时序电路设计
时序电路的基本分析与设计方法
时序电路的基本分析与设计方法时序逻辑电路时序逻辑电路——电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关。
时序电路中务必含有具有经历能力的存储器件。
时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式、状态表、卡诺图、状态图、时序图与逻辑图6种方式表示，这些表示方法在本质上是相同的，能够互相转换。
一、时序电路的基本分析与设计方法 （一）分析步骤1．根据给定的时序电路图写出下列各逻辑方程式： （1）各触发器的时钟方程。
（2）时序电路的输出方程。
（3）各触发器的驱动方程。
2．将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得各触发器的次态方程，也就是时序逻辑电路的状态方程。
3．根据状态方程与输出方程，列出该时序电路的状态表，画出状态图或者时序图。
4．根据电路的状态表或者状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。
【例1】分析时序电路（1）时钟方程：CP CP CP CP ===012输出方程：nnQ Q Y 21=驱动方程：⎪⎩⎪⎨⎧======n n n nnn Q K Q J Q K Q J Q K Q J 202001011212（2）求状态方程JK 触发器的特性方程：n n n Q K Q J Q+=+1将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：⎪⎩⎪⎨⎧=+=+==+=+==+=+=+++n n n n n n n n n n n n n n n n n nn n n n n n Q Q Q Q Q Q K Q J Q Q Q Q Q Q Q K Q J Q Q Q Q Q Q Q K Q J Q 202020000100101011111112121222212（3）计算、列状态表nn nn nn n n Q Q Y Q Q Q Q Q Q 21210011112=⎪⎩⎪⎨⎧===+++（4）画状态图及时序图（5）逻辑功能有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数字的格雷码，同时在时钟脉冲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→…因此这是一个用格雷码表示的六进制同步加法计数器。
时序电路的设计及显示
时序电路的设计及显示时序电路是一种能够根据输入信号的时序关系来产生相应输出信号的电路。
它主要应用于计算机、通信系统、测控系统等领域，用于控制及处理各种时序信号。
本文将介绍时序电路的设计原理以及不同类型的时序电路显示。
1.时序电路的设计原理1.1时序逻辑电路时序逻辑电路是根据时序信号的控制来产生相应的输出信号。
它由组合逻辑门和触发器组成。
组合逻辑门根据输入信号的逻辑关系产生输出信号，而触发器则根据时钟信号的控制来保持或改变其输出状态。
时序逻辑电路的设计一般包括以下步骤：1)确定逻辑功能：根据需求确定所需的逻辑功能，包括输入输出信号及其逻辑关系。
2)设计组合逻辑电路：根据逻辑功能设计组合逻辑电路，利用逻辑门实现输入信号的逻辑关系。
3)设计时序控制电路：根据逻辑功能确定触发器的数量及其工作方式，并利用时序控制电路控制触发器的输入和输出。
4)进行仿真与验证：利用电路仿真软件进行仿真验证，确保电路的正确性。
5)设计PCB电路板：根据电路图设计PCB电路板，完成电路的布局和连线。
6)进行实际测试：将设计好的电路板进行实际测试，验证电路的性能和可靠性。
1.2时序控制电路时序控制电路用于控制时序逻辑电路的工作状态。
它主要由时钟信号发生器、时序控制器和触发器等组成。
时序控制电路主要包括同步时序控制和异步时序控制两种形式。
同步时序控制是通过时钟信号来控制触发器的工作，保证电路的同步工作。
异步时序控制则根据输入信号的状态来控制触发器的工作，适用于电路的反应时间较短或信号复杂的情况。
2.时序电路的显示2.1数码管显示数码管是一种将数字信号以数字形式显示的设备，通常由七段显示元件组成。
数码管显示通过控制数码管的每一段，将数字信号转化为相应的数字显示。
2.2液晶显示液晶显示屏是一种将数字、字母、图形等以液晶显示的设备。
液晶显示采用液晶材料的光学性质来显示信息，具有低功耗、薄、轻、反应速度快等优点。
2.3LED显示LED显示是一种通过控制发光二极管的亮灭来显示信息的设备。
时序逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路是一类通过内部的记忆元件来实现存储功能的数字电路，它能够根据输入信号的时序变化来决定输出信号的状态。
常见的时序逻辑电路包括时钟发生器、时钟分配器、触发器、计数器等。
在设计时序逻辑电路时，需要考虑到电路的功能要求、时序要求、稳定性和可靠性。
本文将介绍时序逻辑电路的设计方法。
1.确定功能要求：首先需要明确时序逻辑电路的功能要求，即输入信号和输出信号之间的逻辑关系。
可以通过真值表、状态转换图、状态方程等方式进行描述。
根据功能要求，可以确定电路中需要使用到的逻辑门、触发器等元件。
2.确定时序要求：在时序逻辑电路中，输入信号的变化必须满足一定的时序要求，通常需要使用时钟信号来进行同步控制。
时钟信号是一个周期性的信号，控制电路在时钟的上升沿或下降沿进行状态的改变。
时序要求还包括时序逻辑电路在不同输入组合下的稳态和状态转换时的时间要求。
3.设计电路结构：根据功能要求和时序要求，可以确定时序逻辑电路的整体结构。
电路结构的设计包括将逻辑元件(例如逻辑门、触发器)按照特定的方式连接起来，以实现所需的功能。
常见的电路结构包括级联结构、并行结构、环形结构等。
4.选择逻辑元件：根据电路的功能和时序要求，选择合适的逻辑元件来实现电路的功能。
常见的逻辑元件包括与门、或门、非门、异或门等。
触发器是时序逻辑电路的核心元件，常用的触发器包括D触发器、JK触发器、T触发器等。
5.进行逻辑功能实现：将所选择的逻辑元件按照电路结构进行连接，并完成时序逻辑电路的逻辑功能实现。
这一步可以使用绘图工具进行电路图的绘制，也可以通过硬件描述语言(HDL)进行电路的逻辑设计。
6.时序优化：对设计的时序逻辑电路进行时序优化。
时序优化可以通过调整逻辑元件的连接方式、引入时序优化电路等方式来提高电路的性能和可靠性。
时序优化的目标是尽可能满足时序要求，减少信号传输延迟和功耗。
7.进行电路仿真和验证：对设计的时序逻辑电路进行仿真和验证。
电路设计中的时序与时钟问题
电路设计中的时序与时钟问题一、简介电路设计中的时序与时钟问题（100字）电路设计中的时序与时钟问题是指在数字电路设计中，为了保证各个电路模块之间的数据传输和操作的正确顺序，需要合理地设计时序逻辑电路和时钟电路。
时序与时钟问题是数字电路设计中的核心内容之一，对于提高电路的可靠性和性能至关重要。
二、时序与时钟问题的基本概念（200字）1. 时序：时序指的是在电路设计中，模块之间的操作和数据传输的时间顺序。
在时序电路设计中，需要确定输入信号的到达时间和输出信号的产生时间，以确保数据从一个模块传递到另一个模块时的正确顺序。
2. 时钟：时钟是指用来同步整个电路操作的信号。
时钟信号的频率和占空比对于电路的正确操作至关重要。
时钟信号的产生需要考虑时钟源的稳定性和可靠性。
三、时序与时钟问题的解决方法（400字）1. 时序约束分析：在电路设计过程中，需要进行时序约束分析。
时序约束分析是指根据电路设计的需求，分析各个模块之间的数据传输和操作的时间要求。
通过时序约束分析，可以确定各个模块之间的最大延迟和最小延迟，为后续的电路设计提供参考。
2. 时序逻辑电路设计：时序逻辑电路的设计是保证电路操作顺序正确的关键。
时序逻辑电路的设计需要根据时序约束分析的结果来确定输入和输出的时序关系。
在时序逻辑电路设计中，常用的方法包括状态机设计、寄存器和锁存器的设计等。
3. 时钟树设计：时钟树是指将时钟信号传输到整个电路的网络结构。
时钟树设计需要考虑时钟信号的传输延迟、时钟偏移和时钟功耗等因素。
合理的时钟树设计可以减小时钟偏移和时钟抖动，提高电路的可靠性和性能。
4. 时钟源的选择：选择合适的时钟源对于电路设计至关重要。
时钟源的选择需要考虑时钟信号的频率、占空比和稳定性等因素。
常见的时钟源包括晶体振荡器和时钟信号发生器等。
四、时序与时钟问题的重要性（200字）时序与时钟问题在数字电路设计中起着至关重要的作用。
合理地解决时序与时钟问题可以保证电路的正确操作和数据传输的顺序。
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);
时序电路设计步骤
时序电路设计步骤嘿，朋友们！今天咱就来讲讲时序电路设计那些事儿。
你想想看，时序电路就像是一场精彩的舞蹈表演，各个电子元件就是舞台上的舞者，它们得按照特定的节奏和顺序来舞动，才能呈现出完美的演出呀！要设计一个好的时序电路，第一步得明确咱要实现啥功能。
就好比你要去一个地方，得先知道目的地是哪儿吧。
你得清楚这个电路要干啥，是计数呢，还是控制某个流程呢，可别稀里糊涂就开始干。
然后呢，选择合适的元器件就很关键啦！这就跟挑演员一样，不同的演员有不同的特长，你得根据角色来挑呀。
元件也有各自的特点和性能，得选对了才能让整个电路顺畅运行。
接下来，设计电路的结构啦。
这就像给舞者们安排站位和舞蹈动作，得让它们相互配合好，不能乱了套呀。
你得精心规划，让电流能在这些元件之间愉快地流动。
再之后，就是绘制电路图啦。
这可是个精细活儿，就像画一幅精美的画一样。
每一条线、每一个符号都得准确无误，不然电路可就不听话咯。
画好电路图，还不算完事儿呢！还得进行仿真和验证。
这就像是彩排一样，看看有没有啥问题，能不能达到咱想要的效果。
如果有问题，就得赶紧修改，可不能等上台了才发现问题呀。
等一切都没问题了，就可以制作实际的电路板啦。
这就跟把舞蹈从排练厅搬到真正的舞台上一样，要小心谨慎，确保每一个元件都安装得稳稳当当。
最后，测试和调试可不能少。
这就像是正式演出前的最后一次检查，看看有没有啥小瑕疵，赶紧调整好，让电路能完美地工作。
你说，这时序电路设计是不是挺有意思的？就像导演一场精彩的演出一样！只要咱用心去做，肯定能设计出超棒的时序电路来。
别害怕遇到问题，解决问题的过程不也是一种乐趣嘛！加油吧，朋友们，让我们在时序电路的世界里尽情遨游！。
时序逻辑电路设计
时序逻辑电路设计
时序电路设计又称时序电路综合，它是时序电路分析的逆过程，即依据给定的规律功能要求，选择适当的规律器件，设计出符合要求的时序规律电路，对时序电路的设计除了设计方法的问题还应留意时序协作的问题。
时序规律电路可用触发器及门电路设计，也可用时序的中规模的集成器件构成，以下我们分别介绍它们的设计步骤。
1.用SSI器件设计时序规律电路
用触发器及门电路设计时序规律电路的一般步骤如图所示。
（1）由给定的规律功能求出原始状态图：首先分析给定的规律功能，从而求出对应的状态转换图。
这种直接由要求实现的规律功能求得的状态转换图叫做原始状态图。
（2）状态化简：依据给定要求得到的原始状态图很可能包含有多余的状态，需要进行状态化简或状态合并。
状态化简是建立在状态等价这个概念的基础上的。
（3）状态编码、并画出编码形式的状态图及状态表：在得到简化的状态图后，要对每一个状态指定1个二进制代码，这就是状态编码（或称状态安排）。
（4）选择触发器的类型及个数：
（5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：依据编码后的状态表及触发器的驱动表可求得电路的输出方程和各触发器的驱动方程。
（6）画规律电路，并检查自启动力量。
2.用MSI中规模时序规律器件构成时序规律电路
用中规模时序规律器件构成的时序功能电路主要是指用集成计数器构成任意进制计数器。
构成任意进制计数器的方法有两种：一种是置数法，另一种是归零法。
数字电路与逻辑设计第5章时序逻辑电路
(b) 74194构成扭环形计数器
Q and A Q ：电路是否具备自启动特性？请检验。
77
➢ 检验扭环形计数器的自启动特性
模值M＝2n=2×4=8 状态利用率稍高；环 形计数器和扭环形计 数器都具有移存型的 状态变化规律，但它 们都不具有自启动性
10
分析工具 常见电路
状态转移真值表 状态方程 状态转移图 时序图
数码寄存器 移位寄存器 同步计数器 异步计数器
11
5.2.1 时序逻辑电路的分析步骤
12
例1:分析图示时序逻辑电路
解 ➢ 1. 写激励方程:
13
➢ 2. 写状态方程和输出方程:
根据JK触发器特性方程：Qn1 J Qn K Qn
LD
置入控制输入
CP
时钟输入
CR
异步清0输入
CTT ，CTP 计数控制输入
输出端子
Q0～Q3 数据输出
CO
进位输出
CO
Q3n
Q
n 2
Q1n
Q0n
26
➢ 功能表:
27
2.十进制同步计数器（异步清除）74160
➢ 逻辑符号: ➢ 功能表:
CO Q3n Q0n
28
3.4位二进制同步计数器（同步清除）74163
51
1.二-五-十进制异步计数器7490
52
CT7490： 2-5-10进制异步计数器
4个触发器（CP1独立触发FF0实现二分频，
CP2独立触发FF1、FF2、FF3构成的五分频计数器）
异步清0输入 R01、 R02
异步置9输入 S91、S92
可实现 8421BCD 和 5421BCD计数
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能自启动的扭环形计数器
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复习
计数器的构成方法
用已有的N进制芯片，组成M进制计数器，是常用的方法。
N进制
M进制
N M N M
数字系统设计
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计数器设计
N>M
原理：计数循环过程中设法跳过N－M个状态。
具体方法：置零法
置数法复习Fra bibliotek异步置零法
异步预置数法
同步置零法
同步预置数法
Q0* XQ1Q0 ( XQ1)Q0 1Q0
画逻辑图
Y XQ1
复习
数字系统设计
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检查电路能否自启动
复习
将状态“11” 代入状态方程和输出方程，分别求X=0/1下的 次态和现态下的输出，得到：
X 0时，Q1 *Q0* 00，Y 0 X 1时，Q1 *Q0* 10，Y 1
能自启动
数字系统设计
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ZDMC – Lec. #12
计数器应用
计数器+译码器→顺序节拍脉冲发生器
数字系统设计
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计数器应用
计数器+数据选择器→序列脉冲发生器
发生的序列：00010111
注意这里的输出应该是Y
数字系统设计
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ZDMC – Lec. #12
环形计数器电路
ZDMC – Lec. #12
复习
Q1* XQ1 XQ0 Q0* XQ1Q0
Y XQ1
数字系统设计
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ZDMC – Lec. #12
选用JK触发器，求方程组
Q1* XQ1 XQ0
Q0* XQ1Q0
Q1* XQ1 XQ0 (Q1 Q1) ( XQ0 )Q1 ( X )Q1
数字系统设计
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复习
设计一个串行数据检测器，要求在连续输入三个或 三个以上“1”时输出为1，其余情况下输出为0。
抽象、画出状态转换图
用X（1位）表示输入数据, 用Y（1位）表示输出,检测结果
状态化简
数字系统设计
3
ZDMC – Lec. #12
状态分配 取n=2，令 Q1Q0 的00、01、10为 S0、S1、S2 则，