时序逻辑电路高效应用
时序逻辑电路cp脉冲信参与输出
时序逻辑电路cp脉冲信参与输出时序逻辑电路是一种特殊类型的数字电路，其输出状态不仅取决于当前输入信号，还取决于输入信号的先前状态。
时序逻辑电路能够用于实现计数器、寄存器、状态机等电路，广泛应用于数字逻辑系统中。
在时序逻辑电路中，时钟信号是非常重要的一个输入信号。
时钟信号通常以周期性的脉冲信号形式存在，它会定时触发电路中的各个逻辑门或触发器。
当时钟信号上升沿或下降沿到来时，电路中的计算、存储或状态转换等操作会被触发。
因此，时钟信号的频率和相位是时序逻辑电路设计中需要考虑的重要因素之一。
时序逻辑电路中的脉冲信号也是一种重要的参与输出的信号。
脉冲信号使时序逻辑电路能够在特定的时钟脉冲到来时，对输入信号进行处理并生成输出信号。
举例来说，假设我们设计了一个简单的4位二进制计数器。
计数器需要从0开始依次计数到15，然后再回到0重新计数。
在这个计数器电路中，时钟信号驱动计数器进行计数操作，而脉冲信号则用于检测计数值是否达到15，如果达到15，则产生一个输出脉冲信号来表示计数器已经溢出。
具体实现时，我们可以使用触发器来存储当前计数值。
在每个时钟脉冲到来时，计数器会根据当前计数值进行加1操作，并将加1后的结果存储回触发器中。
当计数值为15时，则产生一个脉冲信号来表示溢出。
在这个例子中，脉冲信号直接参与计数器的输出，用于表示计数器是否溢出。
这种设计方式非常常见，在许多应用中都能见到。
脉冲信号作为一种简洁、高效的输出形式，通常用于表示某些特定事件的发生或状态的改变。
除了计数器，时序逻辑电路中的脉冲信号还可以用于实现状态机。
状态机是一种能够根据输入信号的不同而切换不同状态的电路。
在状态机中，脉冲信号通常用于触发状态的转换。
当输入信号满足某些条件时，状态机会生成一个脉冲信号，该脉冲信号用于切换到下一个状态或执行某个特定的操作。
总的来说，时序逻辑电路中的脉冲信号是一种重要的参与输出的信号。
脉冲信号能够在特定的时钟脉冲到来时，实现一些特定的操作，如计数、状态转换等。
时序逻辑电路应用举例
时序逻辑电路应用举例1 时序逻辑电路应用举例1
设计串行比较器。串行比较器对两个位数 设计串行比较器。 相同的二进制数A 进行比较，如果A>B， 相同的二进制数A，B进行比较，如果A>B， 则输出Z1Z0=10，A<B则输出 则输出Z1Z0=01， 则输出Z1Z0=10，A<B则输出Z1Z0=01， A=B则输出 A=B则输出Z1Z0=00。 则输出Z1Z0=00。
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例1 时序逻辑电路应用举例1
分析：根据题意， 分析：根据题意，电路的输入为两个位数相同的数 输出为Z1Z0，状态A>B用S1，A<B用S2， 据A，B；输出为Z1Z0，状态A>B用S1，A<B用S2， A=B用S0表示 画出状态转换图如下： A=B用S0表示。画出状态转换图如下： 表示。
AB=11 × × × ×
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例4 时序逻辑电路应用举例4
设计售4分的邮票机。 设计售4分的邮票机。自动售邮票机能 出售一张4分邮票，并向顾客退回余款， 出售一张4分邮票，并向顾客退回余款，它 的投币口每次只能接受一个1 的投币口每次只能接受一个1分、2分、5分 的硬币。 的硬币。
00/00 11/10 S5 10/00 01,10/01 00,01, 10/00 S0 01,11/00 10/00 10,11/01 S4 00/00 01/00 S3 00/00 10,11/00 01/00 S2 00/00 X1X2/F1F2 00/00 11/00 S1
01,11/01
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例3 时序逻辑电路应用举例3
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
FPGA在时序逻辑电路设计中的应用
数字逻辑电路。它是一种标准化 、通用的数 字电路器
件 ， 集 门 电 路 、触 发 器 、 多路 选 择 开 关 、三 态 门等 器
件和 电路连线于一身。Ｐ Ｄ Ｌ 在制造工艺上，采用Ｔ Ｌ Ｔ、
Ｃ ０ 、Ｅ Ｌ Ｍ Ｓ Ｃ 、静 态 Ｒ Ｍ 技 术 ， 器 件 类 型 有 Ｐ ０ 、 Ａ等 Ｒ Ｍ Ｐ Ａ Ａ 、Ｇ Ｌ Ｐ Ｄ Ｐ Ｄ Ｐ Ａ 多种 。作 为 一 Ｌ 、Ｐ Ｌ Ａ 、Ｅ Ｌ 、Ｃ Ｌ 、Ｆ Ｇ 等 种 理 想 的设 计 工 具 ，Ｐ Ｏ 有 通 用 标 准 器 件 和 半 定 制 Ｌ具 电路 的 许 多优 点 ，给 数 字 系 统 设 计 者 带 来 很 多方 便 。 特 别 在 时序 逻 辑 电路 中 获 得 了成 功 应 用 ， 面 以交 通 下 信 号灯 控 制 系统 设 计 为例 介 绍 具体 的应用 过 程 。
行调试，最 后完成整个系统 的硬件设计 。这种 自下而
Hale Waihona Puke 而大大缩短系统设计周期，降低费用 。
收 稿 日期 ： ２０ — ９ １ ０９０—７
（） ３ 降低 了硬 件 电路 设计 难 度
作者简介 ：许艳，硕士 ，讲 师 。汪木兰 ，硕士，教授 。朱
昊 ，硕 士 ， 讲 师 。饶 华 球 ，硕 士 ，教 授 。 牛 文 系 江 苏 省 教 育 科 学 “ 一 五 ”规 划 重 点 资 助 课 题 本 十 （— ／ ０ ８ ｏ ／ ０ ） 宿 迁 学 院 科研 重 点基 资 助项 目 Ｂ ａ ２０ ／ １０８ ：
描述语言Ｖ ｒ ｌ ｇ Ｈ Ｌ ｅ ｉｏ Ｄ 作为输入 ，给 出了核心部分的主要程序代码 。最后进行 了时序波形的仿真，并对 相关波形 中出现的毛
刺 现 象 进 行 了 相 应分 析 。
时序逻辑电路的特点
时序逻辑电路的特点1.时序性：时序逻辑电路在工作中依赖于时间序列，根据输入信号的变化以及内部的时钟信号来确定输出信号的变化。
这种时序性使得时序逻辑电路能够实现存储和处理连续流的数据。
2.存储能力：时序逻辑电路能够存储一定量的输入数据，并根据时钟信号进行同步更新。
这使得时序逻辑电路可以实现各种存储功能，如寄存器、计数器和存储器等。
3.时钟信号的重要性：时序逻辑电路的工作主要依赖于时钟信号，时钟信号的变化决定了电路中各个存储单元的读写操作和状态转换。
时钟信号的频率和占空比等特性将直接影响时序逻辑电路的稳定性和性能。
4.状态的存储和转换：时序逻辑电路中的存储单元通常由触发器组成，可以存储不同的状态值。
这些状态值根据输入信号和时钟信号的变化而相互转换，从而实现电路的功能。
5.反馈和自激振荡：时序逻辑电路中的一些电路结构能够实现反馈机制，即输出信号可以作为输入信号的一部分，经过多次循环反馈来实现一些特定的功能，如自激振荡和时钟信号生成等。
6.高度集成：随着半导体制造技术的发展，时序逻辑电路可以以微米或纳米级别的尺寸实现高度集成，以满足不同应用场景对电路规模和工作速度的要求。
7.异步和同步：时序逻辑电路可以分为异步和同步两种类型。
异步电路是根据输入信号的变化来更新输出信号，不依赖时钟信号；而同步电路则需要时钟信号的触发来进行同步更新，具有更高的稳定性和可靠性。
8.时序分析的复杂性：由于时序逻辑电路中各个存储单元的状态转换以及时钟信号的传播延迟等因素，时序分析变得更加复杂。
在设计和测试时序逻辑电路时，需要考虑信号的时序关系、时钟边沿的触发时机等问题，以确保电路的正确性和性能。
9.应用广泛：时序逻辑电路是数字电路中的核心部分，广泛应用于计算机、通信、控制系统、嵌入式系统等各个领域。
同时，时序逻辑电路也是现代大规模集成电路的基础，影响着数字电路技术的发展。
总结来说，时序逻辑电路具有时序性、存储能力、时钟信号的重要性、状态的存储和转换、反馈和自激振荡、高度集成、异步和同步、时序分析的复杂性以及广泛的应用等特点。
MSI时序逻辑电路及其应用电路设计
1
1
1
0 保持
QD是最高位，QA是最低位。
CO是加计数进位输出端;
BO是减计数借位输出端。
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9
74LS192 引脚图
74LS192时序图
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10
30s计时器的设计
Q7 Q6 Q5 Q4
Q3 Q2 Q1 Q0
76 2 3
76 2 3
13 BO
Q3 Q2 Q1 Q0 4 CPD
7 CTP
D3 D2 D1 D0
2 6 543
＋5V
84
10Hz 3
７
＋5V 5.1k
555 6 2
4.7k
5
1
0.1F
10F
8
30s计时器的设计
74LS192 是双时钟加/减十进制 同步计数器，其功能表为：
UP DOWN LOAD CLR 操 作
X
X
X
1 清零
X
X
1
1
0
0 置数
1
0 加计数
1
0 减计数
➢ 可由555定时器或石英晶体振荡器构成
30s计时器的设计
➢ 由各种有递减计数功能的IC芯片构成 ➢ 由CPLD构成
译码显示器的设计 控制电路的设计（难点）
➢ 根据设计要求，用试凑法设计
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7
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秒脉冲发生器的设计
1 Hz
1
15
10 ＋5V
CO
CTT
CC40161
9 LD
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16
篮球竞赛 24s 定时器设计
参考框图
振分 荡频 器器
时序逻辑电路
时序逻辑电路时序逻辑电路是一种在电子数字电路领域中应用广泛的重要概念，它主要用于解决电路中的时序问题，如时钟同步问题、时序逻辑分析等。
本文将详细介绍时序逻辑电路的基础概念、工作原理以及应用。
一、时序逻辑电路的基础概念1、时序逻辑和组合逻辑的区别组合逻辑电路是一类基于组合逻辑门的电路，其输出仅取决于输入信号的当前状态，不受先前的输入状态所影响。
而时序逻辑电路的输出则受到先前输入信号状态的影响。
2、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路通常由时钟、触发器、寄存器等组成。
时钟信号被用于同步电路中的各个部分，触发器将输入信号存储在内部状态中，并在时钟信号的作用下用来更新输出状态。
寄存器则是一种特殊类型的触发器，它能够存储多个位的数据。
3、时序逻辑电路的分类根据时序逻辑电路的时序模型，可将其分为同步和异步电路。
同步电路按照时钟信号的周期性工作，这意味着电路通过提供时钟信号来同步所有操作，而操作仅在时钟上升沿或下降沿时才能发生。
异步电路不同，它不依赖时钟信号或时钟信号的上升和下降沿，所以在一次操作完成之前，下一次操作可能已经开始了。
二、时序逻辑电路的工作原理时序逻辑电路的主要工作原理基于触发器的行为和时钟电路的同步机制。
在时序逻辑电路中使用了一些触发器来存储电路状态，待时钟信号到达时更新输出。
时钟信号提供了同步的机制，确保电路中所有部分在时钟信号到达时同时工作。
触发器的基本工作原理是将输入信号存储到内部状态中，并在时钟信号的作用下，用来更新输出状态。
时钟信号的边沿触发触发器，即在上升沿或下降沿时触发触发器状态的更新。
这意味着在更新之前，电路的状态保持不变。
三、时序逻辑电路的应用1、时序电路在计算机系统中的应用时序逻辑电路在计算机系统中有着广泛的应用。
例如，计算机中的时钟信号可用来同步处理器、主存储器和其他外设间的工作。
此外，电路中的寄存器和触发器也被用于存储和更新信息，这些信息可以是计算机程序中的指令、运算结果或其他数据。
有限状态机和时序逻辑电路
有限状态机和时序逻辑电路有限状态机和时序逻辑电路都是数字电路的重要部分，它们在数字系统中起着非常重要的作用。
这两者之间的关系是非常密切的，因为它们都是用于处理时序信号的。
虽然它们之间有很多相似之处，但是它们的实现目的、设计方法和应用场景却有很大的不同。
先来了解一下有限状态机。
有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）是一种表示有限状态集的数学模型，它由一组状态、一组输入和一组输出构成。
有限状态机可以用来描述对象的行为，当输入变化时，状态机可以根据当前状态和输入的变化，自动地转移到一个新状态，并输出相应的结果。
FSM 的实现通常基于逻辑门电路或者触发器电路，设计中需要描述状态转移的规则和输出的逻辑关系。
因此，FSM 是一种用于控制系统的常见技术，例如自动机、解码器、数据整理器等等。
FSM 的设计和实现需要考虑状态转移的稳定性、时序性、输出控制和误差容忍度等因素。
时序逻辑电路则是一种数字电路，主要用于处理时序信号，它的输出状态是由输入信号和内部状态决定的，通常它包含了时钟信号以及各种逻辑门、触发器等方便组合的逻辑元件。
时序逻辑电路的设计和实现需要考虑时序稳定性、时钟速度、电源电压等因素。
时序逻辑电路具有小功耗、高速度、高性能等特点，因此它被广泛应用于高速通信领域、计算机内部控制电路和现代数字电子设备等领域。
在实际应用中，常常需要将有限状态机和时序逻辑电路结合起来使用，以满足控制和逻辑处理的需要。
例如，在计算机的中央处理器中，就采用了多级的逻辑电路和有限状态机实现了非常复杂的指令解释和控制功能。
总之，有限状态机和时序逻辑电路都是非常重要的数字电路部件，它们在我们的现代化社会中扮演着至关重要的角色。
无论是在通信、计算机还是其他应用领域中，它们都是支撑数字电路设计的重要基础。
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右移控制 0 1 0 1
操作 把寄存器清0
右移 左移 不允许
时序逻辑电路高效应用
2. 移位寄存器的应用
例1 利用移位寄存器进行代码在两个寄存器间的串行相互 传送。 (A) (B)——如图10.7； (A) (B)，且要求A的内容不变——图10.8。
例2 移位寄存器在数据通信中的应用：
移位寄存器A
“串入-并出”以及“串入-串出”的寄存器。
时序逻辑电路高效应用
10.1.2 移位寄存器
▪ 具有使代码或数据移位功能的寄存器称为移位寄存器。它
是计算机和数字电子装置中常用的逻辑部件。
1. 移位寄存器的构成
▪ 串入-串出的右移寄存器：
INPUT
D SET Q Q CLR
CLOCK
D SET Q Q
CLR
从基本功能上来分类，分为“没有移位功能的代码 寄存器”和 “具有移位功能的移位寄存器”。
时序逻辑电路高效应用
10.1.1 代码寄存器
主要用来接收、寄存和传送数据或代码 一个由D触发器构成的4位代码寄存器如下图所示：
OUT4
OUT3
OUT2
OUT1
D SET Q Q
CLR
D SET Q Q
CLR
时序逻辑电路高效应用
异步清零方式
下图所示的代码寄存器，其清0操作是通过触发器的复位 端CLR来实现的，称为异步(Asynchronous)清0方式。
在这种方式下，清零方式独立于时钟CLOCK。它与上图 所示的清0方式不同，那里是靠时钟脉冲本身将D端的“0” 打入触发器的。
IN4 D SET Q IN3 D SET Q IN2 D SET Q IN1 D SET Q
第10章 时序逻辑电路的应用
时序逻辑电路高效应用
本章主要内容
(1) 寄存器 (2) 串行加法器 (3) 计数器
时序逻辑电路高效应用
10.1寄存器
寄存器是数字系统和计算机中用来存放数据或代 码的一种基本逻辑部件，它由多位触发器连接而 成。
从具体用途来分，它有多种类型，如运算器中的 数据寄存器、存储器中的地址寄存器、控制器中 的指令寄存器、I/O接口电路中的命令寄存器、状 态寄存器等等。
移位寄存器B
并行数字系统A
并行数字系统B
时序逻辑电路高效应用
例3 利用移位寄存器实现码序列检测器
Z1
Z
X 串行输入
1
1
0
1
CLOCK
时序逻辑电路高效应用
时间选通
3. 累加寄存器
▪ 二进制数a和b分别存放在寄存器RA和RB之中，通常表示为
(RA)=a, (RB)=b. 实现a和b相加，并把和数存放在RA之中， 可表示为：RA(RA) +(RB).
串行加法器需要n个CP脉冲才能完成，而并行加法器只需 一个CP脉冲即可完成。
时序逻辑电路高效应用
10.3 计数器
1. 二进制异步计数器： 工作特性：各级触发器的翻转不是同时的，每位触发器的
翻转要依赖于前一位触发器从1到0的翻转。
时序逻辑电路高效应用
二进制异步计数器
工作波形：逐级波形的二分频
计数脉冲 ~Q1 ~Q2 ~Q3
D SET Q Q
CLR
时序逻辑电路高效应用
D SET Q OUTPUT
Q
CLR
D SET Q Q
CLR
SET D Q CLR Q
SET D Q CLR Q
D SET Q CLR Q
并入-串出的右移寄存器
移位控制 并行输入控制
A
+
+
B
C
时序逻辑电路高效应用
串行输出
CLOCK
+
D
串入-并出的移位寄存器
前面讨论的加法器称为并行加法器。相加的二进制数有多 少位就相应需要多少位全加器电路，各位的加法操作是并 行进行的。
在实际使用中，对于速度要求不高的场合，还可采用串行 加法器。
时序逻辑电路高效应用
串行加法器
时序逻辑电路高效应用
典型的时序电路框图
比较： 串行加法器结构比并行加法器简单，所用设备较省。 串行加法器速度比并行加法器慢，实现n位二进制数相加，
D SET Q Q
CLR
D SET Q Q
CLR
IN4
IN3
IN2
IN1
CLOCK
由图可见，4位输入数据同时进入寄存器，寄存器的四个输出端是同时有效的， 这样的寄存器称为“并行输入并行输出”(Parallel-Input Parallel-Output)寄存器。 代码寄存器常常需要接收控制和清零功能，如下图所示：
Q
CLR
Q
CLR
Q
CLR
Q
CLR
CLOCK
时序逻辑电路高效应用
CLEAR
由JK触发器组成的4位代码寄存器
OUT4
OUT1
SET
JQ KQ
CLR SET
JQ KQ
CLR
CLOCK
LOAD CLEAR
IN4
IN1
时序逻辑电路高效应用
以上几种代码寄存器全为“并入-并出”寄存器。 在介绍了移位寄存器后，还会看到“并入-串出”、
时序逻辑电路高效应用
二进制异步计数器的状态转换表
计数脉冲序号 Q3 Q2 Q1
0
0
00
1
0
01
2
0
10
3
0
11
4
1
00
5
1
01
6
1
10
7பைடு நூலகம்
1
11
Q3(n+1) Q2(n+1) Q1(n+1)
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
时序逻辑电路高效应用
2. 二进制同步计数器
特点：计数脉冲同时作用到各位触发器的CP端，当计数 脉冲到来后，该翻转的触发器都同时翻转。同步计数器也 称并行计数器。
▪ 寄存器RA称为累加寄存器，简称累加器。 ▪ 它是计算机算术逻辑部件的基本组成部件。 ▪ 注意，它既是存放操作数的寄存器，又是存放操作结果的寄
存器。
时序逻辑电路高效应用
累加寄存器
RAi
CLOCK Ci
RRBi B i
Si
FA
bi ai
Q
时序逻辑电路高效应用
SET
DQ Q
CLR
C i-1
10.2 串行加法器
时序逻辑电路高效应用
同步清零方式
D
SET
Q
OUT4
CLR
Q
D
SET
Q
OUT3
CLR
Q
SET
D
Q
OUT2
CLR
Q
SET
D
Q
OUT1
CLR
Q
CLOCK LOAD
CLEAR
IN4
IN3
IN2
IN1
当LOAD=1(CLEAR=0)时，时钟脉冲到来，数据进入寄 存器。
当CLEAR=1时，时钟脉冲到来，将整个寄存器清0；当 CLEAR=0时，寄存器可以进行正常的数据输入操作。
并行输出
移位脉冲 移位控制
n位移位寄存器
串行输入
时序逻辑电路高效应用
▪ 双向移位寄存器
D SET Q Q
CLR
D SET Q Q
CLR
D SET Q Q
CLR
D SET Q Q
CLR
+
右移输入 右移控制 左移控制
+
+
时序逻辑电路高效应用
CLOCK
+
左移输入
双向移位寄存器的控制与操作：
左移控制 0 0 1 1