23 时序逻辑电路
时序逻辑电路分类
时序逻辑电路分类介绍时序逻辑电路是一种用于处理时序信号的电路，它由逻辑门和存储元件组成。
时序逻辑电路按照其功能和结构的不同，可以分为多种类型。
本文将对时序逻辑电路的分类进行全面、详细、完整和深入的探讨。
一、根据功能分类1. 同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指其数据在同一个时钟上升沿或下降沿进行传递和存储的电路。
这类电路广泛应用于计算机中的寄存器、时钟驱动器和状态机等。
同步时序逻辑电路具有可靠性高、稳定性强的特点。
2. 异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指其数据不依赖时钟信号而进行传递和存储的电路。
这种电路在通信系统中常用于数据传输和处理，如异步串行通信接口（UART）。
异步时序逻辑电路具有处理速度快和实时性强的特点。
二、根据结构分类1. 寄存器寄存器是一种时序逻辑电路，用于存储和传递数据。
寄存器通常采用D触发器作为存储元件，可以实现数据的暂存和移位操作。
寄存器广泛应用于计算机的数据存储和寄存器阵列逻辑器件（RALU）等。
2. 计数器计数器是一种时序逻辑电路，用于生成特定的计数序列。
计数器可以按照时钟信号对计数进行增加或减少，并可以在达到指定计数值时触发其他操作。
计数器被广泛应用于时钟发生器、频率分频器和时序控制等电路中。
3. 时序控制器时序控制器是一种时序逻辑电路，用于控制其他电路的时序和操作。
时序控制器根据输入的控制信号和当前的状态，通过逻辑运算和状态转移进行运算和控制。
时序控制器被广泛应用于计算机的指令译码和状态机的设计中。
三、根据存储方式分类1. 同步存储器同步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。
同步存储器是在时钟信号作用下进行数据存取的，并且数据的读取和写入操作都在时钟的上升沿或下降沿进行。
同步存储器主要包括静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）等。
2. 异步存储器异步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。
与同步存储器不同的是，异步存储器的读取和写入操作不依赖时钟信号，而是由数据访问信号和存储器内部的同步电路进行控制。
逻辑门电路的组合逻辑和时序逻辑
逻辑门电路的组合逻辑和时序逻辑逻辑门电路是计算机科学中重要的基础组成部分。
它通过逻辑门的组合，实现了我们平日使用的各种逻辑功能。
而这些逻辑门又可以分为两种类型：组合逻辑和时序逻辑。
组合逻辑是指逻辑门的输出仅取决于输入的当前值，与过去的输入值无关。
常见的组合逻辑包括与门、或门、非门等。
例如，与门的输出仅在所有输入都为高电平时为高电平，否则为低电平。
一个典型的组合逻辑电路可以是由多个逻辑门组成的电路网络。
通过将不同的逻辑门进行组合，我们可以实现各种复杂的逻辑功能，如加法器、减法器、多路选择器等。
除了组合逻辑外，时序逻辑是另一种重要的逻辑门电路类型。
与组合逻辑不同，时序逻辑的输出取决于输入的当前值以及过去的输入值。
时序逻辑电路包括存储器、触发器、计数器等。
存储器是一种常见的时序逻辑电路，它可以存储和检索数据。
例如，随机存取存储器（RAM）是一种常见的存储器类型，它可以根据地址存取数据。
而只读存储器（ROM）则是一种无法修改的存储器，其中的数据是预先设置好的。
触发器是时序逻辑中的又一个关键部件。
它可以储存一位二进制信息，并与外界的输入信号进行交互。
根据触发器的不同类型，我们可以实现如锁存器、触发器、移位寄存器等功能。
计数器是在电子设备和计算机中常用的时序逻辑电路。
它可以记录和跟踪计数值，并根据特定条件进行增加、减少和重置。
计数器广泛应用于时序控制、时钟分频等场景。
逻辑门电路的组合逻辑和时序逻辑的应用非常广泛。
从简单的数字电路到复杂的计算机系统，逻辑门电路都发挥着重要的作用。
例如，处理器中的算术逻辑单元（ALU）就是通过逻辑门的组合实现的，它能够执行加法、减法、与、或、非等基本运算。
总结起来，逻辑门电路是计算机领域中的重要基建。
通过组合逻辑和时序逻辑的使用，我们能够实现各种复杂的逻辑功能和时序控制。
在今天数字化的世界中，逻辑门电路无处不在，它让计算机和其他电子设备的功能更加强大和智能化。
时序逻辑电路的概念
时序逻辑电路的概念时序逻辑电路是一种数字电路，其特点是输出不仅取决于当前的输入，还与之前的输入状态有关。
在时序逻辑电路中，存储器是核心元件，用于存储之前的状态信息。
根据存储器的工作方式，时序逻辑电路可分为反馈型和计数型两种基本类型。
一、时序逻辑电路的基本概念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。
这种电路通常由组合逻辑电路和存储器两部分组成。
组合逻辑电路用于实现逻辑功能，而存储器则用于存储之前的输入状态。
时序逻辑电路的特点包括以下几个方面：状态寄存器：时序逻辑电路中包含一个或多个状态寄存器，用于存储当前的状态信息。
状态寄存器能够将当前的输入状态转化为输出状态，同时将输出状态反馈回组合逻辑电路的输入端。
记忆功能：时序逻辑电路具有记忆功能，能够对之前的输入状态进行保存。
这种记忆功能可以用于实现各种复杂的逻辑功能，如计数器、序列检测器等。
反馈回路：时序逻辑电路中存在反馈回路，即将输出状态反馈回组合逻辑电路的输入端。
这种反馈机制使得时序逻辑电路具有动态特性，能够根据之前的输入状态和当前的输入状态产生不同的输出状态。
逻辑门：时序逻辑电路中的组合逻辑部分通常由各种逻辑门组成，如与门、或门、非门等。
这些逻辑门用于实现不同的逻辑功能，如运算、比较、控制等。
二、时序逻辑电路的类型根据存储器的工作方式，时序逻辑电路可分为反馈型和计数型两种基本类型。
反馈型时序逻辑电路：在反馈型时序逻辑电路中，输出状态会反馈回组合逻辑电路的输入端，并通过与当前输入进行运算产生新的输出状态。
这种类型的时序逻辑电路通常用于实现各种控制功能，如定时器、振荡器等。
计数型时序逻辑电路：在计数型时序逻辑电路中，输出状态会随着时间的变化而自动更新。
这种类型的时序逻辑电路通常用于实现计数器、分频器、序列检测器等应用。
三、时序逻辑电路的设计方法设计时序逻辑电路的方法包括以下步骤：定义输入和输出：首先确定时序逻辑电路的输入和输出信号，包括时钟信号、数据输入信号、控制信号等。
数字电子技术基础-第六章_时序逻辑电路(完整版)
T0 1
行修改，在0000 时减“1”后跳变 T1 Q0 Q0(Q3Q2Q1)
为1001，然后按
二进制减法计数
就行了。T2 Q1Q0 Q1Q0 (Q1Q2Q3 )
T3 Q2Q1Q0
50
能自启动
47
•时序图 5
分 频
10 分 频c
0
t
48
器件实例：74 160
CLK RD LD EP ET 工作状态 X 0 X X X 置 0（异步） 1 0 X X 预置数（同步） X 1 1 0 1 保持（包括C） X 1 1 X 0 保持（C=0） 1 1 1 1 计数
49
②减法计数器
基本原理：对二进 制减法计数器进
——74LS193
异步置数 异步清零
44
（采用T’触发器，即T=1）
CLKi
CLKU
i 1
Qj
j0
CLKD
i 1
Qj
j0
CLK0 CLKU CLKD
CLK 2 CLKU Q1Q0 CLK DQ1Q0
45
2. 同步十进制计数器 ①加法计数器
基本原理：在四位二进制 计数器基础上修改，当计 到1001时，则下一个CLK 电路状态回到0000。
EP ET 工作状态
X 0 X X X 置 0（异步）
1 0 X X 预置数（同步）
X 1 1 0 1 保持（包括C）
X 1 1 X 0 保持（C=0）
1 1 1 1 计数
39
同步二进制减法计数器 原理：根据二进制减法运算 规则可知：在多位二进制数 末位减1，若第i位以下皆为 0时，则第i位应翻转。
Y Q2Q3
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。
时序逻辑电路知识要点复习
《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。
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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触发器，有记忆功能
02 启智探究
启智探究模-时拟序逻信辑号电路电的路结构框图
输入
组合逻辑电路
输出
+ 组合逻辑电路
存 储 电同步路时序=逻时辑序电逻路辑电路
存储电路 异步时序逻辑电路
启智探究模-寄拟存器信号电路
寄存器芯片功能
接收、暂存、传递数码、指令 等信息
寄存器芯片外形
启智探究-数码寄存器
双向移位寄存器
启智探究-数码寄存器
CLR（清零端）接低电 平，整个电路不工作。 正常工作需要将CLR接 高电平。
启智探究-数码寄存器
令S1、S0都为1，开 始送数
启智探究-数码寄存器
令SR为1，数据右移
启智探究-计数器的功能
计数器的功能 累计输入脉冲 个数
启智探究-计数器的应用
启智探究-计数器的原理
第八章时序逻辑电路
WUHANSHI
YIBIAO
DIANZI
XUEXIAO
授课老师：蒋雯
目录
CONTENTS
情景导入
启智探究
动手实践
课堂小结
01 情景导入
情景导入-看一看
时序逻辑电路典型应用
1、抢答器 2、环形脉冲发生器 3、计数器、计时器
情景导入-时序逻辑电路特点
功能
任意时刻的输出不仅与该时 刻的输入有关，还与电路的 原状态有关
课堂作业
1、时序逻辑电路的特点？有没有记忆功能？ 2、典型时序逻辑电路有哪些？ 3、双向移位寄存器功能有哪些？设计一个2进制计数器
感 谢 聆 听！
TAHNK
YOU
FOR
WAT践模-移拟位寄信存号器功电能路仿真
芯片74LS194 双向移位寄存 器功能仿真
动手实践模-计拟数器信的号仿真电路
例2：在Multisim中利用芯片 74LS93D制作一款16进制计数器， 并利用七段数码管观察计数过程。
04 课堂小结
课堂小结-想一想
时序逻辑电路的特点
各种触发器 有记忆功能 典型芯片功能仿真 设计不同功能电路