时序逻辑电路分析与设计
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时序逻辑电路设计与分析(完整电子教案)
(a)同步D触发器(b)同步JK触发器
图8.20具有异步控制端的同步触发器
【训练与提高】
制作一个时钟电路中的分钟校时电路。
工作原理：时钟电路中的分钟校时电路有按键控制，按键按一次（阐述有效信号，打开门电路），门电路输出将改变N次状态，其中N此变化（变化快门）由输入的时钟信号决定。同时该电路中具有秒钟输入信号。其参考电路如下图8.21所示。试搭建调试电路，分析其工作过程。
时序逻辑电路设计与分析（完整电子教案）
8.
触发器(flip flop)是构成时序逻辑电路的基本单元，能记忆、存储一位二进制信息，触发器也称双稳态触发器，它有两种稳定输出工作状态，即分别输出1和输出0的状态。在无输入信号作用时，这种状态是稳定的；而当输入信号到来并满足一定逻辑关系时，输出端的状态将迅速变化，能从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。
三、RS触发器在机械开关去抖上的应用
通常按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小型如图8.6。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。
【训练与提高】
搭建2组按键去抖动电路，并用示波器观察输出结果。
8.
【项目任务】
测试如下电路，改变A、B状态，观察LED1和LED2的变化，并建立真值表。
图8.8测试电路(multisim)
【信息单】
基本RS触发器属于无时钟触发器，触发器状态的变换由 、 端输入信号直接控制。在实际工作中，触发器的工作状态不仅由输入决定，而且还要求触发器按一定的节拍翻转，为此需要加入一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。带有时钟信号的触发器叫时钟触发器，又称同步触发器。
图8.20具有异步控制端的同步触发器
【训练与提高】
制作一个时钟电路中的分钟校时电路。
工作原理：时钟电路中的分钟校时电路有按键控制，按键按一次（阐述有效信号，打开门电路），门电路输出将改变N次状态，其中N此变化（变化快门）由输入的时钟信号决定。同时该电路中具有秒钟输入信号。其参考电路如下图8.21所示。试搭建调试电路，分析其工作过程。
时序逻辑电路设计与分析（完整电子教案）
8.
触发器(flip flop)是构成时序逻辑电路的基本单元，能记忆、存储一位二进制信息，触发器也称双稳态触发器，它有两种稳定输出工作状态，即分别输出1和输出0的状态。在无输入信号作用时，这种状态是稳定的；而当输入信号到来并满足一定逻辑关系时，输出端的状态将迅速变化，能从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。
三、RS触发器在机械开关去抖上的应用
通常按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小型如图8.6。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。
【训练与提高】
搭建2组按键去抖动电路，并用示波器观察输出结果。
8.
【项目任务】
测试如下电路，改变A、B状态，观察LED1和LED2的变化，并建立真值表。
图8.8测试电路(multisim)
【信息单】
基本RS触发器属于无时钟触发器，触发器状态的变换由 、 端输入信号直接控制。在实际工作中，触发器的工作状态不仅由输入决定，而且还要求触发器按一定的节拍翻转，为此需要加入一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。带有时钟信号的触发器叫时钟触发器，又称同步触发器。
《电子技术基础》第6章时序逻辑电路的分析与设计-1
6.1 时序逻辑电路的基本概念
1. 时序电路的一般化模型
I1 Ii
O1
Oj
Sm 特点： Ek 1）时序逻辑电路由组合电路（逻辑门）和存储电路( 一般由触 发器构成) 组成。 2）电路的输出由输入信号和原来的输出状态共同决定.
4/9/2019 12:58:22 PM
… … S1 …
… E1 … …
组合电路
1/0 1/0 1/0
01 01 0/0 10 10
00
11
10
01
0/1 11 11
1/1
0/0
电路进行减1计数 。 电路功能：可逆4进制计数器 Y可理解为进位或借位端。
4/9/2019 12:58:22 PM
D2 Q
n 1
(3) 根据状态方程组和输出方程列出状态表
Sn→Sn+1
S = Q2Q1Q0
Q
n 1 0
Q Q
n 1
n 0
Q
n 1 1
Q
n 0
n 1 Q2 Q1n
状态表
n 1 n n 1 n 1 n Q Q Q Q Q Q 0 1 0 1 2
n 2
(4) 画出状态图 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0
存储电路
时序电 路输入 信号
I1
Ii
O1 Oj
组合电路
时序电 路输出 信号
存储电路激 励信号(触发 器的输入)
… …
… …
存储电路输 出信号 (电路状态S) 各触发器的状态Q
S1 Sm …
E1
… Ek
存储电路
各信号之间的逻辑关系方程组为：
O = F1（I，Sn） E = F2
第6章 时序逻辑电路
J 和 K 接为互反，相当于一个D触发器。时钟相连 是同步时序电路。
电路功能： 有下降沿到来时，所有Q端更新状态。
2、移位寄存器 在计算机系统中，经常要对数据进行串并转换，移 位寄存器可以方便地实现这种转换。
左移移位寄存器
•具有左右移位功能的双向移位寄存器
理解了前面的左移移位寄存器，对右移移位寄存器 也就理解了，因位左右本身就是相对的。实际上，左右 移位的区别在于：N触发器的D端是与 Q N+1相连，还是 与Q N-1相连。
第六章 时序逻辑电路
如前所述，时序逻辑电路的特点是 —— 任一时刻 的输出不仅与当前的输入有关，还与以前的状态有关。
时序电路以触发器作为基本单元，使用门电路加以 配合，完成特定的时序功能。所以说，时序电路是由组 合电路和触发器构成的。
与学习组合逻辑电路相类似，我们仍从分析现成电 路入手，然后进行时序逻辑电路的简单设计。
状态化简 、分配
用编码表示 给各个状态
选择触发器 的形式
确定各触发器 输入的连接及 输出电路
NO 是否最佳 ？
YES
设计完成
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计：
书例7-9 一个串行输入序列的检测电路，要求当序
列连续出现 4 个“1”时，输出为 1，作为提示。其他情 况输出为 0。
如果不考虑优化、最佳，以我们现有的知识可以很
第二步： 状态简化
前面我们根据前三位可能的所有组合，设定了 8 个
状态A ~ H，其实仔细分析一下，根本用不了这么多状态。
我们可以从Z=1的可能性大小的角度，将状态简化为
4 个状态：
a
b
c
d
A 000
B 100
D 110
第27讲 时序逻辑电路的分析
Y = Q2
第5章
n
时序逻辑电路
J 0 = K 0 = Q2 n n J 1 = K 1 = Q0 n n n J = Q Q ,K = Q 2 1 0 2 2
Q0 n+1 = J 0 Q0 n + K 0Q0 n = Q2 n Q0 n +Q2 nQ0 n = Q0 n Q2 n n n+1 n n n n n n n Q1 = J 1 Q1 + K 1Q1 = Q0 Q1 +Q0 Q1 = Q0 Q1 n+1 Q2 = J 2 Q2 n + K 2Q2 n = Q1nQ0 n Q2 n +Q2 nQ2 n = Q1nQ0 n Q2 n
第5章
时序逻辑电路
第27讲 时序逻辑电路的分析
1
第5章
时序逻辑电路
第5章 时序逻辑电路
5.1 概述 5.2 时序逻辑电路分析
5.3 计数器
5.4 寄存器 5.5 时序逻辑电路设计
2
第5章
时序逻辑电路
5.1
5.1.1
概
述
时序逻辑电路的特点
在组合逻辑电路中，任一时刻的输出信号仅由当时的输 入信号决定，当输入信号发生变化时，输出信号就相应地发
15
第5章
时序逻辑电路
16
第5章
时序逻辑电路
(3) 画状态图和时序图。由状态表可画出电路的状态图
和时序图，如图5.3和图5.4所示。
17
第5章
时序逻辑电路
图5.3 例5-1的状态图
18
第5章
时序逻辑电路
图5.4 例5-1的时序图
19
第5章
时序逻辑电路的分析和设计
CP FF0 Q0 1J FF1
莫尔型同步时序 电路。 2. 写出各触发器 的驱动方程。
n J 0 K 0 Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J
Q1 &
≥1 1J
FF2
Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J ＞C1 ＞C
1 1K Q2
输 入 信 号
1K
1K
Y0 A1 74139Y1 A0 Y2 Y3
n n n n n Q0 1 Q2 Q0 Q2 Q0
n n Q1n1 Q0 Q1n Q0 Q1n
n n n n n n Q2 1 (Q1nQ0 Q2 )Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
n n n n n Q2 1 Q1nQ0 Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
Q
n
=1
1
Y=Q2Q1
n 1 1J 1J
n Q2 1
n 1 Q 1K Q2 1 X1K Q1n Q Q2 1X Q1 Q n 2 3.求出电路状态方程。 & n
1 2
＞C ＞C1
＞C ＞C1
输 出 信 号 n
Qn1 JQ n KQn ＞C
1J
Q2
n 1
n n X Q1 Q2
Q Q
1
1 0
n +1 1
3
第六章
1、组合电路：
概
述
时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。 逻辑电路可分为 两大类：
由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。 电路的输出仅仅与当时的输入有关。
2、时序电路：
延迟元件或触发器
存储电路，因而具有记忆能力。 电路的输出不仅与当时的输入有关，而且 还与电路原来的状态有关。
莫尔型同步时序 电路。 2. 写出各触发器 的驱动方程。
n J 0 K 0 Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J
Q1 &
≥1 1J
FF2
Q2
1J ＞C ＞C1
1 1K
1J ＞C1 ＞C
1 1K Q2
输 入 信 号
1K
1K
Y0 A1 74139Y1 A0 Y2 Y3
n n n n n Q0 1 Q2 Q0 Q2 Q0
n n Q1n1 Q0 Q1n Q0 Q1n
n n n n n n Q2 1 (Q1nQ0 Q2 )Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
n n n n n Q2 1 Q1nQ0 Q n Q1nQ0 Q2 Q2 2
Q
n
=1
1
Y=Q2Q1
n 1 1J 1J
n Q2 1
n 1 Q 1K Q2 1 X1K Q1n Q Q2 1X Q1 Q n 2 3.求出电路状态方程。 & n
1 2
＞C ＞C1
＞C ＞C1
输 出 信 号 n
Qn1 JQ n KQn ＞C
1J
Q2
n 1
n n X Q1 Q2
Q Q
1
1 0
n +1 1
3
第六章
1、组合电路：
概
述
时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。 逻辑电路可分为 两大类：
由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。 电路的输出仅仅与当时的输入有关。
2、时序电路：
延迟元件或触发器
存储电路，因而具有记忆能力。 电路的输出不仅与当时的输入有关，而且 还与电路原来的状态有关。
数字电子技术 时序逻辑电路的分析与设计 国家精品课程课件
《数字电子技术》精品课程——第6章
FF0
FF1
1J
Q0 1J
Q1
时序逻辑电路的分析与设计
&Z
FF2
1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
1K
Q0
Q1
Q2
CP
➢驱动方程：
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
② 求状态方程
JK触发器的特性方程：
Qn1 JQ n KQn
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
简化状态图（表）中各个状态。 （4）选择触发器的类型。
（5）根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
（6）根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。
返回 （7）检查电路能否自启动。
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
2．同步计数器的设计举例
驱动方程： T1 = X T2 = XQ1n
输出方程: Z= XQ2nQ1n
（米利型）
2.写状态方程
T触发器的特性 方程为：
Qn1 TQn TQn
Q 1nQ1QX21nn TX1QQ1n1nXTQX11nQ1n X Q1n
Q1n
Qn1 2
T2 Q2n
T2Qn2
T Q n 将T1、 T2代入则得X到Q两1n Q2n XQ1nQn2
0T1 = X0 0 0 0 0 0
0
求T1、T2、Z
0T2
0
=ZX=01QX1nQ10 2nQ010n
0 0
0 1
1 0
0 0
由状态方程
求Q2n+1 、 Q1n+1
第六章 时序逻辑电路的分析与设计典型例题
解：解题步骤如下： （ 1） 求 激 励 输 入 议 程 ：
⎧ J 3 = Q2 , ⎨ ⎩K 3 = Q2 ⎧ J 2 = Q1 , ⎨ ⎩ K 2 = Q1 ⎧ J 1 = Q3 ⊕Q1 ⎨ ⎩K1 = J 1
因 为 将 J 3 = Q 2 ， K 3 = Q2 代 入 J - K 触 发 器 次 态 方 程 ， 有
3
n +1 励 方 程 D3、 D2、 D1中 ， 然 后 根 据 D触 发 器 次 态 方 程 Q = D ， 可 知 所 有 的 非 工
作 状 态 都 能 进 入 工 作 状 态 ， 即 101→ 001； 110→ 101→ 001； 111→ 001。 因 此 电路可以自启动。 （ 6） 画 完 整 状 态 转 换 图 如 下 图 所 示 。
J 1 = Q3 Q1 + Q3 Q1 + Q2 Q1 = Q3 ⊕ Q1 + Q2 Q1
修改后，具有自启动功能的电路如下图所示。
修改后的可自启动电路
5
Q1n +1 0 0 1 1 0
D3
0 1 0 0 0
D2
1 0 0 1 0
D1
0 0 1 1 0
0 1 0 0 0
1 0 0 1 0
（ 3） 求 激 励 输 入 方 程 组 。 首 先 要 根 据 状 态 转 换 真 值 表 ， 画 D3、 D2、 D1的 卡 诺 图 ， 然 后 通 过 卡 诺 图 化 简 得 到 激 励 输 入 方 程 。 D3、 D2、 D1的 卡 诺 图 如 下 图所示。
S0— — 为 初 始 状 态 以 及 不 属 于 以 下 定 义 的 状 态 ； S1— — 收 到 首 个 1； S2— — 收 1 后 再 收 1； S3— — 收 11 后 再 收 0； S4— — 收 110 后 再 收 1。
时序逻辑电路的设计与时序分析方法
时序逻辑电路的设计与时序分析方法时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，用于处理按时间顺序发生的事件。
它在各种电子设备中被广泛应用，例如计算机、通信设备等。
本文将介绍时序逻辑电路的设计原理和常用的时序分析方法。
一、时序逻辑电路的设计原理时序逻辑电路是根据输入信号的状态和时钟信号的边沿来确定输出信号的状态。
它的设计原理包括以下几个方面：1. 状态转移：时序逻辑电路的状态是通过状态转移实现的。
状态转移可以使用触发器实现，触发器是一种存储元件，能够存储和改变信号的状态。
常见的触发器有D触发器、JK触发器等。
2. 时钟信号：时序逻辑电路中的时钟信号是控制状态转移的重要信号。
时钟信号通常为周期性的方波信号，它的上升沿或下降沿触发状态转移操作。
3. 同步与异步：时序逻辑电路可以是同步的或异步的。
同步电路通过时钟信号进行状态转移，多个状态转移操作在同一时钟周期内完成。
异步电路不需要时钟信号，根据输入信号的状态直接进行状态转移。
二、时序分析方法时序分析是对时序逻辑电路的功能和性能进行分析的过程，它可以帮助设计人员检查和验证电路的正确性和可靠性。
以下是几种常用的时序分析方法：1. 序时关系图：序时关系图是一种图形表示方法，它直观地显示了输入信号和输出信号之间的时间关系。
通过分析序时关系图，可以确定电路的特性，例如最小延迟时间、最大延迟时间等。
2. 状态表和状态图：状态表是对时序逻辑电路状态转移过程的描述表格，其中包括当前状态、输入信号和下一个状态的对应关系。
状态图是对状态表的图形化表示，用图形的方式展示状态和状态转移之间的关系。
3. 时钟周期分析：时钟周期分析是对时序逻辑电路的时钟频率和时钟周期进行分析，以确保电路能够在规定的时钟周期内完成状态转移操作。
常用的时钟周期分析方法包括最小周期分析和最大频率分析。
4. 时序仿真：时序仿真是通过计算机模拟时序逻辑电路的行为来验证电路的功能和性能。
通过输入不同的信号序列，可以观察和分析电路的输出响应，以判断电路设计是否正确。
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4.3.1 时序电路分析
由状态图得电路的逻辑功能：
电路是一个可控模4计数器 X端是控制端，时钟脉冲作为计 数脉冲输入。
X=1 初态为00时， 实现模4加计数
Xn/Zn
1/0
00
01
1/0
1/0
11
10
1/1
X=0时 保持原态 输出不仅取决于电路本身的状态，而且也与输入变量X有关
电路属于米莱型、可控模4计数器电路
1 001 0 1 0 0 001 1 1 0
1 010 0 1 1 0 010 1 0 1
1 011 1 0 0 0 011 1 0 0
1 100 1 0 1 0 100 0 1 1
1 101 1 1 0 0 101 0 1 0
1 110 1 1 1 0 110 0 0 1
1 111 0 0 0 0 111 0 0 0
J0 K0 1
J1 K1 CQ0n CQ0n
J2 K2 CQ0nQ1n CQ0n Q1n
时序电路例题分析
J 0 K0 1 J1 K1 CQ0n CQ0n J2 K2 CQ0nQ1n CQ0n Q1n
当C=1时：
J 0 K0 1 J1 K1 Q0n J 2 K 2 Q0nQ1n
模8 加法计数
模8 减法计数
（3）分析逻辑功能：
时序电路例题分析
P175 【例4-3】异步时序逻辑电路如图4-28所示。试分析 电路的逻辑功能，画出电路的状态转换图和时序波形图 。触发器和门电路均为CMOS电路。
时序电路例题分析
解：（1）列出电路的驱动方程和时钟方程
J1 Q2n Q3n
J3 K3 1
电路 状X态n/Zn
1/0
00
01
1/1
1/0
转1换1
10
方向 1/0
4.3.1 时序电路分析
现 入 现 态 现控制入 次 态 现输出 Xn Q2n Q1n T2n T1n Q2n+1 Q1n+1 Zn 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 0 00 1 0 0 1 00 01 0 0 0 1 1 0 01 1 0 1 0 0 0 10 1 0 1 0 1 1 01 0 0 1 1 0 1 11 1 0 1 1 1 0 00 0 1
序 电 路
写触发器的状态方程
简单的电路可直接 绘出状态转换图
的
作状态转换表及状态转换图
分 析
作时序波形图
无要求可不画
方
法
得到电路的逻辑功能
时序电路例题分析
P223 4-10 已知时序电路图4-109所示。试分析该电路在 C=1和C=0时电路逻辑功能。
图4-109 习题4-10图
时序电路例题分析
解：（1）由图4-109列出驱动方程和状态方程
K1 1
J2 Q1n
CP1 CP2 CP
K2 Q1n Q3n
CP3 Q2n
（2）列出电路的状态方程
Q1n1 Q2n Q3n Q1n Q2n1 Q1n Q2n Q1n Q3n Q2n
Q3n1 Q3n
时序电路例题分析
（3）列出电路的状态转换表 CP1 CP2 CP CP3 Q2n
C Q3n Q2n Q1n
Q Q Q n1 n1 n1
3
2
1
CP1 CP2 CP3
1 000 2 001 3 010 4 011 5 100 6 101 7 110
111
001 010 011 100 101 110 000
000
↓↓ ↓↓ ↓↓ ↓↓↓ ↓↓ ↓↓ ↓↓↓
↓↓ ↓
Q1n1 Q2n Q3n Q1n Q2n1 Q1n Q2n Q1n Q3n Q2n Q3n1 Q3n
时序电路例题分析
（4）列出电路的状态转换图
+1 X 1n
Q1n
+
T1nQ1n
Q2n
= Xn Q1n
+
X
XnQ1n =
Q1n
Xn⊕Q1n
Q2n+1 = T2n Q2n + T2nQ2n
= T⊕Qn 将T1n、 T2n代=入X则n得Q到1n Q2n + XnQ1nQ2n
两个触发器的状态方程
描述输入与状态 转换关系的表格
Q输态4.1出及3n+.：组11=触合时X发输n序器出Q电的Z1nn次路分析
Q0n1 Q0n
Q1n1 Q0n Q1n Q0nQ1n Q2n1 Q0nQ1n Q2n Q0nQ1nQ2n
当C=0时： J0 K0 1
Q0n1 Q0n
J1 K1 Q0n
J 2 K2 Q0nQ1n
Q1n1 Q0n Q1n Q0nQ1n
Q n1 2
Q0n Q1n Q2n
Q0n Q1nQ2n
3.作出电路的状态T1转n 换= X表n及状态转换Q图2n+1 填表方法： 现T入2nZ=nX现=nX态Qn1Qn 2n现Q控1n 制入
=
XnQ1n Q2n
次态
+
XnQ1nQ2n
现输出
Xn Q2n Q1n 所有组合
Xn Q2n Q1n T2n T1n Q2n+1 Q1n+1 Zn
0T1n = X0 n 0 0 0 0 0
4.3.1 时序电路分析
4.作时序波形图
初始状态Q2nQ1n为00，输入X 的序列为1111100111，
X=1模4 加计数
X=1模4
X=0
加计数
保持原态
1 0101 1 1 0 01 10 0 0 01 00 10 0 0 00
4.3.1 时序电路分析
同
写各触发器的控制函数
步
写电路的输出函数
时
4.3.1 时序电路分析
例：已知某同步时序电路的逻辑图，试分析电路的逻辑功能
解：1.写出各触发器的控制函数和电路的输出函数
控制函数： T1n = Xn T2n = XnQ1n
输出函数: Zn = XnQ2nQ1n
2.写状态方程
T触发器的状态 方程为：
Qn+1 = TQn + TQn
Q1n
= T Q1n
0
求T1nT2nZn
0T2n
0
Z=nX01=nQX101nnQ2nQ00 1n
0 0
0 1
1 0
0 0
由状态方程 0 1 1 0 0 1 1
0
求Q2n+1 Q1n+1
1 1
00 0 1 0 1 01 1 0 1 0
0 0
1 10 1 1 1 1
0
1 11 0 0 0 0
1
转换 条件 由状态表绘出状态图
Q0n Q1n Q2n
Q0nQ2n
Q1nQ2n
时序电路例题分析
（2）根据状态方程列状态转换表如下
表2 图4-109的状态转换表
C C Q Q Q Q Q Q n n n 21 0
n1 n1 n1
2
10
Q Q Q Q Q Q n n n 21 0
n1 n1 n12来自101 000 0 0 1 0 000 1 1 1