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第5章 时序逻辑电路

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常用的时序逻辑电路

常用的时序逻辑电路

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。

数电-时序逻辑电路练习题(修改) (2)

数电-时序逻辑电路练习题(修改) (2)

第
22
页
数字电子技术 8、计数器工作时，对
第 5 章 时序逻辑电路 出现的个数进行计数。
填空题
参考答案
分析提示
时钟脉冲CP
计数器，在时钟脉冲CP作用下进行状态转换，并用不同的 状态反应时钟脉冲CP出现的个数。
第
23
页
数字电子技术
第 5 章 时序逻辑电路
填空题
9、构成一个2n 进制计数器，共需要
个触发器。
第 3 页
数字电子技术
第 5 章 时序逻辑电路
单项选择题
3、图示各逻辑电路中，为一位二进制计数器的是
Q Q
Q Q
(
)。
C1 1D
A
Q
CP
√
Q
C1 1D
B
CP
×
_
Q
_
Q 1J
C
C1 1J 1K CP
×
D
C1 1K 1 CP
×
分析提示
一位二进制计数器的状态方程为
Q n 1 Q
n
每作用1个时钟CP 信号，状态变化1次。 按各电路的连接方式，求出驱动方程 并代入特性方程 。
第 21 页
数字电子技术
第 5 章 时序逻辑电路
填空题
7、根据计数过程中，数字增、减规律的不同，计数器可分为
计数器、 计数器和可逆计数器三种类型。
参考答案 分析提示
加法
减法
加法计数器：在时钟脉冲CP作用下，计数器递增规律计数。 减法计数器：在时钟脉冲CP作用下，计数器递减规律计数。 可逆计数器：在时钟脉冲CP作用下，计数器可递减规律计数、 可递减规律计数。
第 19 页
数字电子技术

时序电路逻辑功能描述方式

时序电路逻辑功能描述方式

时序电路逻辑功能描述方式
它的功能如下：
1.执行定时控制，实现定时计时的功能：时序逻辑模型可以用来实现
将输入的控制信号（如一个定时器的开始/停止信号）转换为具有定时性
质的输出信号。

2.高精度控制：时序逻辑模型可以实现比较高的精度控制，可以实现
比较精确的时间控制，可以通过设定定时时间来实现比较精确的定时功能。

3.动态变化：时序逻辑模型可以实现动态变化的功能，可以根据定时
器的需要设定不同的时间周期，实现更多的动态变化。

4.压控模型功能：时序逻辑模型可以实现压控模型功能，通过设定一
个压控时间，当输入信号为真时，输出信号在设定的压控时间内不会变化，并保持该持续时间，以实现压控输出信号的效果。

5.时序和事件驱动功能：时序逻辑模型可以实现定时器和事件驱动的
功能，可以根据定时器或事件的需要设定不同的时间周期，以实现不同的
功能。

6.状态机模型功能：时序逻辑模型可以实现多状态机模型功能，可以
实现多个输入和输出状态。

计算机时序逻辑电路

计算机时序逻辑电路

描述时序电路逻辑功能的函数一般有两个：
输出函数： Yi f i X 1 ,, X p , Q1 ,, Qt 激励函数： Wj f j X1 ,, X p , Q1 ,, Qt
i 1,, m j 1, , r
可见，时序电路的输出不仅与电路的输入有关，而且与电 路的状态有关。
T1 X Q0n T0 1
Q1n1 X Q0n Q1n ③ 状态方程： n1 n Q0 Q0
（3）画出状态转换真值表 将三个触发器现态的各种取值组合，代入状态方程、输出 方程，求出相应的次态和输出，可得该电路的状态转换真值表， 如表7-3所示。
表7-3
● 教学要求：掌握时序逻辑电路的结构、分类以及描述工具；
熟练掌握同步时序逻辑电路的表格分析法；了解同步时序逻辑 电路设计的一般步骤；理解计数器、寄存器的原理与应用。
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7.1 时序逻辑电路概述
● 7.1.1 时序逻辑电路的结构与分类 1. 时序逻辑电路结构
时序逻辑电路（简称时序电路）的结构框图如图7.1所示。时序电 路一般由组合逻辑电路、存储电路和反馈回路三部分组成。
4. 选择触发器的类型，求出状态方程、驱动方程、输出方程
根据最简状态转换图（表）可求出状态方程、输出方程，然后将 状态方程与触发器的特性方程进行比较，可得到驱动方程。由于JK 触发器功能较全、使用较灵活，因此在设计中多选用JK触发器。
5. 画出逻辑电路图，并检查有无自启动能力
根据驱动方程和输出方程画出逻辑电路图。如设计的电路存在无 效状态时，应检查电路进入无效状态后，能否在时钟脉冲作用下自动 返回到有效状态工作。如能回到有效状态，则电路具有自启动能力； 如不能，则需修改设计，使电路具有自启动能力。

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。

第5章组合逻辑、时序逻辑Verilog语言描述(已排)

第5章组合逻辑、时序逻辑Verilog语言描述(已排)
3
5.1.1 组合逻辑电路的连续赋值实现
以2路选择器为例：
module mux2to1( a, b, sel, out); input a, b; input sel; output out; assign out = (sel) ? b:a;
endmodule
注意：
连续赋值语句的被赋值变量只能是线网wire型。
注意： 过程块描述的组合逻辑电路： 1. 被赋值变量只能是reg型； 2. 触发方式采用电平触发； 3. always@( )引导的敏感量要完整。
5
always过程块与连续赋值语句描述的组合逻辑电路效果相同 两种方法描述的2路选择器电路均相同， 综合工具根据Verilog代码综合自动生成的电路均为下图所示
4
5.1.2 组合逻辑电路的always过程块实现
仍然以2路选择器为例： module mux2to1( a, b, sel, out);
input a, b; input sel; output out; reg out； always @(sel or a or b)
out = (sel) ? b:a; endmodule
endmodule
13
对应的CMOS工艺下D触发器的电路结构
. d
q
. . . clk
rst clk
d
T1
clk
q
T3
rst
clk clk
clk clk
T2
T4
.q
D触发器符号

clk
clk
D触发器电路图
说明：复位信号不受时钟信号clk的影响。 只要复位信号rst为高电平时，电路就复位，输出q为0。
14

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-带答案

第一章 逻辑代数基础 例题1.与(10000111)BCD 相等的十进制数是87， 二进制数是1010111 十六进制数是57，2.AB+CD=0（约束项）求 的最简与或表达式。

解：D C A C B A Z +=，见图1-1， 得3.若F(A,B,C,D)=∑m(0,1,2,3,4,7,15）的函数可化简为： 则可能存在的约束项为（ 3 ）。

见图1-21．逻辑函数式Y A B C D =++（）的反演式为 D C B A + 2. 在下列不同进制的数中，数值最大的数是（ D ）1051A.（） .101010B 2（） 163E C.（） D.（01011001）8421BCD 码 3、用卡诺图化简下式为最简与或式。

D C B A ++ Y(A,B,C,D)= ∑m(0,2,4,5,6,8,9)+ ∑d(10,11,12,13,14,15) 4.已知F ABC CD =+选出下列可以肯定使F=0的情况（ D )A. A=0，BC=1B. B=C=1C. D=0，C=1D. BC=1，D=1 5、是8421BCD 码的是（ B ）。

A 、1010 B C 、1100 D 、11016、欲对全班43个学生以二进制代码编码表示，最少需要二进制码的位数是（ B ）。

A 、5B 、6C 、8D 、437、逻辑函数F(A,B,C) = AB+B C+C A 的最小项标准式为（ D ）。

A 、F(A,B,C)=∑m(0,2,4)B 、F(A,B,C)=∑m(1,5,6,7)C 、F(A,B,C)=∑m (0,2,3,4)D 、F(A,B,C)=∑m(3,4,6,7)Z A BC A B AC D =++Z Z AC AC =+()B C D C D ++1..2..3..4..AC A DA C AB A D A B A B B C++++8、用代数法化简下式为最简与或式。

A+CC B BC C B A BCD A A F ++++=判断题1.若两个函数具有不同的真值表，则两个逻辑函数必然不相等。

时序逻辑电路


输出 F
0 0 0 0 0 1 0 1
/0
100
/0 /0
011
正常情况下，触发器状态在000～101循环， 但若由于干扰使电路的状态为110或111， 也可以在1、2个时钟后回到以上的主循环。
这称为电路具有自启动能力
例2.2
分析图示时序逻辑电路
解：状态表的另一种形式：
CP
0 1
Q3 Q2 Q1
0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1
0 0 0
0
可见，每来一个CP脉冲触发器作加1计算，每6个脉冲一个循环，所以这是一个6进 制加法计数器。
例2.2
分析图示时序逻辑电路
解：状态表的另一种 形式：
CP
0 1
Q3 Q2 Q1
0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1
F
0 0 0 0 0 1
画时序图：
CP Q1 Q2 Q3
J1 X J 2 XQ 1 K 1 XQ 2 K2 X
Q
n 1
JQ
n
KQn
得到各触发器的次态方程：
Q Q
n 1 1 n 1 2
X Q 1 XQ 2 Q 1 X Q 2 Q 1 XQ 2
例2.4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分析图示时序逻辑电路
Q Q
输入
X 0 0 0 0 1 1 1
时序逻辑电路
1 2 3 4 5 6 时序逻辑电路的基本概念 时序逻辑电路的分析 同步时序电路的设计 计数器 寄存器 算法状态机
时序逻辑电路
数字电路分为 1. 组合电路： 2. 时序电路：
电路在某一给定时刻的输出 还取决于前一时刻电路的状态

时序逻辑电路


3 ． 异步减 法计 数器
（1）3位递减计数器的状态
（2）电路组成
二 、 十进制计数器
十进制递减计数器的状态
1．电路组成
异步十进制加法计数器
2．工作原理
（1）计数器输入0～9个计数脉冲时，工作过程与4位二进制异步加法计数器完 全相同，第9个计数脉冲后，Q3Q2Q1Q0状态为1001。 （2）第10个计数脉冲到来后，此时计数器状态恢复为0000，跳过了1010~1111 的6个状态，从而实现842lBCD码十进制递增计数的功能。
④ 最 高 位 触 发 器 FF 3 是 在 Q 0 、 Q 1 、 Q 2 同 时 为 1 时 触 发 翻 转 ， 即 FF 0 ～ FF 2 原均为 1 ，作加 l 计数时，产生进位使 FF 3 翻转为 l 。
（2）电路组成
4位二进制同步加法计数器逻辑图
工
程
应
用
计数不正常的故障检测 第一步，先查工作电源是否正常；第二步，检查触 发器的复位端是否被长置成复位状态；第三步，用示波器观测计数脉冲是否加到 了触发器的CP端；第四步，替换触发器，以确定集成电路是否损坏。
第二节 计数器
在数字系统中，能统计输入脉冲个数的电路称为计数器。
一 、二进 制计 数器 1 ． 异步二 进制 加法计 数器
每输入一个脉冲，就进行一次加 1 运算的计数器称为加法 计数器，也称为递增计数器。 4 个 JK 触发器构成的异步加 法计数器如下图所示。
图中 FF 0 为最低位触发器，其控制端 C l 接收输入脉冲，输 出信号 Q 0 作为触发器 FF 1 的 CP ， Q 1 作为触发器 FF 2 的 CP ， Q 2 作为 FF 3 的 CP 。各触发器的 J 、 K 端均悬空，相当于 J = K =1 ，处于计数状态。各触发器接收负跳变脉冲信号时 状态就翻转，它的时序图见下图。
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