数电时序逻辑电路

数电基础：时序逻辑电路

虽然每个数字电路系统可能包含有，但是在实际应⽤中绝⼤多数的系统还包括，我们将这样的系统描述为时序电路。

时序电路是由最基本的加上反馈逻辑回路（输出到输⼊）或器件组合⽽成的电路，与最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。

1. 简介 是数字逻辑电路的重要组成部分,时序逻辑电路⼜称,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。同时时序

逻辑电路在结构以及功能上的特殊性,相较其他种类的数字逻辑电路⽽⾔,往往具有难度⼤、电路复杂并且应⽤范围⼴的特点 。

在数字电路通常分为和时序逻辑电路两⼤类，组合逻辑电路的特点是输⼊的变化直接反映了输出的变化，其输出的状态仅取决于输⼊的当前

的状态，与输⼊、输出的原始状态⽆关，⽽是⼀种输出不仅与当前的输⼊有关，⽽且与其输出状态的原始状态有关，其相当于在组合逻辑的

输⼊端加上了⼀个反馈输⼊，在其电路中有⼀个存储电路，其可以将输出的状态保持住，我们可以⽤下图的框图来描述时序电路的构成。

从上⾯的图上可以看出，其输出是输⼊及输出前⼀个时刻的状态的函数，这时就⽆法⽤组合逻辑电路的函数表达式的⽅法来表⽰其输出函数

表达式了，在这⾥引⼊了现态（Present state)和次态（Next State)的概念,当现态表⽰现在的状态（通常⽤Qn来表⽰），⽽次态表⽰输⼊

发⽣变化后其输出的状态 （通常⽤Qn+1表⽰），那么输⼊变化后的输出状态表⽰为

Qn+1=f(X,Qn)，其中：X为输⼊变量。

组合电路和存储元件互联后组成了时序电路。存储元件是能够存储信息的电路。存储元件在某⼀时刻存储的⼆进制信息定义为该时刻

存储元件的状态。时序电路通过其输⼊端从周围接受⼆进制信息。时序电路的输⼊以及存储元件的当前状态共同决定了时序电路输出

的⼆进制数据，同时它们也确定了存储元件的下⼀个状态。时序电路的输出不仅仅是输⼊的函数，⽽且也是存储元件的当前状态的函

同步时序逻辑电路和异步时序逻辑

同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的区别：

1、时钟信号不同

在同步时序逻辑电路中有一个公共的时钟信号，电路中各记忆元件受它统一控制，只有在该时钟信号到来时，记忆元件的状态才能发生变化，从而使时序电路的输出发生变化，而且每来一个时钟信号，记忆元件的状态和电路输出状态才能改变一次。

由于异步电路没有统一的时钟，状态变化的时刻是不稳定的，通常输入信号只在电路处于稳定状态时才发生变化。

2、触发器的状态是否变化

同步时序电路中几乎所有的时序逻辑都是“同步逻辑”，有一个“时钟”信号，所有的内部内存（'内部状态'）只会在时钟的边沿时候改变。

异步时序逻辑电路分析时，还需考略各触发器的时钟信号，当某触发器时钟有效信号到来时，该触发器状态按状态方程进行改变，而无时钟有效信号到来时，该触发器状态将保持原有的状态不变。

参考内容：

同步逻辑最主要的优点：

是它很简单。每一个电路里的运算必须要在时钟的两个脉冲之间固定的间隔内完成，称为一个 '时钟周期'。只有在这个条件满足下（不考虑其他的某些细节），电路才能保证是可靠的。

同步逻辑缺点：

时钟信号必须要分布到电路上的每一个触发器。而时钟通常都是高频率的信号，这会导致功率的消耗，也就是产生热量。即使每个触发器没有做任何的事情，也会消耗少量的能量，因此会导致废热产生。

最大的可能时钟频率是由电路中最慢的逻辑路径决定，也就是关键路径。意思就是说每个逻辑的运算，从最简单的到最复杂的，都要在每一个时脉的周期中完成。

实验报告

课程名称：

数字电子技术实验

姓 名：

学 号：

专 业：

开课学期：

指导教师：

哈尔滨工业大学（深圳）实验报告

实验课安全知识须知

1. 须知1：规范着装。为保证实验操作过程安全、避免实验过程中意外发生，学生禁止穿拖鞋进入实验室，女生尽量避免穿裙子参加实验。

2. 须知2：实验前必须熟悉实验设备参数、掌握设备的技术性能以及操作规程。

3. 须知3：实验时人体不可接触带电线路，接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

4. 须知4：学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如设备发生故障，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。

5. 须知5：接通电源前应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。

特别提醒：实验过程中违反以上任一须知，需再次进行预习后方可再来参加实验；课程中违反三次及以上，直接重修。

实验报告撰写要求

1. 要求1：预习报告部分列出该次实验使用组件名称或者设备额定参数；绘制实验线路图，并注明仪表量程、电阻器阻值、电源端编号等。绘制数据记录表格，并注明相关的实验环境参数与要求。

2. 要求2：分析报告部分一方面参考思考题要求，对实验数据进行分析和整理，说明实验结果与理论是否符合；另一方面根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己研究或分析讨论后写出的心得体会。

3. 要求3：在数据处理中，曲线的绘制必须用坐标纸画出曲线，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线，不在曲线上的点仍按实际数据标出其具体坐标。

4. 要求4：本课程实验结束后，将各次的实验报告按要求装订，并在首页写上序号（实验课上签到表对应的序号）。请班长按照序号排序，并在课程结束后按要求上交实验报告。

苏州科技学院实验报告

课程名称： 数字电子技术

实验项目名称： 时序逻辑电路的应用

学生姓名：

专业班级：

学号：

实验日期：

实验七 设计一个交通灯控制电路

一 设计目的

（1）熟悉集成电路的引脚安排

（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法

（3）了解面包板结构及其接线方法

（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理

（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真

（6）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作

二 设计思路

（1）设计秒脉冲发生器

（2）设计交通灯定时电路

（3）设计交通灯控制电路

（4）设计交通灯译码电路

（5）设计交通灯显示时间电路

三 设计电路图真值表

交通灯控制电路逻辑真值表

QD QB QC QA GA YA RA GB YB RB

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