数字电子技术时序逻辑电路
王海光数字电子技术基础 第5章 时序逻辑电路
与触发器的对应关系，还应给出排序示范
图 （ 如 图 5.1.2 示 范 图 圆 圈 中 标 注 的 Q3Q2Q1 ），对含多个输入输出端的时序
电路，也应在示范图中标出（如图5.1.2中
指向线上标注的/Y）。
5.1.1 时序逻辑电路的人工分析
（5）电路功能判断说明。
对电路功能的判断应结合输入输出信号的具体物理含义来
5.1.1 时序逻辑电路的人工分析
*二、异步时序逻辑电路的分析
与同步时序电路不同的是，异步时序电路中的所有触发 器并非由同一时钟源触发，所以在根据电路的现态计算电路 的次态时，应特别注意各个触发器的时钟条件是否具备。只 有时钟条件具备的触发器才会按状态方程描述的逻辑关系转
换成次态，否则将维持现态不变。为此在分析异步时序电路
组合逻辑电路
Y1 Yj
Z Zk 存储电路
图5.0.1 时序逻辑电路结构示意框图
这四种信号之间的逻辑关系可用以下三个向量函数表示： 输出方程：Y（tn）=F1[X（tn），Q（tn）]
驱动方程：Z（tn）=F2[X（tn），Q（tn）]
状态方程： Q（tn+1）=F3[Z（tn），Q（tn）] 式中tn、tn+1是对电路进行考察的两个相邻的离散时间。
5.1.1 时序逻辑电路的人工分析
一、同步时序逻辑电路的分析 导出同步时序电路的状态转换表、状态转换图和时序波 形图，判断时序电路逻辑功能的通常步骤：
1．根据给定的时序电路列出电路的输出方程和驱动方程组。 2．将各个驱动方程代入对应触发器的特性方程得到整个时序 电路的状态方程组。 3．根据电路的状态方程组计算列出电路的状态转换表。 4．根据电路的状态转换表画出状态转换图或时序波形图。 5．根据状态转换图或时序波形图说明电路的逻辑功能，判断 电路能否自启动。
第六章时序逻辑电路-丽水学院
第六章 时序逻辑电路（14课时）本章教学目的、要求：1．掌握时序逻辑电路的分析方法。
2．掌握常用时序逻辑部件：寄存器、移位寄存器、由触发器构成的同步二进制递 增计数器和异步十进制递减计数器，及由集成计数器构成任意进制计数器。
3．熟悉常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法。
4．掌握同步时序逻辑电路的设计方法。
重点：时序逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点；同步时序逻辑电路的分析方法；常用中规模集成时序逻辑电路的逻辑功能及使用方法；由集成计数器构成任意进制计数器。
难点：同步时序逻辑电路的设计方法第一节 概述（0.5课时）一、定义：1．定义：任一时刻电路的稳定输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。
2．例：串行加法器：指将两个多位数相加时，采取从低位到高位逐位相加的方式完成相加运算。
需具备两个功能：将两个加数和来自低位的进位相加， 记忆本位相加后的进位结果。
全加器执行三个数的相加运算， 存储电路记下每次相加后的运算结果。
CP a i b i c i-1(Q ) s i c i (D )0 a 0 b 0 0 s 0 c 0 1 a 1 b 1 c 0 s 1 c 1 2 a 2 b 2 c 1 s 2 c2 3．结构上的特点：①时序逻辑电路通常包含组合电路和存储电路两部分，存储电路（触发器）是必不可少的；②存储器的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与外部输入信号共同决定组合逻辑电路的输出。
∑CI COCLKC1<1DQ 'Qia ic i-1c ib is 串行加法器电路二、时序电路的功能描述原状态：q1, q2, …, q l新状态：q1*，q2 *，…，q l*1．逻辑表达式。
Y = F [X，Q] 输出方程。
Z = G [X，Q] 驱动方程（或激励方程）。
Q* = H [Z，Q] 状态方程。
2．状态表、状态图和时序图。
三、时序电路的分类1. 按逻辑功能划分有：计数器、寄存器、移位寄存器、读/写存储器、顺序脉冲发生器等。
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
数字电子技术第6章 时序逻辑电路
RD—异步置0端（低电平有效） 1 DIR—右移串行输入 1 DIL—左移串行输入 S0、S1—控制端 1 D0D1 D2 D3—并行输入
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4、扩展：两片74LS194A扩展一片8位双向移位寄存器
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例6.3.1的电路 （P276) 74LS194功能 S1S0=00,保持 S1S0=01,右移 S1S0=10,左移 S1S0=11,并入
（5）状态转换图
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小结
1、时序逻辑电路的特点、组成、分类及描述方法； 2、同步时序逻辑电路的分析方法； 课堂讨论： 6.1，6.4
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6.3 若干常用的时序逻辑电路
寄存器和移位寄存器 时序 逻辑电路 计数器 顺序脉冲发生器 序列信号发生器
移位寄存器不仅具有存储功能，且还有移位功能。 可实现串、并行数据转换，数值运算以及数据处理。 所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移 位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。
2、类型： 根据移位方向，分成三种：
左移 寄存器 (a) 右移 寄存器 (b) 双向 移位 寄存器 (c)
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学习要求 ：
* *
自学掌握
1. 掌握寄存器和移位寄存器的概念并会使用； 2. 掌握计数器概念，熟练掌握中规模集成计数器74161 和74160的功能，熟练掌握用160及161设计任意进制计 数器的方法。
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6.3.1寄存器和移位寄存器
一、寄存器
寄存器是计算机的主要部件之一， 它用来暂时存放数据或指令。
第6章_时序逻辑电路
数字电子技术（第5版）第6章时序逻辑电路1.(334)利用（）可以把集成计数器设计成初态不为零的计数器。
答案.反馈置数法2.(318)时序逻辑电路由( ) 和( ) 两部分组成。
答案.组合电路存储电路3.(337)一个4位的扭环形计数器有（）个状态。
答案. 84.(335)集成计数器的级联方式有（）和（）两种方式。
答案.异步同步5.(333)利用（）和（）可以改变集成计数器的计数长度。
答案.反馈归零法反馈置数法6.(332)一个模为24的计数器，能够记录到的最大计数值是（）。
答案. 237.(331)计数器的模表示计数器的（）计数长度。
答案.最大8.(329)构成时序电路的各触发器的时钟输入端都接在一起，这种时序电路称为（）。
答案.同步时序电路9.(328)时序电路的输出不仅与电路的（）有关，还与电路的（）有关。
答案.现态输入信号10.(327)摩尔型时序电路的输出仅由电路的（）决定，而与电路的( ) 无关。
（注：教材中没有讲述摩尔型电路的概念，故删去此题）答案.现态输入信号11.(326) 时序逻辑电路的功能描述有 ( ) 、 ( ) 、 ( ) 、 ( ) 。
答案. 逻辑方程式 状态表 状态图 时序图12.(330) 异步时序电路中的各触发器的状态转换 （ ）同一时刻进行的。
答案. 不是在13.(336) 一个4位的环形计数器有（ ）个状态。
答案. 414.(325) 时序逻辑电路可分为 （ ） 和 ( ) 两大类。
答案. 同步时序电路 异步时序电路15.(354) 分析如图7307所示电路，说明其功能。
图7307输 入输 出CR LD T CT P CT CP 3D 2D 1D 0D 3Q 2Q 1Q 0QCO0 × × × × × × × × 000 10××↑3d 2d 1d 0d 3d 2d 1d 0d1111↑×××× 计数 110×××××× 保持 11××××××保持答案. 经分析知，采用了74LS160的同步置数功能。
数字电子技术时序逻辑电路
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数字电子技术时序逻辑电路
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图5-3 4位寄存器74LS175的逻辑图
数字电子技术时序逻辑电路
2. 移位寄存器 移位寄存器不仅具有存储的功能，而且还有移位功能，可以 用于实现串、并行数据转换。如图5-4所示为4位移位寄存器 的逻辑图。
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数字电子技术时序逻辑电路
5.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法
异步时序电路的分析步骤：
① 写时钟方程； ② 写驱动方程； ③ 写状态方程； ④ 写输出方程。
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数字电子技术时序逻辑电路
[例5-2]试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换 表，并画出状态转换图。
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数字电子技术时序逻辑电路
解：图5-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。 写时钟方程：
数字电子技术时序逻辑电路
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图5-5 同步二进制加法计数器的数时字电序子图技术时序逻辑电路
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图5-8 同步4位二进制加法计数器74LS16数1字的电逻子技辑术图时序逻辑电路
表5-1 同步4位二进制加法计数器74LS161的功能表
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数字电子技术时序逻辑电路
写驱动方程：
写状态方程：
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数字电子技术时序逻辑电路
列状态转换表：
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数字电子技术时序逻辑电路
画状态转换图：
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数字电子技术时序逻辑电路
5.2 若干常用的时序逻辑电路 5.2.1寄存器
1. 基本寄存器
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图5-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图
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
数字电子技术时序逻辑电路习题
5、画逻辑电路图
T1 = Q1 + XQ0 T0 = XQ0 + XQ0 Z = XQ1Q0
第43页/共55页
6、检查自启动
全功能状态转换表
现 入 现 态 次 态 现驱动入 现输出
Xn Q1n Q0nQ1n+1Q0n+1 T1 T0
Zn
1/0
0/0 0 0 0 0 1 0 1
0
现入 现态 次 态
X Q1 Q0 Q1 Q0 0 0 00 1 0 0 11 0 0 1 00 0
1 0 00 1 1 0 11 0 1 1 01 1 1 110 0
现驱动入 现输出
D1 D0 01 10 00
Z1 Z2
00 00 10
01 10 11 00
00 00 00 01
D1 = Q1Q0 + Q1Q0X
标题区
节目录
第14页/共55页
X/Z
S0 1/0
S1
1/1
0/0
S2
10101…
题6.2(1)的状态转移图
③ 状态间的转换关系
标题区
节目录
第15页/共55页
X/Z
0/0 S0 1/0
S1 1/0
1/1
11…
0/0
0/0
100…
S2
题6.2(1) 的原始状态转移图
标题区
节目录
第16页/共55页
(2) 解：① 输入变量为X、输出变量为Z；
S1 1/0
11…
0/0
1/1
0/0
100…
S2
题6.2(2) 的原始状态转移图
标题区
节目录
第19页/共55页
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第5章 时序逻辑电路
2）同步十进制计数器
第5章 时序逻辑电路
写驱动方程： T 0 1
T1 T2
Q0 • Q3 Q1Q0
T 3 Q2 Q1Q0 Q3 Q0
写状态方程：
Q0n1 Q0 Q1n1 Q0 Q3 Q1
分析步骤： 1.写驱动方程； 2.写状态方程； 3.写输出方程。
第5章 时序逻辑电路
[例5-1]试分析图5-2所示时序逻辑电路的逻辑功能， 要求①写出驱动方程、状态方程和输出方程；②列 出状态转换表；③画出状态转换图；④画出时序 图；⑤判断电路能否自启动？
第5章 时序逻辑电路
解：该电路为1个摩尔型同步时序逻辑电路。
写驱动方程： J1 K1 1
J
2
Q1
•
Q3
J
3
Q1
•
Q2
K 2 Q1 K 3 Q1
写状态方程：QQ1n2n11
Q1 Q1
•
Q3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n
Q2
Q1
Qn2
Q3n1
Q1
•
Q2
n
Q3
Q1 Q3n
写输出方程：
Y Q1 • Q3
第5章 时序逻辑电路
列出状态转换表：
第5章 时序逻辑电路
画出状态转换图：
第5章 时序逻辑电路
状态转换表：
第5章 时序逻辑电路
图5-4 同步二进制加法计数器的状态转换图
第5章 时序逻辑电路
图5-5 同步二进制加法计数器的时序图
第5章 时序逻辑电路
图5-8 同步4位二进制加法计数器74LS161的逻辑图
第5章 时序逻辑电路
表5-1 同步4位二进制加法计数器74LS161的功能表
这三个方程能够全面描述一个时序电路的逻辑功能。
第5章 时序逻辑电路
直观描述时序电路中全部状态转换关系的方法：状态转换 表、状态转换图和时序图。
状态转换表的列写方法：任意设定电路的1组输入变量取值 和1种初态，代入该电路的状态方程和输出方程，得到电路 的次态和输出；以得到的次态作为新的初态，连同此时的输 入变量取值，再代入状态方程和输出方程，得到新的次态和 输出，直至将电路中全部状态转换关系全部列成表格即可。
第5章 时序逻辑电路
画时序图：
该电路能够自启动。
第5章 时序逻辑电路
5.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法
异步时序电路的分析步骤：
① 写时钟方程； ② 写驱动方程； ③ 写状态方程； ④ 写输出方程。
第5章 时序逻辑电路
[例5-2]试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换 表，并画出状态转换图。
第5章 时序逻辑电路
1.同步计数器 1)同步二进制计数器
第5章 时序逻辑电路
写驱动方程： T 0 1
T
1
T 2
Q0 Q1 Q
0
T 3 Q2 Q1Q0
写状态方程： QQQ1nn20n111Q(QQ001Q0Q)1 Q2 Q3n1 (Q2 Q1Q0) Q3
写输出方程： C Q3 Q2 Q1Q0
第5章 时序逻辑电路
数字电子技术
第5章 时序逻辑电路 范立南 代红艳 恩莉 刘明丹
中国水利水电出版社
第5章 时序逻辑电路
第5章 时序逻辑电路
5.1 时序逻辑电路的分析方法 5.2 若干常用的时序逻辑电路 5.3 时序逻辑电路的设计方法
第5章 时序逻辑电路
时序电路逻辑功能上的特点：任意时刻的输出不仅取决于该 时刻的输入，而与信号作用前电路原来的状态有关。时序逻 辑电路的框图如图5-1所示：
第5章 时序逻辑电路
图5-3 4位寄存器74LS175的逻辑图
第5章 时序逻辑电路
2. 移位寄存器 移位寄存器不仅具有存储的功能，而且还有移位功能，可以 用于实现串、并行数据转换。如图5-4所示为4位移位寄存器 的逻辑图。
第5章 时序逻辑电路
假设串行信号输入端，依次输入1011，并设初态为0，画出 电压波形图：
图5-1 时序逻辑电路的框图
第5章 时序逻辑电路
1）时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储电路两部分组 成，其中存储电路必不可少。2）存储电路的输出和输入信 号共同确定时序电路的输出。
驱动方程： Y (tn) F X (tn),Q(tn)
状态方程： Z (tn) G X (tn),Q(tn) 输出方程： Q(tn1) H Z (tn),Q(tn)
时序图是在一系列时钟脉冲的作用下，电路的状态和输出随 时间变化的波形图。 按照触发器状态翻转先后可分为：同步时序电路和异步时序 电路。 按照输出信号的特点不同可分为：摩尔型和米里型。
第5章 时序逻辑电路
5.1 时序逻辑电路的分析方法 5.1.1 同步时序逻辑电路的分析方法
同步时序逻辑电路的分析是已知同步时序逻辑电路的逻辑 图，找出其逻辑功能。
n
Q1
（CP0 下降沿动作） （Q0 下降沿动作） （Q1下降沿动作）
Q3n 1
Q1Q2
Q3n（Q0
下降沿动作）
第5章 时序逻辑电路
列状态转换表：
第5章 时序逻辑电路
画状态转换图：
第5章 时序逻辑电路
5.2 若干常用的时序逻辑电路 5.2.1寄存器
1. 基本寄存器
图5-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图
第5章 时序逻辑电路
5.2.2计数器
计数器是能够用来记录输入脉冲的个数的逻辑电路。
按照计数器中的各个触发器状态翻转先后，可分为同步计数 器和异步计数器； 按照计数过程中，数字的增减可分为：加法计数器、减法计 数器和可逆计数器； 按照计数过程中数字的编码方式可分为：二进制计数器和二十进制计数器等。 按照计数容量可分为：十进制计数器、十六进制计数器、进 制计数器等。
第5章 时序逻辑电路
解：图5-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。 写时钟方程：
CP0 CP0 CP1 CP3 Q0 CP2 Q1
写驱动方程： J 0 K 0 1
J1 J2
Q3 K2
1
K1
1
J 3 Q1Q2
K3 1
写状态方程：
Q0n1 QQ1n2n11
n
Q0
Q3
n
Q2
第5章 时序逻辑电路
图5-2所示为双2位寄存器74LS75的逻辑图。当 CPA = 1时，
送到数据输入端的数据被存入寄存器，当CPA =0时，存入
寄存器的数据将保持不变。 如图5-3所示为4位寄存器74LS175的逻辑图。该寄存器具有 异步清零功能，当 =0时，触发器全部清零；当 =1， 出现上升沿时，送到R数D 据输入端的数据被存入寄存器RD，实现 送数功能。由于此寄存器是由边沿触发器构成，所以其抗干 扰能力很强。