第八章时序逻辑电路学习资料

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 ）。

LOGIC对扰动不敏感（2）Register寄存器为存放二进制数据的器件，通常由Latch 构成。

一般地，寄存器为边沿触发。

（3）flip-flops（触发器）任何由交叉耦合的门形成的双稳电路Register 时序参数D Q Clk T Clk D tsu Q tc-q thold注意：数据的上升和下降时间不同时，延时将不同。

2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 11 页Latch 时序参数Latch 的时序（ Timing ）参数还要考虑tD 2 D Q DQtD-qQClkClktC 2QtC 2Q寄存器（Register）2004－12－1锁存器（Latch）第 8 章 (1) 第 12 页清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德Latch 时序参数D Q Clk正电平 Latch 时钟负边沿T Clk D tc-q PWm thold td-q tsuQ注意：数据的上升和下降时间不同时，延时将不同。

2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 13 页最高时钟频率φ FF’s LOGIC tp,comb最高时钟频率需要满足：tclk-Q + tplogic+ tsetup < T =但同时需要满足:其中tplogic = tp,comb (max) tcd:污染延时（contamination delay） = 最小延时（minimum delay）第 8 章 (1) 第 14 页tcdreg + tcdlogic > thold =2004－12－1其中清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德研究不同时刻 （t1, t2）FF1φ (t1) LOGIC t p,combφ (t2)CLKt1tsu D tholdFF1 输入数据 应保持稳定t tsuF F2t2holdtFF2 输入数据 应保持稳定tclk-q QFF1 输出数据 经组合逻辑到达 t 已达稳定 寄存器输入端tclk-Qtp,comb (max）tsetup因此要求：tclk-Q + tp,comb (max) + tsetup < T =2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 15 页研究同一时刻 （t1）t1 时FF1φ (t1) LOGIC FF1 t p,combt1 时FF2输入数据（2）φ (t1)输入数据（1）tclk-q QFF1 输出数据 已达稳定经组合逻辑已 到达FF2 输入端破坏了本应保 持的数据（2）tt1tcdregtcdlogicholdsuD输入数据（2）应保持稳定至 t1F F2t因此要求 := tcd: 污染延时（contamination delay） = 最小延时（minimum delay）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 16 页tcdreg + tcdlogic > thold写入（触发）静态 Latch 的方法：以时钟作为隔离信号, 它区分了“透明” （transparent ）和“不透明” （opaque）状态CLKCLKQ CLKD CLKDD弱反相器CLKMUX 实现弱反相器实现（强制写入）（控制门可仅用NMOS实现）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德第 8 章 (1) 第 17 页Latch 的具体实现基于Mux 的 Latch负（电平） latch (CLK= 0 时透明) 正（电平） latch (CLK= 1 时透明)1 D 0Q D0 1QCLKCLKQ = Clk ⋅ Q + Clk ⋅ In2004－12－1Q = Clk ⋅ Q + Clk ⋅ In第 8 章 (1) 第 18 页清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德基于（传输门实现的） Mux 的 LatchCLKQ CLK DCLK（1）尺寸设计容易 （2）晶体管数目多（时钟负载因而功耗大）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 19 页基于（传输管实现）Mux 的 Latch（仅NMOS 实现）CLK QM QM CLK CLKCLK仅NMOS 实现不重叠时钟 （Non-overlapping clocks）（1）仅NMOS 实现，电路简单，减少了时钟负载 （2）有电压阈值损失（影响噪声容限和性能，可能引起静态功耗）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 20 页Q单元形式的Latch采用串联电压开关逻辑（CVSL）QNon-overlap时间过长，存储在动态节点上的电荷会泄漏掉（故称伪静态）低电压静态Latch双边沿触发寄存器RS Latch?动态Latch 和Register（1）比静态Latch和Register 简单（2）基于在寄生电容上存储电荷，由于漏电需要周期刷新（或经常更新数据）（3）不破坏的读信息：因此需要输入高阻抗的器件传输门构成的动态边沿触发寄存器（只需8 个晶体管，节省功耗和提高性能，甚至可只用NMOS 实现）动态节点。

第八章时序逻辑电路第一节寄存器一、单项选择题1.N个触发器可以构成能寄存位二进制数码的寄存器。

（）A.N-1B.NC.N+1D.2N2.存储8位二进制信息要个触发器。

位移位寄存器，串行输入时经个脉冲后，8位数码全部移入寄存器中。

4.有一个左移移位寄存器，当预先置入1011后，其串行输入固定接0，在4个移位脉冲CP作用下，四位数据的移位过程是（）C.D.5.由三级触发器构成环形计数器的计数摸值为（ )6.如图8-7所示电路的功能为（）A.并行输入寄存器B.移位寄存器C.计数器D.序列信号发生器7.由四位移位寄存器构成的顺序脉冲发生器可产生个顺序脉冲。

（）8.现欲将一个数据串延时4个CP的时间，则最简单的办法采用（）位并行寄存器位移位寄存器进制计数器位加法器二、判断题1.时序电路中不含有记忆功能的器件。

（ )2.移位寄存器74LS194可串行输入并行输出，但不能串行输入串行输出。

（）3.时序逻辑电路在某一时刻的输出状态与该时刻之前的输入信号无关。

（ )4.时序电路一定不要组合电路。

（）三、多项选择题1.寄存器按照功能不同可分为（）A.数据寄存器B.移位寄存器C.暂存器D.计数器2.数码寄存器的特点是（）A.存储时间短B.速度快C.可做高速缓冲器D.一旦停电后存储数码全部消失3.移位寄存器按移位方式可分为（）A.左移移位寄存器B.右移移位寄存器C.双向移位寄存器D.集成移位寄存器第二节计数器一、填空题1.触发器有个稳定状态，它可以记录位二进制码，存储8位二进制信息需要个触发器。

2.按进位体制的不同，计数器可分为计数器和计数器等；按计数过程中数字增减趋势的不同，计数器可分为计数器、计数器和计数器。

3.要构成五进制计数器，至少需要个触发器。

4.设集成十进制（默认为8421码）加法计数器的初态为Q3Q2Q1Q0=1001，则经过5个CP脉冲以后计数器的状态为 .5.在各种寄存器中，存放N位二进制数码需要个触发器。

《时序逻辑电路》知识要点复习一、时序逻辑电路1、时序逻辑电路：电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，也与电路原状态有关。

时序逻辑电路具有记忆功能。

2、时序逻辑电路分类：可分为两大类：同步时序电路与异步时序电路。

（1）同步时序电路：各触发器都受到同一时钟脉冲控制，所有触发器的状态变化都在同一时刻发生。

（2）异步时序电路：各触发器没有统一的时钟脉冲（或者没有时钟脉冲）, 各触发器状态变化不在同一时刻发生。

计数器、寄存器都属于时序逻辑电路。

3、时序逻辑电路由门电路和触发器组成，触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。

二、计数器1、计数器概述:（1）计数器：能完成计数，具有分频、定时和测量等功能的电路。

（2）计数器的组成：由触发器和门电路组成。

2、计数器的分类:按数制分：二进制计数器、十进制计数器、N 进制（任意进制）计数器; 按计数方式分：加法计数器、减法计数器、可逆计数器; 按时钟控制分：同步计数器、异步计数器。

3、计数器计数容量（长度或模）：计数器能够记忆输入脉冲的数目，就称为计数器的计数容量（或计数长度或计数模），用M 表示。

3位二进制同步加法计数器：M=2^8,n 位4、二进制计数器（1）异步二进制加法计数器：如下图电路中，四个JK 触发器顺次连接起来，把上一触发器的Q 端输出作为下一个触发器的时钟信号，CP 0=CP CP F Q OJ1-K1-IJ2—K2—1J3—K3—1Qq’QQ 。

为计数输出，Q ；i 为进位输出，Rd 为异步复位（清0）二进制同步加法计数器：M=2n, n 位二进制计数器需要用n 个触发器。

C?2=Q1 CP3= Q2，Jo =Ko-l这样构成了四位异步二进制加计数器。

30,Qy。

U在计数前清零，QAQ1Q 产0000；第一个脉冲输入后,Q3Q 2Q I Q O =OOO1；第二个脉冲输入后,Q3Q 2Q I Q O =OO1O ；第三个脉冲输入后,Q3Q 2Q>Q O =OO11,……,第15个脉冲输入后，Q3Q 2QiQo=lllb第16个脉冲输入后，Q3Q-QQ°=0000,并向高位输出一个进位信号，当下一个脉冲来时，进 入新的计数周期。