时序逻辑电路的组成及分析方法案例说明
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
时序逻辑电路典型例题分析
第六章时序逻辑电路典型例题分析第一部分：例题剖析触发器分析例1在教材图6.1所示的基本RS触发器电路中，若⎺R、⎺S 的波形如图P6.1（a）和（b），试分别画出对应的Q和⎺Q端的波形。
解：基本RS触发器，当⎺R、⎺S同时为0时，输出端Q、⎺Q均为1，当⎺R=0、⎺S=1时，输出端Q为0、⎺Q为1，当⎺R=⎺S=1时，输出保持原态不变，当⎺R=1、⎺S=0时，输出端Q为1、⎺Q为0，根据给定的输入波形，输出端对应波形分别见答图P6.1（a）和（b）。
需要注意的是，图（a）中，当⎺R、⎺S同时由0（见图中t1）变为1时，输出端的状态分析时不好确定（见图中t2），图中用虚线表示。
例2 在教材图6.2.3（a）所示的门控RS触发器电路中，若输入S 、R和E的波形如图P6.2（a）和（b），试分别画出对应的输出Q和⎺Q端的波形。
解：门控RS触发器，当E=1时，实现基本RS触发器功能，即：R=0（⎺R=1）、S=1（⎺S=0），输出端Q为1、⎺Q为0；R=1（⎺R=0）、S=0（⎺S=1）输出端Q为0、⎺Q为1；当E=0时，输出保持原态不变。
输出端波形见答图P6.2。
例3在教材图6.2.5所示的D锁存器电路中，若输入D、E的波形如图P6.3（a）和（b）所示，试分别对应地画出输出Q和Q端的波形。
解：D锁存器，当E=1时，实现D锁存器功能，即：Q n+1=D，当E=0时，输出保持原态不变。
输出端波形见答图P6.3。
例4在图P6.4（a）所示的四个边沿触发器中，若已知CP、A、B的波形如图（b）所示，试对应画出其输出Q端的波形。
设触发器的初始状态均为0。
解：图中各电路为具有异步控制信号的边沿触发器。
图（a）为边沿D触发器，CP上升沿触发，Q1n+1= A，异步控制端S D接信号C（R D=0），当C=1时，触发器被异步置位，输出Q n+1=1 ；图（b）为边沿JK触发器，CP上升沿触发，Q2n+1= A⎺Q2n +⎺BQ2n，异步控制端⎺R D接信号C（⎺S D =1），当C=0时，触发器被异步复位，输出Q n+1=0；图（c）为边沿D触发器，CP下降沿触发，Q3n+1= A，异步控制端⎺S D接信号C（⎺R D =1），当C=0时，触发器被异步置位，输出Q n+1=1；图（d）为边沿JK触发器，CP下降沿触发，Q4n+1= A⎺Q4n +⎺BQ4n，异步控制端R D接信号C（S D =0），当C=1时，触发器被异步复位，输出Q n+1=0。
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
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第5章
时序逻辑电路
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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。
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第5章
时序逻辑电路
图5.3 例5-1的状态图
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第5章
时序逻辑电路
图5.4 例5-1的时序图
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第5章
第六章 时序逻辑电路
Y Q* 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1
0 0 1 0 0
图6.2.2
6.2.时序逻辑电路的分析方法
三、时序图： 在时钟脉冲 序列的作用下， 电路的状态、输 出状态随时间变 化的波形叫做时 序图。由状态转 换表或状态转换 图可得图6.2.3所 示 图6.2.3
6.2.时序逻辑电路的分析方法
K1 1
6.2.时序逻辑电路的分析方法
（2) 状态方程：
JK触发器的特性方程
Q J Q K Q
*
将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得出电 路的状态方程，即
K1 1 J 1 ( Q 2 Q 3 ) , K 2 ( Q 1Q 3 ) J 2 Q1 , J QQ , K 3 Q2 1 2 3
设初态Q3Q2Q1=000，由状态方程可得：
CLK Q3 Q2 Q1 Q *3 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 1 0 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0
Q *2 Q *1 Y 0 1 0
Q 1 * ( Q 2 Q 3 ) Q 1 Q 2 * Q 1 Q 2 Q 1Q 3 Q 2 Q * Q Q Q Q Q 1 2 3 2 3 3
1 1 0 0 1 0 0
0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 1 1
由状态转换表可知，为七进制加法计数器，Y为进位 脉冲的输出端。
6.2.时序逻辑电路的分析方法
二、状态转换图： 将状态转换表以图形的方式 直观表示出来，即为状态转换图 由状态转换表可得状态转换图 如图6.2.2所示
CLK Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1
时序逻辑电路的分析方法
序逻辑电路则把 CP 信号作为一个变量来处理。 3.用已有的数器。当 M 》N 时，用 1 片 M 进制计数器采取反馈清零法或反馈置数法跳过 M-N 个 状态，而得到 N 进制计数器。当 M 《N 时，用多片 M 进制计数器组合起 来，构成 N 进制计数器，各级之间的连接方式可分为并行进位、串行进位、 整体反馈清零和整体反馈置数等几种方式。
时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路基本分析步骤： 1、写方程式 （1）输出方程。时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态的 函数。 （2）驱动方程。各触发器输入端的逻辑表达式。 （3）状态方程。将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，便得到 该触发器的次态方程。时序逻辑电路的状态方程由各触发器次态的逻辑表达 式组成。 2、列状态转换真值表 将外输入信号和现态作为输入，次态和输出作为输出，列出状态转换 真值表。
3、逻辑功能的说明 根据状态转换真值表来说明电路的逻辑功能。 4、画状态转换图和时序图 状态转换图：电路由现态转换到次态的示意图。 时序图：在时钟脉冲 CP 作用下，各触发器状态变化的波形图。 时序逻辑电路的设计： 1.时序电路的设计是根据要求实现其逻辑功能，先作出原始状态图或 原始状态表，然后进行状态化简（状态合并）和状态编码（状态分配），再求 出所选触发器的驱动方程、时序电路的状态方程和输出方程，最后画出设计 好的逻辑电路图。 2.在设计同步时序逻辑电路时，把 CP 信号作逻辑 1 处理，对异步时
同步时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析：根据给定的电路，写出它的方程、列出状态转换真值表、画出状态转换图和时序图，而后得出它的功能。
同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的主要特点：在同步时序逻辑电路中，由于所有触发器都由同一个时钟脉冲信号CP来触发，它只控制触发器的翻转时刻，而对触发器翻转到何种状态并无影响，所以，在分析同步时序逻辑电路时，可以不考虑时钟条件。
1、基本分析步骤1）写方程式：输出方程：时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态和输入信号的函数。
驱动方程：各触发器输入端的逻辑表达式。
状态方程：将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，便得到该触发器的状态方程。
2）列状态转换真值表：将电路现态的各种取值代入状态方程和输出方程中进行计算，求出相应的次态和输出，从而列出状态转换真值表。
如现态的起始值已给定时，则从给定值开始计算。
如没有给定时，则可设定一个现态起始值依次进行计算。
3）逻辑功能的说明：根据状态转换真值表来说明电路的逻辑功能。
4）画状态转换图和时序图：状态转换图：是指电路由现态转换到次态的示意图。
时序图：是在时钟脉冲CP作用下，各触发器状态变化的波形图。
5）检验电路能否自启动关于电路的自启动问题和检验方法，在下例中得到说明。
2、分析举例例、试分析下图所示电路的逻辑功能，并画出状态转换图和时序图。
解：由上图所示电路可看出，时钟脉冲CP加在每个触发器的时钟脉冲输入端上。
因此，它是一个同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。
①写方程式：输出方程：驱动方程：状态方程：②列状态转换真值表：状态转换真值表的作法是：从第一个现态“000”开始，代入状态方程，得次态为“001”，代入输出方程，得输出为“0”。
把得出的次态“001”作为下一轮计算的“现态”，继续计算下一轮的次态值和输出值。
依次类推，直到次态值又回到了第一个现态值“000”。
现态次态输出Y00101000110110010100010010101010001③逻辑功能说明：电路在输入第6个计数脉冲CP后，返回原来的状态，同时输出端Y 输出一个进位脉冲。
时序逻辑电路的状态图与状态表分析方法
时序逻辑电路的状态图与状态表分析方法时序逻辑电路是一种在特定时间下根据输入信号的状态而改变输出信号的电路。
对于复杂的时序逻辑电路，为了更好地理解和分析其行为，我们可以使用状态图和状态表这两种分析方法。
一、状态图分析方法状态图是时序逻辑电路的状态及其转换之间关系的图形化表示。
它通常由一个或多个状态框和状态转换线组成。
1. 状态框：状态框代表一个特定的状态，一般用一个圆形或椭圆形表示，内部标识状态的名称。
2. 状态转换线：状态转换线表示状态之间的转换关系，一般用带箭头的直线表示。
箭头指向的状态表示由当前状态经过某个输入信号的改变而转换到的新状态。
绘制状态图的步骤如下：1. 根据时序逻辑电路的功能和要求，确定可能存在的状态数量及其命名。
2. 确定输入信号的类型和数量，并将其标记在状态图中。
3. 分析每个状态与输入信号之间的状态转换关系，并将其用状态转换线表示。
4. 绘制出完整的状态图。
通过观察状态图，我们可以清楚地了解时序逻辑电路的状态之间的转换关系，并可以判断其行为是否符合设计要求。
二、状态表分析方法状态表是一种简洁而直观的分析方法，它是将时序逻辑电路的各个状态及其输入信号和输出信号以表格形式表示出来。
状态表可以清晰地展示电路的状态转换规律。
状态表的组成如下：1. 状态列：表示电路的各个状态。
2. 输入列：表示输入信号的情况。
3. 输出列：表示输出信号的情况。
绘制状态表的步骤如下：1. 确定输入信号及其取值范围，并编写对应的输入列。
2. 确定状态之间的转换关系，并记录在状态表的状态列中。
3. 分析每个状态下的输出信号，并在输出列中进行记录。
通过状态表的分析，我们可以准确地了解每个状态下输入信号和输出信号的对应关系，并可以找出其中的规律，以进一步优化电路的设计和实现。
综上所述，时序逻辑电路的状态图与状态表分析方法是两种常用且有效的分析工具。
通过状态图和状态表的绘制和分析，我们可以更好地理解时序逻辑电路的行为，并能够进行合理的电路设计和调试。
时序逻辑电路的分析方法
利用染色体畸变和基因
突变为指标监测环境污染 物的致突变作用
理生化变 化为指标
来监测环
单元1 时序逻辑电路的分析方法
一、生物监测的主要方法
《数字电子技术》
1.生物群落法(生态学方法) 利用生物群落组成和结构的变化及生态 系统功能的变化为指标监测环境污染。
（1）寻找指示生物
例如：蜗虫
水蚯蚓
（2）了解污染物对生物群落的影响
单元1 时序逻辑电路的分析方法
号作用前电路的输出状态有关。
时序逻辑电路 方框图
特点：（1）时序电路往往包含组合电路和存储电路两
部分，而存储电路是必不可少的。（2）存储电路输出 的状态必须反馈到输入端，与输入信号一起共同决定组 合电路的输出。
分类：同步时序逻辑电路：所有触发器的时钟端均连
在一起由同一个时钟脉冲触发，使之状态的变化都与输 入时钟脉冲同步。 异步时序逻辑电路：只有部分触发器的时钟端与输入时 钟脉冲相连而被触发，而其它触发器则靠时序电路内部 产生的脉冲触发，故其状态变化不同步。
时序图：在时钟脉冲序列作用下，电路状态、输出状态随时间变化的 波形图。
单元1 时序逻辑电路的分析方法
1.2 时序逻辑电路的分析方法
《数字电子技术》
[例1-1] 试分析电路的逻辑功能，并画出状态转换图和时序图。
解： 1、写方程式
（1）输出方程
（2）驱动方程
一单、元生1 时物序监逻辑测电的路主的分要析方方法法有哪些？
《数字电子技术》
[例1-1] 试分析电路的逻辑功能，并画出状态转换图和时序图。
解： 1、写方程式
（2）驱动方程
（3）状态方程
单元1 时序逻辑电路的分析方法
1.2 时序逻辑电路的分析方法
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时序逻辑电路的组成及分析方法案例说明
一、时序逻辑电路的组成
时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，结构框图如图5-1所示。
图中外部输入信号用X （x 1，x 2，… ，x n ）表示；电路的输出信号用Y （y 1，y 2，… ，y m ）表示；存储电路的输入信号用Z （z 1，z 2，… ，z k ）表示；存储电路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q （q 1，q 2，… ，q j ）表示。
x x y 1
y m
图8.38 时序逻辑电路的结构框图
可见，为了实现时序逻辑电路的逻辑功能，电路中必须包含存储电路，而且存储电路的输出还必须反馈到输入端，与外部输入信号一起决定电路的输出状态。
存储电路通常由触发器组成。
2、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法
用于描述触发器逻辑功能的各种方法，一般也适用于描述时序逻辑电路的逻辑功能，主要有以下几种。
（1）逻辑表达式
图8.3中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述：
Y =F (X ，Q n ) Z =G (X ，Q n ) Q n +1=H (Z ，Q n )
它们依次为输出方程、状态方程和存储电路的驱动方程。
由逻辑表达式可见电路的输出Y 不仅与当时的输入X 有关，而且与存储电路的状态Q n 有关。
（2）状态转换真值表
状态转换真值表反映了时序逻辑电路的输出Y 、次态Q n +1与其输入X 、现态Q n 的对应关系，又称状态转换表。
状态转换表可由逻辑表达式获得。
（3）状态转换图
状态转换图又称状态图，是状态转换表的图形表示，它反映了时序逻辑电路状态的转换与输入、输出取值的规律。
（4）波形图
波形图又称为时序图，是电路在时钟脉冲序列CP的作用下，电路的状态、输出随时间变化的波形。
应用波形图，便于通过实验的方法检查时序逻辑电路的逻辑功能。
二、时序逻辑电路的分析方法
1.时序逻辑电路的分类
时序逻辑电路按存储电路中的触发器是否同时动作分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两种。
在同步时序逻辑电路中，所有的触发器都由同一个时钟脉冲CP控制，状态变化同时进行。
而在异步时序逻辑电路中，各触发器没有统一的时钟脉冲信号，状态变化不是同时发生的，而是有先有后。
2.时序逻辑电路的分析步骤
分析时序逻辑电路就是找出给定时序逻辑电路的逻辑功能和工作特点。
分析同步时序逻辑电路时可不考虑时钟，分析步骤如下：
（1）根据给定电路写出其时钟方程、驱动方程、输出方程；
（2）将各驱动方程代入相应触发器的特性方程，得出与电路相一致的状态方程。
（3）进行状态计算。
把电路的输入和现态各种可能取值组合代入状态方程和输出方程进行计算，得到相应的次态和输出。
（4）列状态转换表。
画状态图或时序图。
（5）用文字描述电路的逻辑功能。
3.案例分析
分析图8.39所示时序逻辑电路的逻辑功能。
图8.39 逻辑电路
解:该时序电路的存储电路由一个主从JK触发器和一个T触发器构成，受统一的时钟CP控制，为同步时序逻辑电路。
T触发器T端悬空相当于置1。
（1）列逻辑表达式。
输出方程及触发器的驱动方程分别为
Y =Q 0n ·Q 1n T =1；J =K =Q 0n
将驱动方程代入T 触发器和JK 触发器的特性方程，得电路的状态方程为：
Q 0n +1=n Q 0 Q 1n +1= Q 0n n Q 1 +n Q 0 Q 1n
（2）列状态转换表。
设初始状态Q 1Q 0=00，代入输出方程得到Y =0。
在第一个时钟CP 下降沿到来时，由状态方程计算出次态Q 0n +1
= n Q 0=0=1、Q 1n +1
=0；再以得到的次态作为新的初态代入状态方程得到
下一个次态。
依次类推，便可得到表8.8的状态转换表。
表8.8 状态转换表
（3）画状态转换图和波形图。
状态转换图和波形图如图8.40所示。
Q 1Q 0
X/Y
（a ）
（b ）
图8.40状态转换图和波形图
（4）电路的逻辑功能。
由以上分析可知，此电路是一个两位二进制计数器。
每出现一个时钟脉冲CP，Q1Q0的值就按二进制数加法法则加1，当4个时钟脉冲作用后，又恢复到初态，而每经过这样一个周期性变化电路就输出一个高电平。