第7章 常用时序逻辑功能器件分析

时序逻辑电路的分类时序逻辑电路是一种能够在特定的时间序列下执行特定操作的电路。

它通常由组合逻辑电路和存储器组成，可以实现复杂的计算和控制功能。

时序逻辑电路按照其实现功能的不同，可以分为以下几类。

一、触发器触发器是最基本的时序逻辑电路之一，它可以存储一个比特位，并且在时钟信号到来时根据输入信号的状态改变输出状态。

常见的触发器有SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。

二、计数器计数器是一种能够在特定条件下对输入信号进行计数并输出结果的电路。

它通常由若干个触发器组成，每个触发器都表示一个二进制位。

常见的计数器有同步计数器和异步计数器等。

三、移位寄存器移位寄存器是一种能够将输入信号从一个位置移动到另一个位置并输出结果的电路。

它通常由若干个触发器组成，每个触发器都表示一个二进制位。

常见的移位寄存器有串行入并行出移位寄存器、并行入串行出移位寄存器和并行入并行出移位寄存器等。

四、状态机状态机是一种能够根据输入信号的状态和时钟信号的变化改变输出状态的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的控制功能。

常见的状态机有Moore状态机和Mealy状态机等。

五、定时器定时器是一种能够在特定时间间隔内产生一个脉冲信号或者计数信号的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的定时功能。

常见的定时器有单稳态定时器和多稳态定时器等。

六、脉冲生成器脉冲生成器是一种能够在特定条件下产生一个脉冲信号的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的脉冲生成功能。

常见的脉冲生成器有单稳态脉冲生成器、多稳态脉冲生成器和斯奈德-哈特脉冲生成器等。

七、序列检测电路序列检测电路是一种能够在输入序列中检测出指定模式并输出相应结果的电路。

它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成，可以实现复杂的序列检测功能。

常见的序列检测电路有Moore序列检测器和Mealy序列检测器等。

八、时钟同步电路时钟同步电路是一种能够将异步输入信号转换为同步输出信号的电路。

《数字电路》课程教学大纲课程编号：课程名称：数字电子技术基础总学时数：80 理论教学学时：60实验教学学时：20前修课程为高等数学，普通物理，电路分析，模拟电路。

后续课程有CPLD，数字信号处理，单片计，通讯原理等一、课程的任务与目的本课程是计算机科学和电子信息工程技术专业的一门专业基础课程。

主要任务是：1．系统的介绍数字系统的数学工具阐述数字系统的基本设计和分析方法。

2．通过数字电路的学习给后面的课程打下一定的理论和实践基础。

3．通过基本理论的学习掌握一定的数字系统的设计方法，及常用器件的应用，再结合实验、培养学生有一定的设计能力。

主要内容有：数制及转换，逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的化简方法。

半导体二极管、三极管、MOS管的开关特性。

CMOS、TTL集成逻辑门。

组合逻辑电路的基本分析和设计方法。

加法器、比较器、编码器和译码器，数据选择器和分配器。

基本、同步、主从、边沿触发器、时钟触发器功能分类及转换。

时序电路的基本分析和设计方法。

计数器、寄存器、读/写存储器、只读存储器、序列脉冲发生器。

多谐振荡器，、施密特触发器。

数模、模数转换器。

教学重点与难点：教学重点是：逻辑代数的基本概念、公式、定理，逻辑函数的化简方法。

各种门电路的逻辑功能，两种集成逻辑门的电气特性。

各类触发器的逻辑功能及触发方式。

组合、时序电路的分析、设计方法。

常用典型组合、时序电路的功能、特点和应用。

典型中、大规模集成电路器件的功能和应用。

多谐、施密特、单稳的特点、功能、参数及应用。

数模、模数转换器的典型电路原理、输出量与输入量间的定量关系，特点、参数。

教学难点：逻辑代数的公式、定理的正确应用，逻辑函数化简的准确性。

集成逻辑门的电气特性。

组合、时序电路的设计。

触发器的触发方式以及脉冲产生，整形电路、数模、模数转换电路的工作原理。

采用的教学方法：课堂、实验、课程设计等相结合教材名称：电子技术基础数字部分康华光主编高等教育出版社2000年6月（第四版）主要参考书：１．高教出版社《数字电子技术基础》（四版）阎石编2．《数字电子技术基础》周良权高教出版社3．《数字电子技术基础简明教程》（第二版）余孟尝4．《数字电子技术基础》(第四版) 阎石高教出版社教学基本要求：第一章数字逻辑基础一、教学要求：1）掌握十、二、十六进制和8421码及其相互转换，了解八进制，余三码，GRAY和ASC Ⅱ码。

常用的时序逻辑电路常用时序逻辑电路有计数器和寄存器两种。

寄存器分为数据寄存器和移位寄存器。

计数器种类较多，有同步计数器、异步计数器；有二进制计数器、十进制计数器、任意进制计数器；二进制计数器又有加法计数器、减法计数器等。

(1)寄存器数字电路中用来存放数码或指令的部件称为寄存器。

寄存器具有以下逻辑功能：可在时钟脉冲作用下将数码或指令存入寄存器(称为写入)，或从寄存器中将数码或指令取出(称为读出)。

由于一个触发器只能寄存1位二进制数，要存多位数时，就得用多个触发器。

常用的有4位、8位、16位等。

寄存器存放和取出数码的方式有并行和串行两种。

并行方式就是数码各位同时从各对应位输入端输入到寄存器中，或同时出现在输出端；串行方式就是数码逐位从一个输入端输入到寄存器中，或由一个输出端输出。

寄存器根据功能的不同可分为数码寄存器和移位寄存器两种。

(a) 数码寄存器：这种寄存器只有寄存数码和清除数码的功能。

图1所示是由D触发器组成的4位数码寄存器。

该数码寄存器的工作方式为并行输入、并行输出。

图1 4位数码寄存器(b)移位寄存器：移位寄存器不仅能存放数码而且有移位功能。

根据数码在寄存器内移动的方向又可分为左移移位寄存器和右移移位寄存器两种。

在移位寄存器中，数码的存入或取出也有并行和串行两种方式。

图2所示是由J—K触发器组成的4位左移移位寄存器。

F0接成D 触发器，数码由D端串行输入；也可由d0～d3作并行输入。

从4个触发器的Q端得到并行的数码输出。

也可从Q3端逐位串行输出。

图2  4位左移移位寄存器(2)计数器因为计数器是最常用而又典型的时序逻辑电路，其分析方法即为一般时序逻辑电路的分析方法。

常用计数器有多种类型，重点掌握以下几种。

①二进制计数器：二进制计数器能按二进制的规律累计脉冲的数目，也是构成其它进制计数器的基础。

一个触发器可以表示l位二进制数，表示n位二进制数就得用n个触发器。

时序逻辑电路的功能时序逻辑电路是数字电子电路中一种重要的电路类型，它的功能主要用于处理和控制时序信号。

时序信号是指按照一定的时间顺序变化的信号，如时钟信号、计数信号等。

时序逻辑电路能够对这些时序信号进行处理和控制，实现各种复杂的功能。

时序逻辑电路主要由触发器、计数器、移位寄存器等组成，通过这些元件的组合和连接，可以实现各种不同的功能需求。

下面将介绍几种常见的时序逻辑电路及其功能。

1. 时钟发生器时钟发生器是时序逻辑电路中最基本的电路之一。

它的功能是产生稳定的时钟信号，用于同步整个数字系统中的各个部件。

时钟信号的频率和占空比可以通过时钟发生器进行调节，以满足不同的应用需求。

2. 触发器触发器是一种存储器件，它的功能是在时钟信号的作用下，根据输入信号的变化产生相应的输出信号。

触发器有多种类型，如D触发器、JK触发器、T触发器等。

它们可以用于存储和传输数据，实现数据的暂存和延迟等功能。

3. 计数器计数器是一种能够对输入的时序信号进行计数操作的电路。

它的功能是将输入的时序信号进行计数，并输出相应的计数值。

计数器可以实现简单的计数功能，也可以根据特定的计数模式，实现复杂的计数功能，如循环计数、递减计数等。

4. 移位寄存器移位寄存器是一种具有移位功能的存储器件。

它的功能是将输入信号按照一定的规律进行移位操作，并输出相应的移位结果。

移位寄存器可以实现数据的串行输入和串行输出，还可以实现数据的并行输入和并行输出，广泛应用于数据通信和数字信号处理等领域。

5. 状态机状态机是一种能够根据输入信号的变化，自动改变状态和执行相应操作的电路。

它的功能是根据特定的状态转移规则，实现复杂的控制逻辑。

状态机可以分为Moore型和Mealy型，它们在输出信号的计算方式上有所不同，但都能实现复杂的状态和控制逻辑。

时序逻辑电路的功能多种多样，它们在数字系统中起到了至关重要的作用。

无论是计算机、通信设备还是数字家电，都离不开时序逻辑电路的支持。

常用的时序逻辑电路时序逻辑电路是数字电路中一类重要的电路，它根据输入信号的顺序和时序关系，产生对应的输出信号。

时序逻辑电路主要应用于计时、控制、存储等领域。

本文将介绍几种常用的时序逻辑电路。

一、触发器触发器是一种常见的时序逻辑电路，它具有两个稳态，即SET和RESET。

触发器接受输入信号，并根据输入信号的变化产生对应的输出。

触发器有很多种类型，常见的有SR触发器、D触发器、JK 触发器等。

触发器在存储、计数、控制等方面有广泛的应用。

二、时序计数器时序计数器是一种能按照一定顺序计数的电路，它根据时钟信号和控制信号进行计数。

时序计数器的输出通常是一个二进制数，用于驱动其他电路的工作。

时序计数器有很多种类型，包括二进制计数器、BCD计数器、进位计数器等。

时序计数器在计时、频率分频、序列生成等方面有广泛的应用。

三、时序比较器时序比较器是一种能够比较两个信号的大小关系的电路。

它接受两个输入信号，并根据输入信号的大小关系产生对应的输出信号。

时序比较器通常用于判断两个信号的相等性、大小关系等。

常见的时序比较器有两位比较器、四位比较器等。

四、时序多路选择器时序多路选择器是一种能够根据控制信号选择不同输入信号的电路。

它接受多个输入信号和一个控制信号，并根据控制信号的不同选择对应的输入信号作为输出。

时序多路选择器常用于多路数据选择、时序控制等方面。

五、时序移位寄存器时序移位寄存器是一种能够将数据按照一定规律进行移位的电路。

它接受输入信号和时钟信号，并根据时钟信号的变化将输入信号进行移位。

时序移位寄存器常用于数据存储、数据传输等方面。

常见的时序移位寄存器有移位寄存器、移位计数器等。

六、状态机状态机是一种能够根据输入信号和当前状态产生下一个状态的电路。

它由状态寄存器和状态转移逻辑电路组成，能够实现复杂的状态转移和控制。

状态机常用于序列识别、控制逻辑等方面。

以上是几种常用的时序逻辑电路，它们在数字电路设计中起着重要的作用。

组合逻辑元件和时序逻辑元件
组合逻辑元件和时序逻辑元件是数字电路中两种基本的逻辑元件类型。

组合逻辑元件是一种输出仅取决于当前输入的逻辑元件。

它不包含存储元件，其输出是输入信号的即时函数。

组合逻辑元件的输出在输入变化时立即改变，而不考虑输入信号的变化顺序或时间延迟。

常见的组合逻辑元件包括与门、或门、非门、异或门等。

组合逻辑元件常用于实现数字电路中的逻辑运算、数据选择、编码和解码等功能。

时序逻辑元件则是一种输出不仅取决于当前输入，还取决于过去输入的逻辑元件。

它包含存储元件，可以存储过去的输入信息。

时序逻辑元件的输出是输入信号和存储元件状态的函数，其输出在输入变化时可能会有时间延迟。

常见的时序逻辑元件包括寄存器、计数器、触发器等。

时序逻辑元件常用于实现数字电路中的时序控制、状态机和计数器等功能。

在数字电路设计中，组合逻辑元件和时序逻辑元件通常结合使用，以实现复杂的逻辑功能。

组合逻辑元件用于处理数据的逻辑操作，而时序逻辑元件用于存储和控制数据的流动。

两者的结合使得数字电路能够执行各种复杂的计算和控制任务。

总而言之，组合逻辑元件和时序逻辑元件是数字电路中不可或缺的组成部分。

它们各自具有独特的功能和特点，共同推动了数字电路技术的发展和应用。

第7章 时序逻辑电路7.1 概述时序电路在任何时刻的稳定输出，不仅与该时刻的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。

图7.1.1 时序逻辑电路的结构框图2、时序电路的分类 （1） 根据时钟分类同步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一个统一的时钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。

异步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化，电路状态改变时，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。

（2）根据输出分类米利型时序电路的输出不仅与现态有关，而且还决定于电路当前的输入。

穆尔型时序电路的其输出仅决定于电路的现态，与电路当前的输入无关；或者根本就不存在独立设置的输出，而以电路的状态直接作为输出。

7.2 时序逻辑电路的分析方法时序电路的分析步骤：电路图 时钟方程、输出方程、驱动方程 状态方程 计算 状态表（状态图、时序图） 判断电路逻辑功能 分析电路能否自启动。

7.2.1 同步时序电路的分析方法 分析举例：[例7.2.1]7.2.2 异步时序电路的分析方法 分析举例：[例7.2.3] 7.3 计数器概念：在数字电路中，能够记忆输入脉冲CP 个数的电路称为计数器。

计数器累计输入脉冲的最大数目称为计数器的“模”，用M 表示。

计数器的“模”实际上为电路的有效状态。

计数器的应用：计数、定时、分频及进行数字运算等。

计数器的分类：(1)按计数器中触发器翻转是否同步分：异步计数器、同步计数器。

(2)按计数进制分：二进制计数器、十进制计数器、N 进制计数器。

(3)按计数增减分：加法计数器、减法计数器、加/减法计数器。

7.3.1 异步计数器X X Y 1Y m输入输出一、异步二进制计数器1、异步二进制加法计数器分析图7.3.1 由JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器。

分析方法：由逻辑图到波形图（所有JK触发器均构成为T/触发器的形式，且后一级触发器的时钟脉冲是前一级触发器的输出Q），再由波形图到状态表，进而分析出其逻辑功能。