第十三章 几种常用的时序逻辑电路
时序逻辑电路
CP
JK触发器
功能表
JK
Qn Qn+1
功能
00 00 01 01
10 10
0
0
1
1
保持
0
0 输出状态
1
0 同J状态
0
1 输出状态
1
1 同J状态
11 11
0
1
Qn+!=Qn
10
3．JK触发器逻辑功能的几种表示方法
(1）功能表：
（2）特性方程：
JK
00 00 01 01
10 10
11 11
JK触发器
功能表
Qn+1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
D触发器的特性方程为：Qn+1=D
功能
输出状态 同D状态
D触发器的 功能表
D
Qn
Qn+1
功能
0
0
0
0
1
0
输出状
1
0
1
态同D
1
1
1
状态
D触发器的状态转换图：
D= 1
D= 0
0
1
D= 1
D= 0
例 已知D触发器的输入波形，画出输出波形图。
解：在波形图时，应注意以下两点： （1）触发器的触发翻转发生在CP的上升沿。 （2）判断触发器次态的依据是CP上升沿前一瞬间输入端D的状态。
0
Qn+1= Qn
Q
Q
┌┌
1K C1 1J
CP T
Q
Q
┌┌
C1 1T
当T触发器的输入端为T=1时， 称为T’触发器。 T’触发器的特性方程：
时序电路的逻辑
时序电路的逻辑
时序电路是一类特殊的电路，其输出值不仅取决于当前的输入值，还取决于过去的输入值，即输入和输出之间存在一定的时间关系。
因此，时序电路中存在着时钟信号，用于同步和调节电路的工作。
时序电路的逻辑可以分为同步和异步两种类型。
1. 同步逻辑：同步逻辑中，所有的电路元件都根据时钟信号的边沿或电平进行操作。
常见的同步逻辑电路包括触发器、计数器和移位寄存器等。
同步逻辑的优点是稳定性高，能够按照时钟信号进行同步操作，适用于需要精确控制时序的场合。
2. 异步逻辑：异步逻辑中，电路元件的操作不仅受时钟信号的影响，还受到输入信号的变化而变化。
常见的异步逻辑电路包括门电路、电平触发器和边沿触发器等。
异步逻辑的特点是电路元件的操作速度较快，但稳定性较差，可能出现冲突和竞争等问题，适用于对操作速度要求较高的场合。
在具体的时序电路中，通常采用状态图或状态表来表示其逻辑关系。
状态图用状态之间的转换图形化表示，而状态表则用表格形式列出各个状态及其对应的输入和输出值。
时序电路的设计和分析需要考虑时钟信号的频率、时序约束、电路延迟等因素，以确保电路的正确性、稳定性和可靠性。
时序逻辑电路的分类
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。
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。
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。
电工学时序逻辑电路
序
接收 R、S 的信号。
逻
辑
&
&
电
1
2
路
SD
1 S′
R′ 1
RD
RS 00
Qn+1 Qn
&
&
3
4
01
0
0
S
CP
R
1
10 11
编辑ppt
13
第
13
章
1
时
Q
序
逻
辑
&
电
1
路
SD
0 S′
&
3
(2) CP = 1 时
0
Q
导引门 3、4 打开，
接收 R、S 的信号。
& 2
R′ 1
RD
&
4
RS 00 01
Qn+1 Qn
电子技术
第13章 时序逻辑电路
13.1 基本双稳态触发器 13.2 钟控双稳态触发器 13.3 寄存器 13.4 计数器 13.5 集成定时器
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2
第
13
章
13.1 基本双稳态触发器
时
序 双稳态触发器：
逻 辑
由门电路加上适当的反馈而构成的一种新
电 的逻辑部件。
路 双稳态触发器与门电路区别：
时 路的工作过程。
序 逻
[解] 比赛之前，先闭合电源开关，使触发器与电源接
辑 通。然后给 RD 加上清零负脉冲，使四个 D 触发器都预
电 置在 0 态。这时，作指示灯用的发光二极管 D 都不
路 亮，或非门的输入皆为 0，输出为 1，与门被打开，时
第13部分时序逻辑电路-精品
R = K Qn
SCR
从触发器的输出状态 SD
RD
由主触发器的状态决定
10
01
CP：0 → 1 主触发器打开 — 接受信号 从触发器关闭 — 输出状态
不变
主触发器 SC R
CP：1 → 0
主触发器关闭 — 不接受信号 15 从触发器打开 — 输出相应状态
J CP K
第13章时序逻辑电路
2. 逻辑功能 (1) J = 0、K = 0
时钟脉冲
37
第13章时序逻辑电路
13.3 寄 存 器
一、数码寄存器
0 O4
&
Q4 0 FF4
SCR
0 RD
0 O3
&
Q3 0 FF3
SCR
0 RD
1
1
0 O2
&
Q2 0 FF2
SCR
0 RD
1
预先清零
0 O1
&
Q1 0
0
FF1
清零
SC R
指令
0 RD 1
0
1
38
A4
A3
A2
A1
第13章时序逻辑电路
Q 无影响
Q
31
第13章时序逻辑电路
四、T 触发器
真值表
T
Qn+1
0 Qn
1 Qn
相同逻辑功能的触发器，电路结构不同， 触发方式就不同。
不同逻辑功能的触发器可相互转换，但是 逻辑功能改变,触发方式不变。
32
第13章时序逻辑电路
(1) 将主从型 JK 触发器改接成 T 触发器
JC K
TC
时序逻辑电路的分类
时序逻辑电路的分类时序逻辑电路是现代数字电路设计中的重要组成部分，广泛应用于计算机、通信系统、工业控制等领域。
根据时序逻辑电路的特点和功能，可以将其分为同步和异步两类，每一类又可以进一步细分为多个子类。
同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指所有触发器在一个时钟信号的控制下工作的电路。
它们的特点是逻辑部件和触发器之间存在明确的时钟信号传输路径，通过时钟信号的统一控制可以确保各个部件在相同的时间点进行状态的更新。
同步时序逻辑电路主要包括以下几种分类：1.锁存器（Latch）：锁存器是一种用触发器实现的存储元件，可以存储一个比特的信息，并在时钟信号的边沿进行更新。
常见的锁存器有D锁存器、JK锁存器等，它们可以应用于寄存器、缓存等场景。
2.寄存器（Register）：寄存器是由若干个锁存器组成的存储单元，可以同时存储多个比特的信息。
根据输入输出的配置，寄存器可以分为并行输入输出寄存器和串行输入输出寄存器。
3.计数器（Counter）：计数器是一种能够在一个范围内进行计数的时序逻辑电路。
常见的计数器有二进制计数器、同步计数器和异步计数器等，它们可以应用于时钟频率分频、时钟周期计数等场景。
4.移位寄存器（Shift Register）：移位寄存器是一种可以将输入序列移位输出的时序逻辑电路。
常见的移位寄存器有串行输入并行输出寄存器和并行输入串行输出寄存器等，它们可以应用于数据的平行-串行和串行-平行转换。
5.状态机（Finite State Machine，FSM）：状态机是一种通过多个状态和状态之间的转移来对系统进行建模的时序逻辑电路。
常见的状态机包括Mealy状态机和Moore状态机，它们可以用于设计数字系统的控制器、序列检测电路等。
异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指各个逻辑部件之间没有明确的时钟信号传输路径，它们是基于组合逻辑电路的延时和信号传播来完成状态更新的。
与同步时序逻辑电路相比，异步时序逻辑电路的设计更加灵活，但同时也面临着时序和稳定性等问题的挑战。
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第十三章几种常用的时序逻辑电路一、填空题1.与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的特点是：任何时刻的输出信号不仅与____________有关，还与____________有关，是______（a.有记忆性b.无记忆性）逻辑电路。
2.触发器是数字电路中______（a.有记忆 b.非记忆）的基本逻辑单元。
3.在外加输入信号作用下，触发器可从一种稳定状态转换为另一种稳定状态，信号终止，稳态_________（a.不能保持下去 b. 仍能保持下去）。
4. JK触发器是________（a.CP为1有效b.CP边沿有效）。
+=+是_______触发器的特性方程。
5.1n n nQ JQ KQ6.1n n+=+是________触发器的特性方程，其约束条件为Q S RQ___________。
+=+是_____触发器的特征方程。
7.1n n nQ TQ TQ8.在T触发器中，若使T=____，则每输入一个CP，触发器状态就翻转一次，这种具有翻转功能的触发器称为'T触发器，它的特征方程是________________。
9.我们可以用JK触发器转换成其他逻辑功能触发器，令__________________，即转换成T触发器；令_______________，即转换为'T触发器；令________________，即转换成D触发器。
10.我们可以用D触发器转换成其他逻辑功能触发器，令__________________，即转换成T触发器；令_______________，即转换为'T触发器。
11.寄存器存放数据的方式有____________和___________；取出数据的方式有____________和___________。
12.寄存器分为_________寄存器和__________寄存器。
13.双拍工作方式的数码寄存器工作时需_____________。
14.按计数器中各触发器翻转时间可分为_________，________。
15.在计数过程中，利用反馈提供置数信号，使计数器将指定数置入，并由此状态继续计数，可构成N 进制计数器，该方法有________置数和________置数两种。
16.将模为M 和N 的两片计数器________（a.串接 b.并接），可扩展成_________进制的计数器。
17.触发器有______个稳定状态，所以也称____________。
18. 74LS194是____________寄存器。
二、选择题1. Q =1，0Q =，称为触发器的（ ）。
A.1态B.0态C.稳态D.暂稳态2．在下列触发器中，有约束条件的是（ ）。
A.JK 触发器B.D 触发器C.同步RS 触发器D.T 触发器 3．一个触发器可记录一位二进制代码，它有（ ）个稳态。
A.0 B.1 C.2 D.3 4．存储8位二进制信息要（ ）个触发器。
A.2B.4C.8D.16 5．对于T 触发器，若原态Q n =0，欲使新态Q n +1=1，应使输入T =（ ）。
A.0B.1C.QD.以上都不对 6．对于T 触发器，若原态Q n =1，欲使新态Q n +1=1，应使输入T =（ ）。
A.0B.1C.QD.以上都不对 7．对于D 触发器，欲使Q n +1=Q n ，应使输入D =（ ）。
A.0 B.1 C.Q D.Q8．对于J K 触发器（特性方程1n n nQ J Q K Q +=+），若J =K ，则可完成（ ）触发器的逻辑功能。
A.RSB.DC.TD.T ˊ9．欲使JK 触发器（特性方程1n n n Q J Q K Q +=+）按Q n +1=Q n 工作，不可使J K 触发器的输入端（ ）。
A.J=K=1B.J =Q,K =QC. J=0,K=QD.J=Q,K=010．欲使J K 触发器（特性方程1n n n Q J Q K Q +=+）按Q n +1=Q n 工作，可使J K触发器的输入端（）。
A.J=K=0B. J=1,K=QC.J=K=Q,D.J=Q,K=0+=+）按Q n+1=0工作，11．欲使J K触发器（特性方程1n n nQ J Q K Q可使J K触发器的输入端（）。
A.J=K=0B.J=Q,K=0C.J=Q,K=1D.J=K=1+=+）按Q n+1=1工作，12．欲使J K触发器（特性方程1n n nQ J Q K Q可使J K触发器的输入端（）。
A.J=K=1B.J=K=0C.J=K=QD. J=Q,K=013．欲使D触发器按Q n+1=Q n工作，应使输入D=（）。
A.0B.1C.QD.Q14．下列触发器中，不能在C P上升/下降沿翻转从而克服了空翻现象的是（）。
A.边沿D触发器B.基本R S触发器C.J K触发器D.T触发器15．下列触发器中，没有约束条件的是（）。
A.基本R S触发器B.主从R S触发器C.同步R S触发器D.边沿D触发器16．描述触发器的逻辑功能的方法没有（）。
A.状态转换真值表B.特性方程C.状态转换图D.触发脉冲信号17．为实现将J K触发器转换为D触发器，应使（）。
A.J=D,K=DB. K=D,J=DC.J=K=DD.J=K=D18. D触发器是一种（）稳态电路。
A.无B.单C.双D.多19.实验中用的功能较强的74LS194是（）。
A.右移寄存器B.左移寄存器C.双向移位寄存器D.数码寄存器20.集成同步二进制计数器74LS161不具有______功能。
A．置数B．保持C．清零D．锁存三、判断题1.时序逻辑电路的特点是任何时刻的输出信号仅与电路原来状态有关。
（）2.触发器是数字电路中具有记忆功能的基本逻辑单元。
（）3.触发器输出端有两个稳定状态，即0态和1态。
（）4.触发器也称单稳态触发器。
（）5.触发器的外加输入信号终止后，稳态仍能保持下去。
（）6. 74LS163是4位二进制异步计数器。
（）7.边沿触发器的状态变化发生在CP上升沿或下降沿到来时刻，其他时间触发器状态均不变。
（）8. JK触发器属于边沿触发器，CP上升沿或下降沿时有效。
（）9.令J=K=T=1，可将JK触发器转换成T触发器。
（）10.寄存器存放数据的方式只有并行一种。
（）11.寄存器取出数据的方式有并行和串行输出两种。
（）12.计数器可用于累计输入脉冲个数，分频，定时，执行数字运算等，应用广泛。
（）13. 74LS161是集成同步二进制计数器。
（）14.基本RS触发器的约束条件是1RS=。
（）15.反馈清零法是在计数过程中利用某个中间状态反馈到清零端，迫使计数器返回到0，再重新开始计数。
（）四、简答题1.图示是用与非门组成的基本RS触发器试根据其特性表，并写出特性方程和约束条件。
2. 用JK 触发器（特性方程1n n nQ J Q K Q +=+）可以转换成其他逻辑功能触发器，适当连接给出的JK 触发器的输入端分别将其转换成： 1）.T 触发器（1n n n Q TQ TQ +=+） 2）.T ’触发器（1n n Q Q +=） 3）.D 触发器（1n Q D +=）3.写出JK 触发器，T 触发器，T ’触发器，D 触发器的特性方程。
4.同步计数器的同步是指什么？5.将两个二输入与非门的输出接回到对方的输入之一，则可组成什么触发器？试列出其特性表6．基本RS触发器如图所示，试画出Q对应R和的波形（设Q的初态为0）。
7.同步RS触发器（CP=1时R和S信号有效且等同与基本RS触发器）如图所示，试画出Q对应R和S的波形（设Q的初态为0）。
8.用2个或非门也可以组成基本RS触发器。
1).试画出逻辑电路。
2).试列出其特性表。
9.已知CP、D的波形如图题5-6，试画出高电平有效和上升沿有效D触发器Q的波形（设Q的初态为0）。
10.设图中的触发器的初态均为0，试画出Q端的波形。
11.设图中的触发器的初态均为0，试画出对应A、B的X、Y的波形。
+=+，D触发器的特性方程是12.基本RS触发器的特性方程是：1n nQ S RQn1+=，比较这两个方程，试将基本RS触发器转换为D触发器。
Q D13.由或非门组成的基本RS触发器输入波形如图所试，试画出输出Q和Q端的波形。
设触发器的初始状态为Q=0。
+=，CP上升沿有效，CP=1时有效）的输入波形如图所14.同步D触发器（1nQ D示，试画出输出Q和Q的波形。
设触发器的初始状态为Q=0。
15. TTL边沿JK触发器如图(a)所示，输入CP、J、K端的波形如图(b)所示，试对应画出输出Q和Q端的波形。
设触发器的初始状态为Q=0。
16.电路如图(a)所示，输入CP、A、B的波形如图（b）所示，试画出Q和Q端的输出波形。
设触发器的初始状态为Q=0。
17.如图所示各边沿D触发的初始状态都为0，试对应输入CP波形画出Q端的输出波形。
18.如图所示各边沿JK 触发器的初始状态都为1，试对应CP 波形画出Q 端的输出波形（1n n n Q JQ KQ +=+）。
19.下降沿触发的边沿JK 触发器的输入CP 、J 、K 和R D 端的波形如图所示（1n n n Q JQ KQ +=+），D R 为异步置0端，低电平有效。
试画出输出Q 端的波形。
设触发器的初始状态Q=0，且1=D S 。
20.我们经常要对计数器电路进行分析。
当给你一个逻辑电路的实例时，大体分析步骤如何？21.电路如图(a)所示，输入时钟脉冲CP如图(b)所示，试画出输出Q0和Q1端的波形。
设触发器的初始状态Q0=Q1=0。
22.移位寄存器有哪几种？23.在图(a)所示的边沿触发器中，输入CP、D端的波形如图(b)所示，试画出Q和Q1端的输出波形。
设触发器的初始状态为Q=Q1=0。
24.图示是用反馈同步置数法构成的N进制计数器，是多少进制？25.图示是用反馈同步置数法构成的N进制计数器，是多少进制？27.试用D触发器转换成T触发器，并画出电路图。
五、计算题1.试分析图所示的时序电路1）.写出驱动方程2）.写出状态方程3）.列出状态转换表4）.画出状态转换图5）.说明其逻辑功能2. 74LS163是4位二进制同步计数器（同步清零），试分析图示电路是几进制计数器。
3. 74LS163是4位二进制同步计数器（同步清零），试分析图示电路是几进制计数器。
4. 74LS161是同步二进制计数器，异步反馈清零。
试回答下面的计数器构成了几进制？1).2).。