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
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
数字电路与逻辑 第6章
CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9
A 111100000
Q1 0 1 1 0 0 0 1 1 0
Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
n 1 1
Q1n1 1 1 0 0 0 1 1 0 0
Q0n1 1 y0n211 0 1 0 1 0 1
状态表
现态 y1n次1态 Q1n1 Q0n1
yn2 1
器的逻辑功能及其应用； 5. 了解时序可编程器件。
厦门理工学院
6.1 时序逻辑电路基本概念 6.1.1 时序逻辑电路模型与分类
1. 时序电路的模型
时序逻辑电路由进行逻 辑运算的组合电路和起 记忆作用的存储电路组 成。电路模型如图。
输入信号 I，I=( I1，I2，···，Ii )
触发器或锁存器构成
其余五个状态为无效状态。 无论电路的初始能力称为自启动能力。
厦门理工学院
6.2 同步时序电路分析
6.2.2 同步时序逻辑电路分析举例
例6.2.3 根据状态图画出时序图
4. 确定其逻辑功能 由状态图可见，电路的有 效状态是三位循环码；
输出信号 O，O=( O1，O2，···，Oj )
激励信号 E，E=( E1，E2，···，Ek ) ——存储电路的输入信号
状态信号 S，S=( S1，S2，···，Sm ) ——存储电路的输出信号
输出方程组： O=f ( I，S) ——输出信号是输入I与状态S的函数
激励方程组： E= g ( I，S) ——激励信号是输入I与状态S的函数
Z↑借位操作
Z↓进位操作
4. 确定电路的逻辑功能：电路是一个2位二进制数可逆计数器，输出
Z作为进位或借位操作。
厦门理工学院
6.2 同步时序电路分析
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。
时序逻辑电路分析与设计(1)幻灯片PPT
0
Q0
0
0
1
1
0
0
Q1
0
0
Q2
0
0
1
0
0
0
Z
0
0
1
0
逻辑功能分析：异步5进制加法计数器。
电气与信息工程系
【解2】利用状态转换图分析
（l）写出驱动方程、时钟方程和状态方程
J2 Q1nQ0n
J1 1
J0
Q
n 2
K2 1
K1 1
K0 1
CP2 CP
CP1 Q0 CP0 CP
将驱动方程代入的特性方程 Qn1JQnKQn可得状态方程：
x1
z1
组合逻辑
xi
电路
zj
q1
w1
存储电路
ql
wk
信号间的逻辑关系可以用 三个向量方程来表示:
输出方程：
Z( tn ) = F[X(tn),Q(tn)]
电路输出变量逻辑式
驱动方程：
W( tn ) = H[X(tn),Q(tn)]
各触发器输入端的逻辑式
状态方程：
Q(tn+1) = G[W(tn),Q(tn)]
"1" 1K
RD Q0
RD
FF1 1J Q1 & C1 1K
RD Q1
FF2
1J Q2 C1 1K
RD Q2
Z &
电气与信息工程系
FF0
1J Q0
CP
C1
"1" 1K
RD Q0
RD
FF1 1J Q1 & C1 1K
RD Q1
（1）写出各触发器的驱动方程：
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S12 1100
பைடு நூலகம்
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3. S0~S12分别用0000~1100的 四位二进制码表示。得到次态/输出卡诺图。
状态 编码 S0 S1 0000 0001
下一状态 S1 S2
S2
…
0010
…
S3
… S0
S12 1100
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3. S0~S12分别用0000~1100的 四位二进制码表示。得到次态/输出卡诺图。
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
时序逻辑电路分析与设计 (IV)
孙卫强
内容提要
时序逻辑电路的分类 时序电路的分析方法 同步时序电路的分析方法 异步时序电路的分析方法 常用的时序逻辑电路 计数器 寄存器和移位寄存器 序列脉冲发生器 序列信号发生器 时序逻辑电路的设计方法 同步时序电路设计 异步时序电路设计
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
1.将串行输入抽象为逻辑变量X， 输出为逻辑变量Y 2.得到状态图
化简
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3.利用卡诺图进行化简。
S0
S1
无效状态
S2
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
Q3n+1卡诺图
n1 Q3 Q3 Q2 Q3Q2QQ 1 0
Q2n+1卡诺图
n1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2QQ 1 0
Q1n+1卡诺图
Q
n1 1
Q1Q0 Q1Q0
Q0n+1卡诺图
Q
n1 0
Q3 Q0 Q2 Q0
输出C的卡诺图
C Q2Q3
Y XQ1
驱动方程
J1=XQ0 J0=XQ1’
K1=X’ K0=1
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
5.画出电路图和状态转移图
J1=XQ0 J0=XQ1’ K1=X’ K0=1
次态方程
JK触发器的特征方程
Qn1 JQ KQ
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
4. (b)得到驱动方程
驱动方程
J3=Q2Q1Q0 J2=Q1Q0 J1=Q0 J0=(Q3Q2)’
K3=Q2 K2=(Q3’(Q1Q0)’)’ K1=Q0 K0=1
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3. S0~S12分别用0000~1100的 四位二进制码表示。得到次态表。
状态 编码
S0 S1 S2 … 0000 0001 0010 …
下一状态
S1 S2 S3 … S0
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
5. 画出电路连接图
利用次态方程和状态图，检查能否自启动
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
电路的自启动检查
/1
1101
/1
/1
1110
1111
Q3n 1 Q3 Q2 Q3Q2Q1Q0 n 1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2Q1Q0 n 1 Q1 Q1Q0 Q1 Q0 n 1 Q0 Q3 Q0 Q2 Q0
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
4. (a)得到次态方程和输出方程
次态方程
Q3n 1 Q3 Q2 Q3Q2Q1Q0 n 1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2Q1Q0 n 1 Q1 Q1Q0 Q1 Q0 n 1 Q0 Q3 Q0 Q2 Q0
画出 逻辑电路图
4. 得到电路的次态方程和输出方程。
n 1 Q1 XQ1 XQ0 n 1 Q0 X Q1 Q0
n 1 Q1 ( XQ0 )Q1 XQ1 n1 Q0 ( X Q1 )Q0 1Q0
Qn1 JQ KQ
利用JK触发器实现， 修改次态方程
C Q2Q3
状态
下一状态
1101
1110 1111
0010
0010 0000
例2 设计一个串行数据检测器
要求：连续检测一个二进制码流，如果连续 输入3个或者以上的1时输出1，否则输出0
S0
S1
S2
S3
输入0个1
输入1个1
输入2个1
输入3个或更多的1
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
输出方程
C Q2Q3
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
4. (b)得到驱动方程
Q3n 1 Q3 Q2 Q3Q2Q1Q0 n 1 Q2 Q3Q2 Q1 Q3Q2 Q0 Q2Q1Q0 n 1 Q1 Q1Q0 Q1 Q0 n 1 Q0 Q3 Q0 Q2 Q0
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
3.利用卡诺图进行化简。
n 1 Q 1 XQ1 XQ0 n 1 Q0 X Q1 Q0 Y XQ1
例2设计一个串行数据检测器
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
时序逻辑电路设计的一般方法
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
逻辑抽象
画状态 转移图并化简
通过卡诺图 化简表达式
得到状态方程 和驱动方程
画出 逻辑电路图
例1 设计一个有进位输出端的十三进制计数器
1.抽象为13个状态的时序电路， 电路在第12个状态时输出1 2.得到状态图