时序电路基础知识
《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.
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… … 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。
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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4章 时序逻辑电路设计
1模型
时序电路按其状态的改变方式不同，可分为同 步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两种，在 图4.5中，当CLK1与CLK2为相同信号时，该 电路为同步电路；当CLK1与CLK2为不同信号 时，该电路为异步电路。
output q;
reg
q;
always@(posedge clk or posedge rst)
begin
if(rst==1’b1)
q<=1’b0;
else if(en==1’b1)
q<=data;
else ;
end
endmodule
带同步复位、上升沿触发的触发器
module dff_synrst(data,rst,clk,q); input data,rst,clk; output q; reg q; always@(posedge clk) begin if(rst==1’b1) q<=1’b0; else q<=data; end
本设计要求用仿真和测试两种手段来验证 计数器的功能。实验时，可以通过修改十进 制计数器的设计得到六进制、100进制计数器。
三、设计要求
(1) 完成各模块的Verilog HDL设计编码； (2) 进行功能仿真； (3) 下载并验证计数器功能； (4) 如果60进制计数器要求用6进制和10进制
计数器搭建电路，请画出设计连接图，并 完成设计编码和验证。
else q<=data; end endmodule
带异步复位和置位、上升沿触发的触发器
module dff_asynrst(data,rst,set,clk,q);
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
时序逻辑电路计数器基础介绍
格雷码计数器：使用格雷码进行计数，避免计数过程中的错误
奇偶校验计数器：在计数过程中进行奇偶校验，提高计数的准确性
计数器的应用
01
电子设备：如计算机、手机等设备的计数功能
03
交通控制：如交通信号灯、停车场等设备的计数和控制功能
02
工业控制：如生产线、机器人等设备的计数和控制功能
04
科学实验：如科学研究、实验设备等设备的计数和控制功能
2
功能特点：定时、计数、显示
3
应用效果：提高交通效率，减少交通事故
4
生产线计数
可以帮助生产线管理人员及时发现生产过程中的问题
生产线计数器用于记录生产线上的产品数量
可以实时监控生产线的生产进度和效率
可以为生产计划和生产调度提供数据支持
设计方法：使用硬件描述语言（HDL）进行描述和设计
设计验证：使用仿真工具进行仿真和验证，确保计数器功能正确
04
计数器设计注意事项
确定计数器的类型和功能
考虑计数器的功耗和面积，优化设计
设计计数器的测试方法和验证方法
确定计数器的工作频率和时钟信号
设计计数器的结构，包括触发器、计数器、输出等
设计计数器的输入和输出逻辑，包括复位、置位、计数等
时序逻辑电路广泛应用于各种电子设备，如计算机、通信设备、控制系统等。
时序逻辑电路的分类
同步时序逻辑电路：由统一的时钟信号控制，所有触发器在同一时刻发生变化
异步时序逻辑电路：没有统一的时钟信号，触发器根据各自的输入信号发生变化
组合逻辑电路：没有记忆功能，输出仅取决于当前输入
顺序逻辑电路：具有记忆功能，输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的输入和状态
演讲人
01.
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。
【电工基础知识】时序逻辑电路
【电⼯基础知识】时序逻辑电路时序逻辑电路定义时序逻辑电路主要由触发器构成。
在理论中，时序逻辑电路是指电路任何时刻的稳态输出不仅取决于当前的输⼊，还与前⼀时刻输⼊形成的状态有关。
这跟相反，组合逻辑的输出只会跟⽬前的输⼊成⼀种函数关系。
换句话说，时序逻辑拥有储存器件（）来存储信息，⽽组合逻辑则没有。
从时序逻辑电路中，可以建出两种形式的：：输出只跟内部的状态有关。
（因为内部的状态只会在时脉触发边缘的时候改变，输出的值只会在时脉边缘有改变）：输出不只跟⽬前内部状态有关，也跟现在的输⼊有关系。
时序逻辑因此被⽤来建构某些形式的的，延迟跟储存单元，以及有限状态⾃动机。
⼤部分现实的电脑电路都是混⽤组合逻辑跟时序逻辑。
按“功能、⽤途”分为：1. 寄存器；2. 计数（分频）器；3. 顺序（序列）脉冲发⽣器；4. 顺序脉冲检测器；5. 码组变换器；寄存器定义寄存器：能够暂时存放数码、指令、运算结果的数字逻辑部件，称为寄存器。
寄存器的功能是存储，它是由具有存储功能的组合起来构成的。
⼀个触发器可以存储1位⼆进制代码，故存放n位⼆进制代码的寄存器，需⽤n个触发器来构成。
[1]按照功能的不同，可将寄存器分为基本寄存器和两⼤类。
基本寄存器只能并⾏送⼊数据，也只能并⾏输出。
移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作⽤下依次逐位右移或左移，数据既可以并⾏输⼊、并⾏输出，也可以串⾏输⼊、串⾏输出，还可以并⾏输⼊、串⾏输出，或串⾏输⼊、并⾏输出，⼗分灵活，⽤途也很⼴。
[1]知识点概述：1、寄存器，就是能够记忆或存储0和1数码的基本部件。
通常都是由各种触发器和门电路来构成的。
2、寄存器分为仅能存储0和1数码的数码寄存器，和既能存储数码同时也能实现数码的左移或右移的寄位移寄存器。
3、在实际中，通常使⽤集成寄存器。
本节讲解了寄存器的电路构成、⼯作原理、对74LS194双向移位寄存器的使⽤进⾏了介绍。
4、有点寄存器具有左移右移的功能寄存器电路如下：（1）由四个D触发器构成，因为每⼀个D触发器可以存放1位⼆进制信息，所以上述电路的寄存器可存放⼀个4位⼆进制数码，⼀般也把这种寄存器称为数码寄存器。
第六章 时序电路
二、时序逻辑电路的分类：
按 动 作 特 点 可 分 为
同步时序逻辑电路
所有触发器状态的变化都是在 同一时钟信号操作下同时发生。
异步时序逻辑电路
触发器状态的变化不是同时发生。
按 输 出 特 点 可 分 为
米利型时序逻辑电路(Mealy)
输出不仅取决于存储电路的状态，而且还 决定于电路当前的输入。
Q2 Q1 Q0
/Y
/0 /0 000→001→011 /1↑ ↓/0
CP Q0 010 Q1 Q2 Y
/0 101 /1 (b) 无效循环
100←110←111 /0 /0 (a) 有效循环
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数
字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个
状态是按递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法 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
Q=0时
LED亮
RD Q0 Q1 D1 Q2 D2 D3 Q3 S1
DIR D0 D1D2D3S0 DIL CLK +5V
74LS194
DIR D0
S0 DIL CLK +5V
清0按键 1秒
S1=0,S0=1
CLK 右移控制
本节小结：
寄存器是用来存放二进制数据或代
码的电路，是一种基本时序电路。任何
画状态转换图
Q3Q2Q1 /Y
000
/1 /1 111
/0
001
/0
010
/0
011 /0
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–并行计数器：同步计数器，可克服串行计数器所固有的缺陷，提高计数速度
•可控计数器：将 J、K 端连接至一控制信号 –环形计数器：环行置位器，节拍发生器
•特点：可保证唯一的“1”在各位环行出现 •作用：产生机器节拍，发出顺序控制信号
–程序计数器 PC： •对程序指令计数，可表征指令的执行情况和当前位置
–RS 触发器：是其它触发器的基础 •R 表示 Reset，S 表示 Set •时钟同步：将 R、S 与时钟相与，使置位或复位在器件
•特点：当一个时钟信号到来时，D 端输入将会翻转到 Q 端输出上 •时钟边缘同步：将时钟信号利用 RC 微分电路变换成尖峰信号，实现精确同步
4
•累加器 –一种特殊的移位寄存器 –并非用于加法，而是作为 ALU 的主要操作数来源及结果存放处
思考题 1. 为什么要使用 I/O 接口电路？ 2. 在 I/O 接口电路中，缓冲器与锁存器分别起什么作用？ 3. 举例说明译码器在微机中的应用。
5
重点难点 1. D 触发器的原理及应用 2. 缓冲器与锁存器的区别、联系及应用 3. 计数器的概念 4. 环形计数器的作用
讲授内容
3. 基本时序逻辑电路 • 时序逻辑电路与组合逻辑电路的区别 •组合电路： –输出只与输入有关 •时序电路： –输出不仅与当时的输入有关，还与过去的历史有关，与过去的时间有关 –利用这一点，可以产生具有记忆能力的电路 • 触发器：Trigger，微机的记忆细胞 –2 个互为反相的输出端 –稳态：当输入不发生变化时，2 个输出保持稳定不变，可储存 1 个二进制位 –翻转：当输入满足一定变化条件时，输出将发生由 0 到 1 或由 1 到 0 的变化
–JK 触发器：是构成计数器的理想器件 •根据 2 个输入的不同组合，JK 触发器可呈现出 4 种不同的工作状态 •反转：利用该状态实现计数器
• 寄存器：多个触发器构成 –工作原理：
2
–缓冲器与锁存器：区别在于 CLK 的信号形式上 •缓冲器：连续 CLK 信号。只要输入有变化，就会马上反映到输出上 •锁存器：可控的高电平信号。当需要寄存输入时，产生一个有效的锁存信号；而当该信号 保持无效时，无论输入怎么变化，输出都不会发生变化
第一章 基础知识
内容提要 3. 基本时序逻辑电路 触发器： RS 触发器、D 触发器、JK 触发器 时钟同步：电平触发、边沿触发 寄存器： 缓冲器与锁存器 移位寄存器 计数器： 行波与同步计数器 环行计数器 程序计数器 累加器：ALU
目的要求 1. 掌握触发器、寄存器在微机中的应用意义 2. 掌握环形计数器对微机工作的意义
•典型应用： –输入端口：可使用缓冲器 –输出端口：必须使用锁存器
•装入控制门电路：L 门
–移位寄存器： •用以实现快速乘、除法或其它逻辑功能 •注意与缓冲器、锁存器的区别 •左移寄存器和右移寄存器
•计数器：一种特殊寄存器，能将自身贮存的数加 1 或者减 1 –串行计数器：行波计数器，由 JK 触发器构成