是有触电式，无触电式和微机控制的。