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数字电子技术--时序电路+寄存器共37页文档

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《数字电子技术基础》——时序逻辑电路

《数字电子技术基础》——时序逻辑电路

第5章时序逻辑电路学习要点5.1 概述数字电子技术的两个重要组成部分：所以时序逻辑电路必须含有具有记忆能力的存储元件，最常用的存储元件是触发器。

在时序逻辑电路中既包含输出信号只取决于输入信号的门电路部分，又包含能实现存储功能的触发器部分。

&Q 时序逻辑电路示意图按照时序逻辑电路中触发器触发方式的不同，时序逻辑电路可以分为:同步时序逻辑电路&Q1Q该电路位为同步时序逻辑电路常用的时序逻辑电路描述方法有方程式、状态表、状态图和时序图。

例时序逻辑电路的输出逻辑表达式。

各触发器输入端的逻辑表达式。

&Q 1Q Q X1K Q==--将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，所得到的该触发器的次态方程。

时序逻辑电路状态表00/0000/Z X 1n Q 10n Q +11n Q+0n Q--描述触发器的动态行为，显示了触发器如何根据当前所处的状态对不同的情况做出反应。

当X=1时，“00”、“01”、“10”、“11”这四个状态构成一个循环，称为“主循环”或如果每个无效状态在若干个时钟作用后都能够转入有效状态，进入“有效循环”，那么，称这个电路具有自启动能力；否则电路就不具有自启动能力。

器，并且不具有自启动能力。

--描述在时钟源CP作用下时序逻辑电路的状态及输出随输入和时间变化的波形，通常指有效循环的波形图。

作用下，各个触发器状态的变化情况。

5.2 时序逻辑电路的分析电路图同步时序逻辑5.2.2 同步时序逻辑电路分析举例例1 分析图示电路实现的逻辑功能。

各触发器初始状态为0。

Q 0Q 1Q 1Q 即各触发器的输入逻辑表达式：n Q Q 01=）输出方程：n QZ 0=（3）把驱动方程代入D 触发器的特征方程得状态方程：1n Q D +=10n n QQ+=n n n n n QQ Q Q Q10111+=+信号的作下，各触发可以看到，电路在时钟脉冲的作用下，每经过4个CP，电路状态循环一次，并且按照“11”、“10”、“01”、“00”降序排列。

数字电子技术之时序逻辑电路介绍课件

数字电子技术之时序逻辑电路介绍课件
存储逻辑电路：具有记忆功能，输 出取决于当前输入和历史状态
时序逻辑电路的特点
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
存储功能：能够存储 输入信号的状态，并 在一定条件下输出相 应的信号
反馈机制：通过反馈 机制实现对输入信号 的响应和输出信号的 控制
定时功能：能够实现 对输入信号的定时控 制，并在一定条件下 输出相应的信号
设计思路：使用D 触发器构成计数器， 每个D触发器输出 连接到下一个D触 发器的输入
设计步骤：
确定触发器的个数 和类型
设计触发器的连接 方式
编写触发器的逻辑 方程
设计电路的仿真和 测试
设计结果：实现一 个4位二进制计数器， 能够正常计数并输 出正确的计数值
谢谢
设计原则
01
正确性：保证 电路的功能正 确，满足设计 要求
02
简洁性：尽量 减少电路的复 杂度，降低成 本
03
可靠性：保证 电路在各种情 况下都能正常 工作
04
灵活性：便于 修改和扩展， 适应不同的需 求
05
性能优化：提 高电路的速度、 功耗和面积等 性能指标
设计实例
设计要求：实现一 个4位二进制计数 器
04
状态图分析步骤：绘制状态图、分析状态转换、确定输出信号
05
状态图分析优点：直观、易于理解和分析复杂电路
状态表分析法
状态表：描 述时序逻辑 电路状态的 表格
状态转换： 状态表列出 了电路在各 种输入条件 下的状态转 换关系
状态方程： 描述状态转 换关系的数 学方程
状态图：用 图形方式表 示状态转换 关系的方法
组合逻辑电路与时序 逻辑电路的区别：组 合逻辑电路只对当前 的输入信号进行响应， 而时序逻辑电路对过 去的输入信号和当前 的输入信号进行响应。

数字电子技术基础第五章时序逻辑电路PPT课件

数字电子技术基础第五章时序逻辑电路PPT课件

减小功耗
优化电路结构，降低电路的 功耗，减少能源浪费。
提高可靠性
通过优化设计，提高电路的 可靠性和稳定性，降低故障 发生的概率。
提高性能
优化电路结构，提高电路的 响应速度和性能，满足设计 要求。
05 时序逻辑电路的实现技术
基于中小规模集成电路的时序逻辑电路实现技术
概述
中小规模集成电路是将多个晶体管集成在一块芯片上，实现时序逻辑功能。
冒险现象
由于竞争现象的存在，时序逻辑电路 的输出可能会产生短暂的不确定状态， 这种现象称为冒险现象。
04 时序逻辑电路的设计方法
同步时序逻辑电路的设计方法
建立原始状态图
根据设计要求，确定系统的输入和输出变量，并使用状 态图表示系统的状态转换关系。
逻辑方程组
根据状态图和状态编码，列出逻辑方程组，包括状态转 移方程、输出方程和时钟方程。
分类
根据触发器的不同，时序逻辑电 路可分为同步时序电路和异步时 序电路；根据电路结构，可分为 摩尔型和米立型。
时序逻辑电路的功能与特点
功能
实现数据的存储、记忆、计数、分频 等功能。
特点
具有记忆功能、输出状态不仅与当前 输入有关还与之前状态有关、具有时 钟信号控制等。
时序逻辑电路的应用场景
01
02
数字电子技术基础第五章时序逻辑 电路ppt课件
目 录
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的基本电路的实现技术 • 时序逻辑电路的应用实例
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义与分类
定义
时序逻辑电路是一种具有记忆功 能的电路，其输出不仅取决于当 前的输入，还与之前的输入状态 有关。
03
数字钟
利用时序逻辑电路实现时 间的计数和显示。

数字电子技术课件 第六章 时序逻辑电路

数字电子技术课件 第六章 时序逻辑电路
第六章 时序逻辑电路
第一节 寄存器 第二节 计数器 第三节 一般时序电路
本章学习要求
数字逻辑电路 组合逻辑电路 —— 组合电路 时序逻辑电路 —— 时序电路
时序电路特点
功能上：任何时刻的稳定输出，不仅与该时刻输入 有关，还与电路原状态有关，即与以前的 输入有关。
结构上：由组合电路和存贮电路组成。
时序电路分类
×× ×× 1× 0× ×1 ×0 ××
××××
D0 D1 D2 D3
×××× ×××× ×××× ×××× ××××
Q00 Q10 Q20 保 持
Q30
并行置数
D0 D1 D2 串入左移
D3
串入左移
Q1n Q2n Q3n 1 串入右移
Q1n Q2n Q3n 0 串入右移
1 Q0n Q1n
保持
Q2n
触发器改变状态，因此译码时不会产生竞争冒险。 ②缺点:状态利用率低。24=16个状态中只用了8个状态
(2n－2n个没用)。
6、序列信号发生器
序列信号：一组特定的串行数字信号称为序列信 号，如00110111。
序列信号发生器：产生序列信号的电路称为序列 信号发生器。
作用：序列信号可以用来作为数字系统的同步信 号，也可以作为地址码等，在通信、遥控、遥测 等领域有非常广泛的应用。
Q2
Q3
1000 0100 0010 0001
特点: ①4个D触发器构成的右移移位寄存器,首尾相接即D0=Q3； ②优点:电路结构简单;有效状态只含一个1（或0）,不需
要另加译码电路。 ③缺点:状态利用率低。24=16个状态中只用了4个状态
(2n－n个没用)。
（3）扭环形计数器
D0
Q0

数字电子技术 第六章、时序逻辑电路

数字电子技术 第六章、时序逻辑电路

Y i F i ( X 1 , X 2 , , X p ; Q 1n , Q 2n , , Q qn ) n n n W j G j ( X 1 , X 2 , , X p ; Q1 , Q 2 , , Q q ) n 1 n n n Q k H k (W 1 , W 2 , , W r ; Q 1 , Q 2 , , Q q )
§6、3 寄存器和移位寄存器
寄存器是计算机的主要部件之一，它用 来暂时存放数据或指令。 1 、 数码寄存器
Q3
& &
Q2
&
Q1
&
Q0 取数 脉冲
Q
Q D
Q
Q D
Q
Q D
Q
Q D
CLR A3
接收 脉冲 ( CP ) A0
A2
A1
四位数码寄存器
Q3
& &
Q2
&
Q1
&
Q0 取数 脉冲
Q
Q D
Q
Q D
Q
CP
时 序 图
Q0 Q1 Q2 Y
5
电 路 功 能
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数字的格 雷码，并且在时钟脉冲 CP 的作用下，这6个状态是按 递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法计数器。 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。
FF0
F F1 Q0 1D C1 Q0 Q1 Q1 1D C1
F F2 Q2
例3
CP
1D C1
Q2

数字电子技术时序逻辑电路

数字电子技术时序逻辑电路

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数字电子技术时序逻辑电路
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图5-3 4位寄存器74LS175的逻辑图
数字电子技术时序逻辑电路
2. 移位寄存器 移位寄存器不仅具有存储的功能，而且还有移位功能，可以 用于实现串、并行数据转换。如图5-4所示为4位移位寄存器 的逻辑图。
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数字电子技术时序逻辑电路
5.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法
异步时序电路的分析步骤：
① 写时钟方程； ② 写驱动方程； ③ 写状态方程； ④ 写输出方程。
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数字电子技术时序逻辑电路
[例5-2]试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换 表，并画出状态转换图。
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数字电子技术时序逻辑电路
解：图5-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。 写时钟方程：
数字电子技术时序逻辑电路
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图5-5 同步二进制加法计数器的数时字电序子图技术时序逻辑电路
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图5-8 同步4位二进制加法计数器74LS16数1字的电逻子技辑术图时序逻辑电路
表5-1 同步4位二进制加法计数器74LS161的功能表
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数字电子技术时序逻辑电路
写驱动方程：
写状态方程：
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数字电子技术时序逻辑电路
列状态转换表：
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数字电子技术时序逻辑电路
画状态转换图：
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数字电子技术时序逻辑电路
5.2 若干常用的时序逻辑电路 5.2.1寄存器
1. 基本寄存器
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图5-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图

数电-时序逻辑电路之寄存器


n1 m
n m
不变
Q Q S1S0=10
n1 m
n 左移移位
m1
Q Q S1S0=01
n1 m
n m 1
右移移位
S1S0=11
Qmn1
DI
并行置数
m
DIm
S0 S1
Dm–1
FFm–1
1D C1
0 3210
1 MUX
MUXm
FFm
Dm 1D
C1
Dm+1
FFm+1
1D C1
CP Qm–1
Qm
Qm+1
Q1
Q2
Q3
在 CP脉冲的作用 1 0 0
0
下 ，DSI端 依次
送入数码1101
11 1
0
02 1
1
13 0
1
41
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
右移串行输入为1101时的波形图 移位脉冲CP 1 2 3 4 5 6 7 8
输入信号 DSI
11 0 1
Q0 0 1 1 0 1
Q1 0 0 1 1 0 Q2 0 0 0 1 1
0
S0
t
0 t
CLK1
0
CLK2
t
0 t
t1 t2 t3 t4
t4时刻后输出Y与两组并行输入的二进制 数M、N在数值上的关系是什么?
作业6.5.1 画出Q3~Q0的波形
CLK 0 1 1 1
1 ＆
So CP D0 D1 D2 D3 DSL
0
S1
74HC194
CR 1
DSR

时序逻辑电路(触发器、计数器、寄存器等)


Qn+1 Q
n
功能
Q n 1 Q n 保持 Q n 1 Q n 保持 Q n 1 1 置 1 Q n 1 0 置 0
不允许
0 1 1 1 0 0 不用 不用
特 性 表
1 1 1 1 1 1 1
特性 方程
Q n 1 S R Q n CP=1期间有效 RS 0
3
n 1 Q2 Q1n n 1 n Q Q 1 0 n 1 n Q Q 2 0 n Y Q1nQ2
n n 1 1 Q2 1 0 2 n n 1 1 Q 1 0 1 1 n n 1 1 01 Q 1 0 0 0
不 置 变 0
不 变
不 变
不 变
2、同步JK触发器
Q Q Q Q Q Q
G1 & G3 & J
& G2 & G4
Q J CP
Q K 1J C1 1K
CP K (a) 逻辑电路
J CP K (b) 曾用符号
J CP K (c) 国标符号
将S=JQn、R=KQn代入同步RS触发器的特性方程，得 同步JK触发器的特性方程：
Q
n 1
S R Q JQ KQ Q
n n n n n
n
JQ K Q
CP=1期间有效
特性表
CP 0 1 1 1 1 1 1 1 1 J × 0 0 0 0 1 1 1 1 K × 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn × 0 1 0 1 0 1 0 1 Qn+1 Q
n
功能
Q n 1 Q n 保持 Q n 1 Q n 保持
特性表（真值表）
态现 ，态 也： 就触 是发 触器 发接 器收 原输 来入 的信 稳号 定之 状前 态的 。状

数字电子技术--时序电路+寄存器


(CP 有效) (Q0 有效) (CP 有效)
Q1n 1 Q1n n n n Q2 1 Q1 Q0
求状态转换表
现态 次态 输出
Q2nQ1nQ0n 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
Q2n+1Q1n+1Q0n+1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0
4.1概 述
一、时序电路的特点 1. 定义 任何时刻电路的 输出，不仅和该时刻 的输入信号有关，而 且还取决于电路原来 的状态。 2. 电路特点 (1) 与时间因素 (CP) 有关； (2) 含有记忆性的元件(触发器)。
…
x 入i q1
…
组合逻辑 电 路
…
…
输1
x
y1 输
…
出 yj
w1
存储电路
…
ql
2 3 4 5
0 1
0 0 0 1 1 1
0 0 1 1 1 0
0 1 1 1 0 0
1 1 1 1 1 0
画状态转换图 /1 /1 /1 /1 /1 000 001 011 111 110 100 /0 有效状态和有效循环 010 /1 /1 101
n n n Y Q2 Q1 Q0
无效状态和无效循环
000 /0
n1 Q n Q n Q0 1 1 0 1 2
n Q2
00 01 11
10
0

1 0 0 1 1 0
0 0 1
0 1
1 0

n Q0 1 Q 0 n 1 Q1 Q 2 Q1Q0 Q1 Q 0 n 1 Q2 Q1Q0 Q2 Q 0

数字电路常见时序逻辑电路寄存器


CLK顺序 输入数据DI Q0n+1 Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
2
0
0
1
0
0
3
1
1
0
1
0
4
1
1
1
0
1
经过4个时钟周期后，串行输入
3.2 单向移位寄存器 旳4位二进制码全部移入了移位
寄存器中，同步在4个触发器旳
输出端得到并行输出代码。因
此，利用移位寄存器可实当代
码旳“串行-并行”转换。
②寄存器还应具有由门电路构成旳控制电路，以确 保信号旳接受和清除。
一、寄存器
2、寄存器旳分类
按照是否具有移位功能，分为： 一般寄存器（只具有存储功能） 移位寄存器（具有存储与移位功能）
①按照数码移动旳方向不同，分为单向（向左、 向右）及双向寄存器； ②按照数码输入输出方式不同，可有四种工作方 式：串行输入-串行输出、串行输入-并行输出、 并行输入-串行输出、并行输入-并行输出。
R =S'
Qn+1=S+R'·Qn
经过控制S1S0,能够选择194A旳工作状态：
(1) R‘D = 0时； 触发器置零。
(2) R'D = 1，S1S0 = 00： S = Q1 , R = Q'1 ; 当CLK 时，FF1置为Q1n+1=Q1. “保持”
(3) R'D = 1，S1S0 = 01： S = Q0 , R = Q'0 ; 当CLK 时，FF1置为Q1n+1=Q0. “右移”
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数字电子技术--时序电路+寄 存器
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不ห้องสมุดไป่ตู้耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联