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第五章 同步时序逻辑电路

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数字电子技术基础第五章

数字电子技术基础第五章

4. 画状态转换图和时序图 圆圈内表示 Q2 Q1 Q0 的状态；箭头 表示电路状态转换的方向；箭头上方的 Q2 Q1 Q0 “ x / y ”中，x 表示转换所需的输入变 量取值， y/ 0 表示现态下的输出值。本例 /0 /0 /0 /0 000 001 中没有输入变量，故 010 011 101 x100 处空白。 /1 x/y 现
电路工作前加负脉冲清零；工作时应置 RD = 1。 FF0 1J C1 1K R
FF1 1J C1 1K R
1
Q0
Q1
CP RD
FF2 1J Q2 C1 1K R Q2
Y
EXIT
时序逻辑电路
1. 写方程式 (1) 输出方程 Y = Q2n Q0n (2) 驱动方程 J0 = K0 = 1 J1 = K1 = Q2n Q0n J2 = Q1n Q0n ， K2 = Q0n (3) 状态方程 代入 Q J0 n= K0 = 1 n Q 2 n FF 0 FF FF n +1 n 2 0 1 n n nQ n Q0 =J J Q + K Q n n K = 1 Q + 1 Q 0 0 0 0 Q0 Q0 0 & 1J Q 0 0 1 & 1J 0 =Q 2 2 n 1 1J 代入 J1 = K1 = Q2 Q0n C1 n + K Q nC1 n Q n C1 n Q1n+1 = J Q = Q 1 1 1 1 2 0 Q1 1K 1K & 1K n+ Q n Q n n +K n = Q nQ nQ R R R Q2n+1 = Q K Q JJ 1 0 2 0Q 2 2 2 2 2 2 2 CP 2 RD 代入 J2 = Q1n Q0n ，K2 = Q0n Q0n Y

同步时序逻辑电路

同步时序逻辑电路

4）选择触发器的类型及个数（2n-1M 2n，其中M是电 路包含的状态个数）。 5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：根据各触 发器的次态方程，二进 制状态表求出触发器的激励函数 表达式和电路的输出函数表达式，并予以化简。 6）画逻辑电路图，并检查自启动能力。
五、画逻辑电路图：
1）先画出所选的触发器，并按状态表中状态变量的顺序 给触发器编号。 2）根据激励函数、输出函数写出组合逻辑图。 3）最后画出同步时钟信号线。
二、状态化简：
1、隐含表法：基本思想：先对原始状态表中的所有状态两两 比较，找出等效状态对；然后利用等效关系的传递性，得到 等效类和最大等效类；最后将最大等效类中的状态合并，得 到最小化状态表。
2、步骤：1）作隐含表：隐含表是一个直角三角形网格，横 向和纵向格数相同，即等于原始状态表中的状态数减1。隐含 表中的方格是用状态名称来标注的，即横向从左到右按原始 状态
1）设立初始状态：（时序逻辑电路在输入信号开始作用之 前的状态称为初始状态）。
首先设立初始状态，然后从初始状态出发考虑在各输入作用 下的状态转移和输出响应。
2）根据需要记忆的信息增加新的状态。 应根据问题中要求记忆和区分的信息去考虑设立每一个状态。 一般说来，若在某个状态下出现的输入信号能用已有状态表 示时，才令其转向新的状态。
例4 ， P224
§6.1 时序逻辑电路的基本概念
一、时序逻辑电路的基本结构及特点：
1、基本结构：由组合电路和存储电路（延迟元件和触 发器），两部分组成。
2、逻辑关系：1）输出方程Z=F1（X，Qn）；2）驱动 方程（激励函数）：Y=F2（X，Qn）；3）状（次） 态方程：Qn+1=F3(Y,Qn)。 3、特点：1）它由组合电路和存储电路组成。2）时序 逻辑电路中存在反馈，因而电路的工作状态与时间因 素相关，即时序电路的输出由电路的输入和电路原来 的状态共同决定。

时序逻辑电路 课件

时序逻辑电路 课件

1
工作特点：随CP的不断输入， 0 电路递减计数。（略）
0X 0X 1X 1X C Q3 Q2 Q1 Q0 CP RD 74LS161 EP LD D3 D2 D1 D0 ET
X0 X0 X1 X1
4、四位二进制可逆计数器74LS191
逻辑符号 C/B Q3 Q2 Q1 Q0 CPI S 74LS191 CPO LD D3 D2 D1 D0 U/D （二） 同步十进制计数器
1、写输出方程 2、写驱动方程 3、写状态方程 4、填状态转换表
5、画状态转换图 6、画时序波形图 7、分析其功能 8、检查自启动
二、举例
CP
试分析下图时序电路的逻辑功能。
1J Q1
1J Q2
1J Q3 &
1Y
C1
1K
Q1 &
C1 Q2 1K
C1 Q3 1K
解： 1）输出方程 Y = Q3Q2
2）驱动方程
一、同步计数器
(一) 同步二进制计数器
1、同步二进制加法计数器（四块T触发器组成）
C
Q3
Q2
Q1
Q0
&
C1 1N
C1 1N
C1 1N
C1 1N
CP
T3
T2
&
&
T1 T0=1
(1) 输出方程
C=Q3Q2Q1Q0
(2) 驱动方程
T0=1； T1=Q0； T2=Q1Q0； T3=Q2Q1Q0
(3)时序波形图
1
1110 1111
0111 1010
1000 1011
1001 0110
❖状态转换图（Q3Q2Q1Q0 / Y）
0000 /0 0001 /0 0010

时序逻辑电路例题分析

时序逻辑电路例题分析

Q0 Q1 Q2 Q3
Q4 Q5 Q6 Q37
CP1
CP CP0
74LS90(个位 ) S9A S9B R0A R0B
CP1 74LS90(十位 ) CP0 S9AS9B R0AR0B
5-1 第五章 时序逻辑电路设计例题
(1) 根据任务要求，确定状态图
001
011
010
QA、QB、QC分别表示三个绕组A、
/0
/0
(a) 有效循环
/0 010 101
/1
(b) 无效循环
6.时序图
CP
Q 0
Q1 Q2
Y
7.电路功能
有效循环的6个状态，称为六进制同步计数器。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＝1。
8.自启动问题
如果无效状态构成循环，则一旦受到干扰，使得电路进入无效 状态，则电路就没有可能再回到有效状态，即不能在正常工作， 必须重起系统才能正常工作，此类电路不能自启动。
4.画出逻辑图：
J0 = Q1n K0 = 1
J1 = Q0n K1 = 1
Z = Q1nQ0n
FF0
1J
Q
FF1
1J
Q& Z
C1
C1
1 1K
1 1K
Q
Q
CP
5.检测自启动： 11 00
此电路能够自启动
例3 设计一个串行数据检测电路，当连续输入3个或3个以上1时， 电路的输出为1，其它情况下输出为0。例如： 输入X 101100111011110 输出Y 000000001000110
QA JA QAKA
计数脉冲CP
(7) 检验该计数电路能否自动启动。

同步时序逻辑电路的习题 数字逻辑

同步时序逻辑电路的习题 数字逻辑

* 异步二进制计数器
也用 3 个 JK 触发器实现，CR 为清零端，电路图如下所示（3 个 JK 触发器的输入端均
悬空）
Q2
Q1
Q0
•
•
IK
IJ
IK
IJ
•
CR
•
• •
IK
IJ
Cp
•
悬空
驱动方程同上（略） 输出波形如下所示（对比同步计数器，看看异同）
Cp
Q0 Q1 Q2
111
110
101
100
011
输入 x / 输出 Z
0/0 00
1/0
1/0 01
状态 y2y1
0/1 0/0
1/0 0/0
1/0
11
10
2、分析下图所示的逻辑电路，说明该电路的功能。
y3
• y2
IK
IJ
Cp
••
&
IK
IJ
• ••
。
&
。y1
y1
IK
IJ
“1”
。•
1
x
3、分析下图所示的逻辑电路，设电路初始状态为“00”，输入序列为 x=10011110110，作出 输出响应序列，并说明电路功能。
D. 触发器一定更少
4、同步时序电路设计中，状态编码采用相邻编码法的目的是（ D ）。
A. 减少电路中的触发器
B. 提高电路速度
C. 提高电路可靠性
D. 减少电路中的逻辑门
**判断题
1、同步时序逻辑电路中的存储元件可以是任意类型的触发器。
（ ×）
2、若某同步时序逻辑电路可设计成 Mealy 型或者 Moore 型，则采用 Mealy 型电路比采用 Moore

第5章时序逻辑电路思考题与习题题解

第5章时序逻辑电路思考题与习题题解

思考题与习题题解5-1填空题（1）组合逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与电路原来所处的状态无关；时序逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与信号作用前电路原来所处的状态有关。

（2）构成一异步2n进制加法计数器需要n 个触发器，一般将每个触发器接成计数或T’型触发器。

计数脉冲输入端相连，高位触发器的CP端与邻低位Q端相连。

（3）一个4位移位寄存器，经过 4 个时钟脉冲CP后，4位串行输入数码全部存入寄存器；再经过4个时钟脉冲CP后可串行输出4位数码。

（4）要组成模15计数器，至少需要采用 4 个触发器。

5-2判断题（1）异步时序电路的各级触发器类型不同。

（×）（2）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。

（×）（3）具有N个独立的状态，计满N个计数脉冲后，状态能进入循环的时序电路，称之模N计数器。

（√）（4）计数器的模是指构成计数器的触发器的个数。

（×）5-3单项选择题（1）下列电路中，不属于组合逻辑电路的是（D）。

A.编码器B.译码器C.数据选择器D.计数器（2）同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者( B)。

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（3）在下列逻辑电路中，不是组合逻辑电路的有( D)。

A.译码器B.编码器C.全加器D.寄存器（4）某移位寄存器的时钟脉冲频率为完成该操作需要（B）时间。

100KHz，欲将存放在该寄存器中的数左移8位，A.10μSB.80μSC.100μSD.800ms（5）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（C ）个触发器。

A.6B.7C.8D.10（6）某数字钟需要一个分频器将32768Hz的脉冲转换为1HZ的脉冲，欲构成此分频器至少需要（B）个触发器。

A.10B.15C.32D.32768（7）一位8421BCD 码计数器至少需要（B）个触发器。

数字电路与逻辑设计第5章时序逻辑电路

数字电路与逻辑设计第5章时序逻辑电路
第5章 时序逻辑电路
图5-1时序逻辑电路的组成框图
根据图5-1，可以列出以下3个逻辑 方程组：
（5-1） （5-2） （5-3）
其中，式（5-1）称为输出方程，式 （5-2）称为驱动方程（或激励方程）， 式（5-3）称为状态方程。
qn1,qn2,…,qnj表示存储电路每个触发 器的初态，qn+11，qn+12,…，qn+1j表示存 储电路每个触发器的次态。
表5-2 74LS175的状态转换表
图5-7 74LS175的引脚排列图
5.3.2移位寄存器
在数字电路系统中，由于运算的需 要，常常要求输入寄存器的数码能逐位 移动，这种具有移位功能的寄存器，称 为移位寄存器。
移位寄存器的逻辑功能和电路结构 形式较多。
根据移位方向可分为单向移位寄存 器和双向移位寄存器两种；根据接收数 据的方式可分为串行输入和并行输入两 种；根据输出方式可分为串行输出和并 行输出。
所谓串行输入，是指将数码从一个 输入端逐位输入到寄存器中，而串行输 出是指数码在末位输出端逐位出现。
1.单向移位寄存器
单向移位寄存器，是指数码仅能作 单一方向移动的寄存器。可分为左移寄 存器和右移寄存器。如图5-8所示是由D 触发器组成的4位串行输入、串并行输出 的左移寄存器。
图5-8 4位左移寄存器
分析同步时逻辑电路的一般步骤如 下。
（1）写出存储电路中每个触发器的驱 动方程； （2）将驱动方程分别代入各触发器的 特性方程，得出每个触发器的状态方 程； （3）根据逻辑电路写出输出方程。
5.2.2时序逻辑电路的一般分析方法
实际上，从驱动方程、状态方程和 输出方程这3个方程中，还不能对时序逻 辑电路的逻辑功能有一个完全的了解， 还需要通过另外一些更直观的方法来分 析和描述时序逻辑电路的逻辑功能。这 里主要介绍3种比较重要而且常用的方法 ，分别是状态转移表、状态转移图、时 序图。

《数字逻辑》(第二版)习题答案 第五章

《数字逻辑》(第二版)习题答案 第五章

习题五1. 简述时序逻辑电路与组合逻辑电路的主要区别。

解答组合逻辑电路:若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出值仅仅取决于该时刻各输入值的组合，而与过去的输入值无关，则称为组合逻辑电路。

组合电路具有如下特征：①由逻辑门电路组成，不包含任何记忆元件；②信号是单向传输的，不存在任何反馈回路。

时序逻辑电路:若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出信号不仅与电路该时刻的输入信号有关，还与电路过去的输入信号有关，则称为时序逻辑电路。

时序逻辑电路具有如下特征：○1电路由组合电路和存储电路组成，具有对过去输入进行记忆的功能；○2电路中包含反馈回路，通过反馈使电路功能与“时序”相关；○3电路的输出由电路当时的输入和状态(过去的输入)共同决定。

2. 作出与表1所示状态表对应的状态图。

表1 状态表现态y2 y1次态y2 ( n+1)y1(n+1) /输出Zx2x1=00 x2x1=01 x2x1=11 x2x1=10ABCD B/0B/0C/0A/0B/0C/1B/0A/1A/1A/0D/0C/0B/0D/1A/0C/0解答根据表1所示状态表可作出对应的状态图如图1所示。

图13. 已知状态图如图2所示，输入序列为x=11010010，设初始状态为A，求状态和输出响应序列。

图 2解答状态响应序列：A A B C B B C B输出响应序列：0 0 0 0 1 0 0 14. 分析图3所示逻辑电路。

假定电路初始状态为“00”，说明该电路逻辑功能 。

图 3 解答○1 根据电路图可写出输出函数和激励函数表达式为xK x,J ,x K ,xy J y xy Z 1111212=====○2 根据输出函数、激励函数表达式和JK 触发器功能表可作出状态表如表2所示，状态图如图4所示。

表2图4现态 y 2 y 1 次态 y 2( n+1)y 1(n+1)/输出Zx=0 x=1 00 01 10 1100/0 00/0 00/0 00/001/1 11/0 11/0 11/1○3 由状态图可知，该电路为“111…”序列检测器。

第五章 同步时序逻辑电路

第五章 同步时序逻辑电路

三、状态图
状态图：是一种反映同步时序电路状态转换规律及相应输 入、输出取值关系的有向图。
Mealy 型电路状态图的形式如图 (a) 所示。图中，在有向箭 头的旁边标出发生该转换的输入条件以及在该输入和现态下的 相应输出。
x/z
x
Moore型电路状态图的形式如图(b) 所示，电路输出标在圆 圈内的状态右下方，表示输出只与状态相关。
0
1
根据状态响应序列可作出时间图如下：
时钟节拍：1 2 输入x1： 0 0 输入x2： 0 1 状态 y： “0” 0 输出Z ： 0 1 3 1 0 0 1 4 1 1 0 0 5 0 1 1 0 6 1 1 1 1 7 1 0 1 0 8 0 0 1 1
分析时间图可知，该电路实现了串行加法器的功能。其中x1 为被加数，x2为加数，它们按照先低位后高位的顺序串行地输入。 每位相加产生的进位由触发器保存下来参加下一位相加，输出Z 从低位到高位串行地输出“和”数。
构造Moore型原始状态图如下：
1
相应的原始状态表如下表所示。
例 设计一个用于引爆控制的同步时序电路，该电路有一 个输入端x和一个输出端Z。平时输入x始终为0，一旦需要引爆， 则从 x 连续输入4个1信号(不被0间断)，电路收到第四个1后在 输出端Z产生一个1信号点火引爆，该电路连同引爆装置一起被 炸毁。试建立该电路的Mealy型状态图和状态表。
四、时间图
时间图是用波形图的形式来表示输入信号、输出 信号和电路状态等的取值在各时刻的对应关系，通常 又称为工作波形图。在时间图上，可以把电路状态转 换的时刻形象地表示出来。
5.2 同步时序逻辑电路分析
5.2.1 分析的方法和步骤 常用方法有表格法和代数法。 一、表格分析法的一般步骤 1．写出输出函数和激励函数表达式。 2．借助触发器功能表列出电路次态真值表。 3．作出状态表和状态图（必要时画出时间图） 。 4．归纳出电路的逻辑功能。

第5章 时序逻辑电路

第5章 时序逻辑电路

第5章 时序逻辑电路 ①时钟方程：
CP0=CP
n Z Q1n Q0
CP1=Q0
②输出方程：
③各触发器的驱动方程：
n D0 Q0
D1 Q1n
（2）将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态 方程：
Q0
Q1
现 0 1 1 0 态 0 1 0 1
n 1
n D0 Q0
（CP由0→1时此式有效） （Q0由0→1时此式有效）
/0
001
/0 010 /0
011 /0
/Y
6） 时序图
CP Q1 Q2 Q3 1 2
/1 110 /0 101 /0 100
7、分析电路的功能 t
0 0
t
1 0
1 0
t
t t
随CP的输入，电路循 环输出七个稳定状态， 所以是七进制计数器。 Y端的输出是此七进制 计数器的进位脉冲。
8、检查自启动 由状态转换表知，此 电路能自启动。
的输入端。
Q0 串行 输出 D0 FF0 1D
∧
并
行 Q1
输 Q2
出 Q3 DI 串行 输入 Q
FF1 Q D1 1D
∧
FF2 Q D2 1D
∧
FF3 Q D3 1D
∧
C1
C1
C1
C1
R CP CR
R
R
R
2 ．双向移位寄存器 将右移寄存器和左移寄存器组合起来，并引入一控制 端S便构成既可左移又可右移的双向移位寄存器。
Vcc Q0 Q1 Q2 Q3 CP
16 15 14 13 12 11
S1 S0
10 9
CP
Q 0Q 1 Q 2Q 3 74194 D 0 D 1 D2 D 3 S0 S1 DSL

第五章 时序逻辑电路

第五章 时序逻辑电路

D0
D1 D2 D3
(b) 逻辑功能示意图
5.1.2 寄存器
表5.2.3 CT74LS194的功能表
由该表可知它的主要功能如下。 （1）清零功能。 （2）保持功能。
5.1.2 寄存器
（3）并行置数功能。 （4）右移串行输入功能。 （5）左移串行输入功能。 三、寄存器的应用 1.实现数据的串/并行转换
5.1.1 数字电路概述
一、时序逻辑电路的分析 时序逻辑电路的分析是根据已知的逻辑电路图， 找出电路状态和输出信号在输入信号和时钟脉冲信 号作用下的变化规律，确定电路的逻辑功能。 1.时序逻辑电路的基本分析步骤 （1）列写电路方程 ①输出方程。 ②驱动方程。 ③状态方程。
5.1.1 数字电路概述
5.1.2 寄存器
一、数码寄存器 CT74LS175是用维持阻塞D触发器组成的4位寄存 器，它的逻辑图如图5.2.1所示。
Q0 Q0 FF0 CP CR 1D C1 D0 RD Q1 Q1 FF1 1D C1 D1 RD Q2 Q2 FF2 1D C1 D2 RD Q3 Q3 FF3 1D C1 D3 RD
CP 移位时钟脉冲
图5.2.2 由边沿D触发器组成的4位单向移位寄存器 （a）右移位寄存器；（b）左移位寄存器
例如，设串行输入数据为DI＝1011，首先将移 位寄存器的初始状态置为0，即Q3 Q2Q1Q0＝0000。 经过4个移位脉冲后，寄存器状态应为Q3 Q2Q1Q0 ＝1011，所以，串行输入数码的顺序依次是从高位 到低位，即在4个移位脉冲CP的作用下依次送入1、 0、1、1。
Q0 FF0 1D Di D0 C1 右移 输入 CP 移位时钟脉冲 Q0 D1 Q0 FF1 1D C1 Q1 Q1 D2 Q1 FF2 1D C1 Q2 D3 Q2 Q2 FF3 1D C1 Q3 Q3 右移 输出 Q3

5章时序逻辑电路复习题

5章时序逻辑电路复习题

时序逻辑电路一、选择题：1、相同计数器的异步计数器和同步计数器相比,一般情况下( )A. 驱动方程简单B. 使用触发器个数少C. 工作速度快D. 以上都不对2、n级触发器构成的环形计数器,其有效循环的状态数是( )A. n个B. 2个C. 4个D. 6个3、下图所示波形是一个( C )进制加法计数器的波形图。

试问它有( A )个无效状态。

A .2； B. 4 ； C. 6； D. 12CPQ1Q2Q34、设计计数器时应选用（）。

A．边沿触发器 B．基本触发器C．同步触发器 D．施密特触发器5、一块7490十进制计数器中,它含有的触发器个数是( )A. 4B. 2C. 1D. 66、n级触发器构成的扭环形计数器,其有效循环的状态数是( )A. 2n个B. n个C. 4个D. 6个7、时序逻辑电路中一定包含（）A.触发器B.组合逻辑电路C.移位寄存器D.译码器8、用n个触发器构成计数器，可得到的最大计数长度为（）A. 2n C.2n D.n9、有一个移位寄存器，高位在左，低位在右，欲将存放在其中的二进制数乘上(4)10,则应将该寄存器中的数（）A.右移二位B.左移一位C. 右移二位D.左移一位10、某时序逻辑电路的状态转换图如下，若输入序列X=1001时，设起始状态为S1，则输出序列Z=（）X/Z 0/11/0 S1 S2 0/01/1A. 0101 .1011 C11、、一位8421BCD码计数器至少需要（）个触发器A. 4B. 3C.512、利用中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法有( ABC )A.复位法 B .预置数法 C .级联复位法 13、在移位寄存器中采用并行输出比串行输出 （ ）。

A.快B.慢C.一样快D.不确定14、用触发器设计一个24进制的计数器，至少需要( )个触发器。

A. 5 .4 C D. 315、在下列逻辑电路中，不是组合逻辑电路的有（ ）。

A. 寄存器B.编码器C.全加器D. 译码器 16、一个 4 位移位寄存器可以构成最长计数器的长度是（ ）。

第五章：时序逻辑电路

第五章：时序逻辑电路

一，特点结构分类学习指导：通过本知识点的学习，了解时序逻辑电路的结构，掌握组合逻辑电路与时序电路的区别及时序电路的分类方法。

某时刻的特定输出仅决定于该时刻的输入，而与电路原来的状态无关。

时序电路的特点数字逻辑电路按工作特点分为两大类：一类是组合逻辑电路，简称组合电路；另一类是时序逻辑电路，简称时序电路。

时序电路与组合电路的区别：如果一个电路，由触发器和组合电路组成，那么它就有能力把前一时刻输入信号作用的结果，记忆在触发器中。

这样，电路在某一给定时刻的输出不仅取决于该时刻电路的输入，而且还取决于该时刻电路的状态（触发器的状态）。

所谓时序就是电路的状态与时间顺序有密切关系，预定操作是按时间顺序逐个进行的时序电路的特点是电路在任一时刻的稳定输出，不仅取决于该时刻电路的输入，而且还与电路过去的输入有关，因此这种电路必须具有存储电路（绝大多数由触发器构成）保证记忆能力，以便保存电路过去的输入状态。

时序电路的结构时序电路的一般结构如图5-1所示,它由组合电路和存储电路两部分组成，图5-1中X(X1、X2、······X n) 代表输入信号，Z(Z1、Z2、······X m)代表输出信号，W(W1、W2、······W h )代表存储电路控制信号，Y(Y1、Y2、······Y k) 代表存储电路输出状态(时钟信号未标出)，这些信号之间的关系可以用下列三个方程(函数）表示：输出方程： Z（t n）= F[X（t n），Y（t n）] （5-1）状态方程： Y（t n+1）= G[W（t n），Y（t n）] （5-2）各触发器的输入端表达式.控制方程: W（t n）= H[X（t n），Y（t n）] （5-3）各方程中t n、t n+1表示相邻的两个离散时间Y（t n）一般表示存储电路(各触发器)输出现时的状态，简称现态，或原状态Y（t n+1）则描述存储电路下一个工作周期（来过一个时钟脉冲以后）的状态，简称次态、或新状态.∙时序电路的分类由输出方程可知，时序电路的现时输出Z（t n）决定于存储电路的现时状态Y（t n）及时序电路的现时输入X（t n）。

第五章 时序逻辑电路 习题解答

第五章 时序逻辑电路 习题解答

第五章 时序逻辑电路 习题解答注：1. 用EDA 软件(例如Multisim ／EWB)可以帮助解题。

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也不一定是最佳答案。

[题 5.1] 分析图P5.1时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。

[解]11322131233n 113131n 1212212n 133213311;J K Q J K Q J Q Q K Q Q Q Q Q Q QQ Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Y Q +++=======+==+=⊕==电路能自启动。

状态转换图如图A5.1。

[题 5.2] 试分析图P5.2时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。

A 为输入逻辑变量。

[解]12212+12n 112n 1212 ()(+)D A Q D A Q Q A Q Q QAQ Q A Q Q ++===== 21=Y A Q Q电路的状态转换图如图A5.2。

[题 5.3] 试分析图P5.3时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动。

[解]12312121331232n 11231n 12123132n+13123223;1 ; ;=J Q Q K J Q K Q Q J Q Q K Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Y Q Q ++=======+=+= 电路的状态转换图如图A5.3。

电路能自启动。

[题 5.4] 分析图P5.4给出的时序电路，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说明电路实现的功能。

A 为输入变量。

[解]n+11111n 122221212121=+J K Q Q J K A Q Q A Q Q Y A Q Q A Q Q +=====⊕=⊕⊕电路状态转换图如图A5.4。

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2．状态化简，求得最小化状态表；
3．状态编码，得到二进制状态表； 4．选定触发器的类型，并求出激励函数和输出函数最简 表达式； 5．画出逻辑电路图。
5.3.1 建立原始状态图和原始状态表
原始状态图和原始状态表是对设计要求的最原始的抽 象。建立正确的原始状态图和状态表是同步时序电路设计 中最关键的一步。
二、结构
时序逻辑电路由组合电路和存储电路两部分组成，通过反 馈回路将两部分连成一个整体。
图中，CP为时钟脉冲信号，它是否存在取决于时序逻辑 电路的类型。
时序逻辑电路的状态y1,…，ys是存储电路对过去输入 信号记忆的结果，它随着外部信号的作用而变化。
次态与现态的概念: 在对电路功能进行研究时，通常将某一时刻的状态称 为“现态”，记作yn，简记为 y； 将在某一现态下，外部信号发生变化后到达的新的状 态称为 “次态”，记作 yn+1 。
4．描述电路的逻辑功能。
由状态图可知，该电路是一个2 位二进制数可逆计数器。
当输入x=0 时，可逆计数器进行加1计数，其计数序列为 00 01 10 11
当输入x=1时，可逆计数器进行减1计数，其计数序列为 00 01 10 11
例 试用代数法分析下图所示同步时序逻辑电路的逻辑 功能。 解 该电路由一个J-K 触发器和四个逻辑门构成， 电路有两个输入端x1和x2， 一个输出端Z。输出Z与输 入和状态均有直接联系， 属于Mealy型电路。
0
1
根据状态响应序列可作出时间图如下：
时钟节拍：1 2 输入x1： 0 0 输入x2： 0 1 状态 y： “0” 0 输出Z ： 0 1 3 1 0 0 1 4 1 1 0 0 5 0 1 1 0 6 1 1 1 1 7 1 0 1 0 8 0 0 1 1
分析时间图可知，该电路实现了串行加法器的功能。其中x1 为被加数，x2为加数，它们按照先低位后高位的顺序串行地输入。 每位相加产生的进位由触发器保存下来参加下一位相加，输出Z 什么叫状态化简？ 所谓状态化简，是指采用某种化简技 术从原始状态表中消去多余状态，得到一个既能正确地描述 给定的逻辑功能，又能使所包含的状态数目达到最少的状态 表，通常称这种状态表为最小化状态表。
第 五 章
同步时序逻辑电路
本章知识要点:
时序逻辑电路的基本概念; 同步时序逻辑电路的分析和设计方法; 典型同步时序逻辑电路的分析和设计。
5 ．1 概
述
5.1.1 时序逻辑电路的定义、结构和特点 一、定义 若逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出信号不仅与 电路该时刻的输入信号有关，还与电路过去的输入信号 有关，则称为时序逻辑电路。
二、按电路输出对输入的依从关系分类
根据电路的输出是否与输入直接相关，时序逻辑电路可以 分为Mealy型和Moore型两种不同的 模型。
1．Mealy型电路：若时序逻辑电路的输出是电路输入和电 路状态的函数，则称为Mealy型时序逻辑电路。
2．Moore型电路：若时序逻辑电路的输出仅仅是电路状 态的函数，则称为Moore型时序逻辑电路。
5.3 同步时序逻辑电路的设计
同步时序逻辑电路的设计是指根据特定的逻辑要求，设计 出能实现其逻辑功能的时序逻辑电路。显然， 设计是分析的逆 过程，即：
分析
逻辑电路
设计
逻辑功能
同步时序逻辑电路设计追求的目标是，使用尽可能少的 触发器和逻辑门实现预定的逻辑要求！
设计的一般步骤如下：
1．形成原始状态图和原始状态表；
0
1
4． 画出时间图，并说明电路的逻辑功能 设电路初态为“0”，输入x1 为00110110，输入x2 为 01011100，根据状态图可作出电路的输出和状态响应序 列如下: 时钟节拍：1 2 输入x1： 0 0 输入x2： 0 1 状态y： “0” 0 输出Z ： 0 1 3 1 0 0 1 4 1 1 0 0 5 0 1 1 0 6 1 1 1 1 7 1 0 1 0 8 0 0 1 1
四、时间图
时间图是用波形图的形式来表示输入信号、输出 信号和电路状态等的取值在各时刻的对应关系，通常 又称为工作波形图。在时间图上，可以把电路状态转 换的时刻形象地表示出来。
5.2 同步时序逻辑电路分析
5.2.1 分析的方法和步骤 常用方法有表格法和代数法。 一、表格分析法的一般步骤 1．写出输出函数和激励函数表达式。 2．借助触发器功能表列出电路次态真值表。 3．作出状态表和状态图（必要时画出时间图） 。 4．归纳出电路的逻辑功能。
1．写出输出函数和激励函数表达式
2．把激励函数表达式代入触发器的次态方程，得到电路 的次态方程组 该电路的存储电路只有一个触发器，因此，电路只有一 个次态方程。 根据J-K触发器的次态方程和电路的激励函数表达式，可 导出电路的次态方程如下：
3．根据次态方程和输出函数表达式作出状态表和状态图 根据次态方程和输出函数表达式，可以作出该电路的状态 表和状态图如下。
三、状态图
状态图：是一种反映同步时序电路状态转换规律及相应输 入、输出取值关系的有向图。
Mealy型电路状态图的形式如图(a)所示。图中，在有向箭 头的旁边标出发生该转换的输入条件以及在该输入和现态下的 相应输出。
x/z
x
Moore型电路状态图的形式如图(b) 所示，电路输出标在圆 圈内的状态右下方，表示输出只与状态相关。
三、按输入信号形式分类
时序逻辑电路的输入信号可以是脉冲信号也 可以是电平信号。根据输入信号形式的不同，时 序逻辑电路通常又被分为脉冲型和电平型两种类 型。
5.1.3 同步时序逻辑电路的描述方法 一、逻辑函数表达式 同步时序电路的结构和功能，可用三组逻辑函数表达 式描述。
1．输出函数表达式：是一组反映电路输出Z与输入x和状 态y之间关系的表达式。
（该问题的实际意义？----------施工的安全性！）
解 分析:该电路实际上是一个用于特殊场所的“1111”序 列检测器。它与一般序列检测器有两点不同： 1. 输入带有约束条件，即一旦输入出现1，则一定是不被 0间断的连续4个1； 2. 收到4个1后，输出产生的引爆信号使电路自毁，故此 时不再存在次态问题。
二、 代数分析法的一般步骤 1．写出输出函数表达式和激励函数表达式。 2．把激励函数表达式代入触发器的次态方程，导出电路 的次态方程组。 3．作出状态表和状态图（必要画出时间图）。 4．归纳出电路的逻辑功能。 由分析步骤可知，两种方法仅第二步有所不同，分析中 可视具体问题灵活选用。
5.2.2 分析举例 例 用表格法分析下图所示同步时序逻辑电路。
二、状态表
状态表：反映同步时序电路输出Z、次态yn+1与电路输入x、 现态y之间关系的表格，又称为状态转移表。 Mealy型同步时序电路状态表的格式如作下表所示。
表中，列数 = 输入的所有取值组合数； 行数 = 触发器的状态组合数。
Moore型电路状态表的格式如左下表所示。
状态表是同步时序电路分析和设计中常用的工具，它非 常清晰地给出了同步时序电路在不同输入和现态下的次态和 输出。
解 该电路的输出即 状态变量，因此，该电路 属于Moore型电路的特例。
1.写出输出函数和激励函数表达式 J1=K1=1 ；J2=K2=x⊕y1
2．列出电路次态真值表
J K 00
Q(n+1) Q
01
10 11
0
1 Q
3．作出状态表和状态图
状态表
现态 y2 y1 0 0 0 1 1 0 1 1 次态y2(n+1)y1(n+1） X=0 0 1 1 0 1 1 0 0 X=1 1 1 0 0 0 1 1 0
例 某序列检测器有一个输入端x和一个输出端Z。输 入端 x 输入一串随机的二进制代码，当输入序列中出现“011” 时，输出Z产生一个1输出，平时Z输出0 。典型输入、输出序列 如下。 输入x: 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 输出Z: 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 试作出该序列检测器的原始状态图和原始状态表。 解 1. 假定用Mealy型同步时序逻辑电路实现该序列检测 器的逻辑功能. 设: 状态A------电路的初始状态； 状态B------表示收到了序列“011”中的第一个信号“0”； 状态C------表示收到了序列“011”中的前面两位“01” ； 状态D------表示收到了序列“011”。
构造Moore型原始状态图如下：
1
相应的原始状态表如下表所示。
例 设计一个用于引爆控制的同步时序电路，该电路有一 个输入端x和一个输出端Z。平时输入x始终为0，一旦需要引爆， 则从 x 连续输入4个1信号(不被0间断)，电路收到第四个1后在 输出端Z产生一个1信号点火引爆，该电路连同引爆装置一起被 炸毁。试建立该电路的Mealy型状态图和状态表。
设：状态A---电路初始状态； 状态B---表示收到了第一个1输入； 状态C---表示收到了连续2个1输 入； 状态D---表示收到了连续3个1输入。 根据题意，可得到该电路的Mealy型原始状态图和原始状 态表如下。图、表中用“d”表示不确定次态或不确定输出。
注意:
在时序电路设计中，状态化简时利用不完全确定 状态表中不确定次态和不确定输出的随意性，通常可 使设计方案变得更简单。这一点类似包含无关最小项 的组合电路设计，只不过在处理上要复杂一些。
可画出状态图如下：
相应状态表如下：
2．假定用Moore型同步时序逻辑电路实现该序列检测器 的逻辑功能. 由于电路输出完全取决于状态 ，而与输入无直接联系。 在作状态图时，应将输出标记在代表各状态的圆圈内。
设电路初始状态为A，并用状态B、C、D分别表示收到了 输入x送来的0、01、011。显然，根据题意，仅当处于状态D 时电路输出为1，其他状态下输出均为0。
Zi = fi(x1，…，xn ,y1,…，ys) i=1,2,…,m（Mealy型电路) Zi = fi(y1，…，ys) i=1,2,…,m（Moore型电路）