第三章 时序电路(触发器)

同步时序电路名词解释
同步时序电路是一种在电子系统中应用的数字电路，它是通过时钟信号来同步各个部分的操作。

时序电路对于在确定的时间点执行特定任务的应用非常重要，如处理器、存储器和其他数字系统。

以下是同步时序电路的一些基本概念和要素：
1.时钟信号：时钟是同步时序电路的基础。

时钟信号是一个周期性的方波信号，用于同步系统中的各个元件。

时钟信号定义了电路的工作时序，使得不同的操作在特定的时钟周期内完成。

2.触发器：触发器是同步时序电路的核心元件之一。

它们是一种存储器件，通过时钟信号触发，保存输入信号的状态。

D触发器和JK触发器是常见的类型，它们被广泛用于时序电路的设计。

3.寄存器：寄存器是一组触发器的集合，用于存储二进制数据。

寄存器在时钟信号的作用下，将输入数据加载到内部存储单元中。

4.计数器：计数器是一种特殊的时序电路，用于计数时钟脉冲的数量。

它在许多数字系统中被广泛用于生成序列号、实现状态机等应用。

5.状态机：状态机是一种由状态和状态之间的转移组成的时序电路。

它可以是有限状态机（FSM）或无限状态机，用于实现特定的序列逻辑和控制功能。

6.时序逻辑：时序逻辑是指电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于过去的输入和系统的状态。

时序逻辑通过触发器和寄存器来实现。

同步时序电路的设计需要考虑时序关系、时钟周期、信号传播延迟等因素。

合理的时序设计可以确保电路的可靠性、稳定性和正确性。

这对于数字系统的性能和正确功能至关重要。

时序电路逻辑功能描述方式时序电路是一种电子电路，其逻辑功能在不同时间点上发生变化。

在时序电路中，电路的输出不仅依赖于当前的输入信号，还依赖于过去的输入信号和电路的内部状态。

时序电路通常由触发器（Flip-Flop）和组合逻辑门组成。

触发器是一种存储元件，可以存储一个二进制位的状态。

组合逻辑门通过将触发器的输出连接起来，并根据输入信号的条件决定是否改变触发器的状态。

通过这种方式，时序电路可以实现复杂的逻辑功能。

为了描述时序电路的逻辑功能，我们可以使用状态图、状态表和状态方程等方式。

状态图（State Diagram）是时序电路的一种图形表示方法。

它通过节点和有向边来表示电路的不同状态和状态之间的转换关系。

每个节点表示一个电路的状态，每条边表示一种条件下的状态转换。

状态图可以直观地描述时序电路的逻辑功能。

状态表（State Table）是时序电路的一种表格表示方法。

它列出了电路的每个状态和每个状态下的输出。

状态表通常包括当前状态、下一个状态和输出信号等列。

状态表可以清晰地描述电路的逻辑功能，并方便进行状态迁移和输出信号的计算。

状态方程（State Equation）是时序电路的一种数学描述方法。

它通过逻辑代数或布尔代数的形式表示电路的当前状态、输入信号和输出信号之间的关系。

状态方程可以使用逻辑门的真值表或卡诺图来推导得到。

在描述时序电路的逻辑功能时，我们通常需要确定以下几个方面的内容：1.电路的输入信号：输入信号是时序电路的触发条件，决定触发器状态的改变。

输入信号可以是外部输入，如开关和按钮，也可以是其他逻辑电路的输出。

2.电路的内部状态：内部状态是触发器的状态，它存储了电路的前一时刻的信息。

内部状态可以是一个或多个触发器的组合。

3.电路的输出信号：输出信号是根据当前输入信号和内部状态计算得到的结果。

输出信号可以是一个或多个逻辑电平。

4.电路的逻辑功能：逻辑功能是指输入信号和输出信号之间的关系，在不同的状态和条件下，输出信号如何发生改变。

《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=23=8，n 位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。

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，CP0=CP CP1=QCP2=Q1CP3=Q2，J=K=1J1=K1=1 J2=K2=1 J3=K3=1Q3Q2Q1Q为计数输出，Q3为进位输出，Rd 为异步复位（清0）这样构成了四位异步二进制加计数器。

在计数前清零，Q3Q2Q1Q=0000；第一个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0001；第二个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0010；第三个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0011，……，第15个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=1111，第16个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=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。

5.1时序逻辑电路的特点及描述方法5.1.1时序逻辑电路的特点第三章在分析组合逻辑电路时，我们看到无论何种逻辑电路形式，都可以表示成输入输出间函数关系式。

对组合逻辑电路来说，任一时刻的输出信号仅与当时的输入信号有关。

通过前面的介绍我们知道，触发器有记忆能力，如果将触发器与组合电路组合在一起，电路会有什么特点呢?图5-1-l给出了简单的时序电路图。

由图中所示，当二进制信号从X端串行输入时，前一个X码值在CP触发后，存于D触发器而被记亿下来，接着下一个X码值来到，使前后两个X值相与，得到输出值。

只有当前X值与前一个X值相同时，输出Z才为1。

这说明由于过去的输入值存于D触发器的状态(Q n) 中，而输出又由当前的输入(X)和电路状态共同决定，所以其输出与过去的输入有关。

上述电路完全不同于组合逻辑电路，我们将这种电路形式称为时序逻辑电路。

其特点为：①逻辑电路通常包括组合电路和记忆电路两部分，记忆电路是必不可少的；②电路的输出不仅决定于当时的输入，而且与过去的输入有关，有记忆能力。

5.1.2时序逻辑电路的描述方法1．逻辑函数图5-1-2所示是时序逻辑电路的通用方框图。

如果以X(t n)代表tn时刻各输入变量，Q(t n)代表t n 时刻各触发器的现态，W(t n )代表t n时刻各触发器的输入函数，Q(t n+1)代表各触发器次态，Z(t n )是t n 时刻时序电路的输出。

为了全面地描述时序逻辑电路输入信号和输出信号的关系，一般需用三组逻辑函数表示：输出函数 Z(t n )＝f[X(t n )，Q(t n )]激励函数(驱动函数) W(tn)＝g[X(t n )，Q(t n)]状态方程(特性方程) Q(t n+1)＝h[W(t n )，Q(t n )]2．状态转换表在第四章中所讲到的特性表通常只分析单一触发器输出和输入信号的逻辑关系。

如果将输入信号、各触发器的现态、次态与输出信号的关系用表格形式表示，即称为状态转换表。

时序电路的基本单元1. 引言时序电路是一种特殊的数字逻辑电路，用于处理和控制电子信号的时间顺序。

它由多个基本单元组成，每个基本单元的功能是将输入信号转换为输出信号，并且输出信号的状态与输入信号相关联。

本文将重点介绍时序电路的基本单元，包括触发器和计数器。

2. 触发器触发器是时序电路中最基本的单元之一，用于存储和延迟电子信号。

它有几种常见的类型，包括RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。

2.1 RS触发器RS触发器是最简单的触发器之一，由两个交叉连接的非门（或异或门）和两个输入引脚（R和S）组成。

它可以存储一个位的状态，并且根据输入信号的状态进行状态转换。

当R和S输入信号同时为0时，RS触发器保持不变；当R=0、S=1时，RS触发器将输出1；当R=1、S=0时，RS触发器将输出0；当R和S同时为1时，RS触发器将进入禁止状态。

2.2 D触发器D触发器是广泛应用于数字系统中的最常用触发器之一。

它具有一个数据输入引脚（D）和一个时钟输入引脚（CLK），用于控制输入信号何时被存储。

D触发器工作原理如下：当时钟信号从低电平变为高电平时，将输入引脚（D）的值写入触发器，并将其存储为输出信号。

当时钟信号从高电平变为低电平时，触发器的输出信号保持不变。

2.3 JK触发器JK触发器是一种改进型的RS触发器，具有三个输入引脚（J、K和CLK）和两个输出引脚（Q和Q’）。

JK触发器的状态转换逻辑如下：•当J=0、K=0时，JK触发器保持不变；•当J=0、K=1时，JK触发器输出为0；•当J=1、K=0时，JK触发器输出为1；•当J=1、K=1时，JK触发器的输出将与前一个状态相反。

2.4 T触发器T触发器是一种特殊的JK触发器，具有一个输入引脚（T）和一个时钟输入引脚（CLK）。

T触发器的状态转换逻辑如下：•当T=0时，T触发器保持不变；•当T=1时，T触发器的输出将与前一个状态相反。

3. 计数器计数器是一种用于计算和存储电子信号总量的时序电路。

时序逻辑电路的输出,与电路的原状态-回复时序逻辑电路的输出与电路的原状态息息相关，它们之间的关系是通过时钟信号来实现的。

时序逻辑电路是一种具有状态的电路，它会根据输入信号和当前的状态产生不同的输出信号。

其输出与电路的原状态有着密切的联系，下面我将一步一步回答这个问题，详细阐述时序逻辑电路的输出与电路的原状态之间的关系。

首先，让我们来了解一下时序逻辑电路的基本原理。

时序逻辑电路由触发器（flip-flop）和组合逻辑电路（combinational logic）两部分组成。

触发器用于存储电路的状态，而组合逻辑电路则用于实现输入信号对于状态的转换。

时序逻辑电路的最重要的特点就是其输出不仅与当前的输入信号有关，还与之前的输入信号和状态有关。

时序逻辑电路的输出由两个主要因素决定：输入信号和电路的当前状态。

输入信号就是电路的外部输入，它们会触发电路的状态变化。

电路的当前状态则由之前的输入信号和状态经过逻辑运算得到。

我们可以利用触发器来存储电路的状态，通常使用D触发器和JK触发器。

这些触发器有时也被称为时序存储器，因为它们能够存储电路的状态，并且在时钟信号到来时根据输入信号和当前状态产生输出。

时序逻辑电路的输出在时钟信号的控制下发生变化。

时钟信号是一个周期性的信号，它的高电平和低电平分别代表了一个时钟周期的开始和结束。

在每个时钟周期的上升沿或下降沿，电路会根据当前的状态和输入信号产生新的输出。

时钟信号的频率决定了电路的工作速度，它通常以赫兹（Hz）为单位表示。

时序逻辑电路的输出也可以被称为时钟输出，它在时钟周期的每个时间点都会有一个确定的值。

时序逻辑电路的输出是通过组合逻辑电路计算得到的。

组合逻辑电路是由逻辑门和逻辑门之间的连线组成的，它们根据输入信号和电路的当前状态计算出输出信号。

逻辑门实现了逻辑运算，例如与门、或门、非门等，它们能够实现逻辑与、逻辑或、逻辑非等运算。

组合逻辑电路的输出会被反馈到触发器中，以更新电路的状态。

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。

触发器的原理和类型触发器是一种用于存储和检测信号状态的部件，它是数字电路中的重要组成部分。

触发器有各种类型和实现方式，其原理和类型既包括基本触发器，如RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，也包括复杂的触发器，如边沿触发器和级联触发器等。

下面我将详细介绍触发器的原理和各种类型。

触发器的原理：触发器的原理基于电子器件的存储和切换能力，通过控制输入信号和时钟信号的组合，实现数据的存储和传输。

触发器由至少两个稳定的稳态组成，具有一定的存储功能。

当触发器的时钟信号到来时，根据输入信号的状态改变触发器的输出。

触发器的原理可以从两方面来理解。

首先，触发器可以看作是组合逻辑电路和存储元件的结合。

其次，触发器也可以看作是一个时序电路，其输出的稳定状态受到时钟信号的控制。

触发器的类型：触发器的类型很多，以下是常见的几种类型：1. RS触发器：RS触发器是最基本的触发器之一，它由两个交叉连接的非门组成。

它有两个输入端，分别是设置输入（S）和复位输入（R）。

当设置输入为1时，触发器的输出为1；当复位输入为1时，触发器的输出为0；当两个输入都为0时，触发器的输出不变。

RS触发器的特点是可以自锁。

2. D触发器：D触发器是最常用的触发器之一，也是RS触发器的一种变体。

D触发器有一个数据输入（D）和一个时钟输入（CLK），当时钟信号到来时，D触发器将输入数据存储，并且在时钟信号边沿将其传递给输出。

D触发器可以用来实现各种功能，如数据存储、寄存器和移位寄存器等。

3. JK触发器：JK触发器是在RS触发器的基础上发展起来的。

它有两个输入端，即J输入和K输入，和一个时钟输入。

JK触发器的输入方式使其比RS触发器更灵活。

当J为1，K为0时，JK触发器的输出将置1；当J为0，K为1时，JK 触发器的输出将置0；当J和K同时为1时，JK触发器的输出将取反；当J和K 同时为0时，JK触发器的输出不变。

4. T触发器：T触发器是一种特殊的JK触发器，其输入端只有一个T输入和一个时钟输入。

时序电路的基本单元时序电路的基本单元时序电路是指由各种逻辑门组成的电路，它能够根据时钟信号的变化来控制信息的传输和处理。

时序电路中最基本的单元是触发器和计数器。

一、触发器触发器是一种存储器件，它能够在时钟信号的作用下，在两个稳定状态之间切换。

常见的触发器有SR触发器、D触发器、JK触发器等。

1. SR触发器SR触发器有两个输入端S和R，一个输出端Q和另一个输出端Q'。

当S=0且R=0时，保持原来状态不变；当S=1且R=0时，输出Q=1；当S=0且R=1时，输出Q'=1；当S=1且R=1时，无法确定输出状态。

2. D触发器D触发器只有一个数据输入端D、一个时钟输入端CLK和一个输出端Q。

在每个上升沿或下降沿（取决于具体型号）时，将数据输入D存储到输出Q中。

3. JK触发器JK触发器有两个输入端J和K、一个时钟输入端CLK和一个输出端Q。

当J=K=0时，保持原来状态不变；当J=1且K=0时，输出Q=1；当J=0且K=1时，输出Q'=1；当J=K=1时，输出状态取反。

二、计数器计数器是一种能够在时钟信号的作用下实现计数的电路。

常见的计数器有二进制计数器、BCD计数器、环形计数器等。

1. 二进制计数器二进制计数器是一种能够进行二进制加法运算的电路。

它由多个触发器组成，每个触发器代表一个二进制位。

在每个时钟脉冲到来时，最低位加1，如果溢出，则将更高位加1。

2. BCD计数器BCD计数器是一种能够进行BCD码加法运算的电路。

它由多个触发器组成，每四个触发器代表一个十进制位。

在每个时钟脉冲到来时，最低位加1，如果溢出，则将更高位加1，并将溢出标志置为1。

3. 环形计数器环形计数器是一种能够循环地进行数字序列输出的电路。

它由多个触发器组成，在每个时钟脉冲到来时，依次输出各个数字，并在最高位和最低位之间形成一个环形结构。

结语以上介绍了时序电路中最基本的单元——触发器和计数器。

它们能够实现存储、计数和序列输出等功能，是时序电路中不可或缺的组成部分。

时序电路实验报告时序电路实验报告引言：时序电路是数字电路中的一种重要类型，它能够根据输入信号的时序关系来控制输出信号的变化。

本次实验旨在通过设计和测试不同类型的时序电路，加深对时序电路原理和应用的理解。

一、实验目的本次实验的主要目的有以下几点：1. 理解时序电路的基本原理和工作方式；2. 学会使用逻辑门和触发器等基本元件构建时序电路；3. 掌握时序电路的设计和测试方法。

二、实验器材和元件1. 实验器材：数字逻辑实验箱、示波器、数字信号发生器等；2. 实验元件：逻辑门（与门、或门、非门）、触发器（RS触发器、JK触发器）、电阻、电容等。

三、实验过程及结果1. 实验一：RS触发器的设计与测试RS触发器是最基本的触发器之一，由两个交叉连接的与门和非门组成。

我们首先根据真值表设计RS触发器的逻辑电路，并使用逻辑门和电阻电容等元件进行实际搭建。

通过输入不同的时序信号，观察输出的变化情况，并记录实验结果。

实验结果表明，RS触发器能够稳定地存储和传递输入信号。

2. 实验二：JK触发器的设计与测试JK触发器是一种改进型的RS触发器，它具有更多的功能和应用。

我们在实验中使用与门和非门构建JK触发器，并通过输入不同的时序信号，观察输出的变化情况。

实验结果表明，JK触发器可以实现存储、传递和翻转等多种功能，具有较高的灵活性和可靠性。

3. 实验三：时钟信号的设计与测试时钟信号是时序电路中非常重要的一种输入信号，它能够控制时序电路的运行和同步。

我们在实验中使用数字信号发生器产生不同频率和占空比的时钟信号，并通过示波器观察和分析实际输出的时序波形。

实验结果表明，时钟信号的频率和占空比对时序电路的运行和输出有着重要的影响。

四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了时序电路的基本原理和应用，掌握了时序电路的设计和测试方法。

实验结果表明，时序电路能够根据输入信号的时序关系来控制输出信号的变化，具有较高的可靠性和灵活性。

时序电路在数字电路中起着重要的作用，广泛应用于计算机、通信和控制系统等领域。