时序逻辑电路的基本设计步骤
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
实验三-VHDL时序逻辑电路设计
实验三 VHDL 时序逻辑电路设计一、实验目的1．熟悉用VHDL语言设计时序逻辑电路的方法2．熟悉用Quartus文本输入法进行电路设计二、实验所用仪器元件及用途1．计算机：装有Quartus软件，为VHDL语言提供操作场所。
2．直流稳压电源：通过USB接口实现，为实验开发板提供稳定电源。
3．数字系统与逻辑设计实验开发板：使试验结果下载到开发板上，实现整个实验的最终结果。
三、实验内容1．用VHDL语言设计实现一个8421码十进制计数器。
（1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。
（2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。
2．用VHDL语言设计实现一个分频系数为8，分频输出信号占空比为50%的分频器。
（1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求。
（2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。
3．用VHDL语言设计实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路。
（1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。
a.单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮b.幕布式：从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，依次往复c.通过拨码开关或按键控制两种模式的转换（2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。
四、实验设计思路及过程1.8421码十进制计数器状态转移表左图为8421码十进制计数器的状态转移表，abcd为初状态，ABCD为下一状态，每当有“1”出现时，相应的管脚就亮灯，从而从0000到1001的灯依次出现。
VHDL代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY count12 ISPORT(clk,clear:IN STD_LOGIC;q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END count12;ARCHITECTURE a OF count12 ISSIGNAL q_temp:ATD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk'event and clk='1') THENIF clear='0' THENq_temp<="0000";ELSIF q_temp="1011"THENq_temp<="0000";ELSEq_temp<=q_temp+1;END IF;END IF;END PROCESS;q<=q_temp;END a;2.分频系数为8，输出占空比为50%的分频器的设计左图为八分频器（占空比50%）的状态转移图，其中abc为原状态，ABC为下一状态。
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);
6.4 时序逻辑电路的设计方法
*
*
C Q 2Q 0
Q 0 Q 0'
*
选用J、K触发器
根据 : Q * JQ ' K ' Q
J2 Q1Q 0 , K 2 Q0
J 1 Q 2' Q 0 ,
J 0 1,
K1 Q0
K0 1
(4)画逻辑图
S*/YZ AB
S
00 S0/00
01 S1/00
11 x/xx
10 S2/00
S0 S1
S1/00
S2/00
S2/00
S0/10
x/xx
x/xx
S0/10
S0/11
S2
状态转换图
以00、01、10分别代表S0、S1、S2，
得次态/输出卡诺图
* *
Q 1 Q 0 / YZ
状态方程、驱动方程、输出方程
J 1 XQ K1 X '
0
Q 0 * X Q 1Q 0 ( X Q 1 ) Q 0 1Q 0
J 0 X Q 1 K01
检查自启动
状态“11” 代入状态方程 和输出方程，分别求 X=0/1下的次态和输出， 得到：
X 0时， Q 1 * Q 0 * 00 ， Y 0 X 1时， Q 1 * Q 0 * 10 ， Y 1
11
100/0 xXX/X
11 10
10
011/0 xXX/X
0 0
*
1 0
0 X
1 X
Q 1 Q 2 ' Q 0 Q 1' Q 0 ' Q 1
05.4电平异步时序逻辑电路设计
⑵ 建立原始流程表 原始流程表， 稳态和 画出原始流程表 填入稳态 ① 画出原始流程表，填入稳态和相应输出 填入非稳态并指定非稳态下的输出 非稳态并指定非稳态下的 ② 填入非稳态并指定非稳态下的输出 ③ 填入无关状态和无关输出 填入无关状态 无关状态和
例：某逻辑电路有两个输入 x1 和 x2，一个输出 Z。输入 输出关系为： 0， 输出关系为：当 x1x2 = 00 时 Z = 0，此后 x1x2 = 01 或 1； x1x2 = 10 时 Z = 1；当 x1x2 = 11 时 1， Z = 1，此后 x1x2 0。作出此电路流程表。 = 01 或 x1x2 = 10 时 Z = 0。作出此电路流程表。 画出典型输入、输出时间图， 解：⑴ 画出典型输入、输出时间图，并设立相应状态 t0 t1 x1x2 00 10 x1 x2 Z ① ② ① ③ ④ ⑤ ④ ⑥ ① ② ④ t2 00 t3 01 t4 11 t5 10 t6 11 t7 t8 t9 t10 11
脉冲源 x2 单脉冲输出 手动控制x 手动控制 1 单脉冲发生器
建立原始流程表。 解：⑴ 建立原始流程表。根据题意可作出典型输 输出时间图。 入、输出时间图。
t0 t1 t2 t3 x2 x1 Z ① ② ①③ ④ ③ ④⑤ ⑥ ⑦ ① ② ① t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12
⑵ 化简流程表 根据相容行判断法则，可作出隐含表， 根据相容行判断法则，可作出隐含表，从隐含表可得 (1，2)、(3，4)、(3，5)、(3，6)、(4，5)， 相容行对为 (1，2)、(3，4)、(3，5)、(3，6)、(4，5)， 据此可作出状态合并图，其最大相容行类为 (1，2)、(3， 据此可作出状态合并图， (1，2)、(3， 5)、(3，6)、(7)。 4，5)、(3，6)、(7)。
第4章 时序逻辑电路
建立时间tsetup：输入信号D在时钟边沿到达前需稳定的时间
保持时间thold ：输入信号D在时钟边沿到达后需继续稳定的时间
20
2.4 D触发器
带使能端的D触发器：通过使能端EN信号来控制是否在时钟信号的触
发边沿进行数据的存储。
2选1
多路复用器
EN有效（=1） 选择外部D输入
EN无效（=0） 保持触发器当前的输出
D锁存器状态表、状态图和特征方程
状态转移表
D
Q*
0
1
0
1
D锁存器的时序图
特征方程：Q* = D（C=1）
状态图
D=1
D=0
0
1
D=1
D=0
D
C
Q
18
2.4 D触发器
由一对主、从D锁存器构成
主
D触发器符号
CLK
从
主锁存器
从锁存器
L
写入
不变
上升沿
锁存
开始写入
H
不变
写入
从锁存器只在时钟CLK的上升沿到来时采样主锁存器的输出QM的
• 输出逻辑模块G ：输出函数（现态和外部输入的逻辑函数）
Mealy型：输出依赖于当前状态和当前输入信号
Moore型：输出仅依赖于当前状态，和当前输入信号无关
输出=G(现态,输入)
标准脉冲信号
属于Mealy型时序逻辑电路
6
1.2 时序逻辑电路基本结构
Moore型：输出信号仅依赖于当前状态。
输出=G(现态)
在置位态下，若R输入变为高电平，则经过两级门延迟变为复位态
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
时序逻辑电路的设计步骤
时序逻辑电路的设计步骤介绍时序逻辑电路是计算机和电子设备中非常重要的一部分。
它能够根据不同输入信号的时序变化来控制设备的输出。
本文将详细介绍时序逻辑电路的设计步骤，帮助读者了解如何设计和实现一个有效的时序逻辑电路。
设计步骤1. 确定设计需求在开始设计时序逻辑电路之前，我们需要明确设计的需求和目标。
这包括了所需的输入信号类型、输出信号的功能和时序要求等。
明确了设计需求后，我们才能有针对性地进行后续的设计和实现。
2. 分析输入信号和逻辑功能接下来，我们需要对输入信号进行分析，并确定所需的逻辑功能。
这包括了对输入信号的电平变化的分析，以及逻辑门的使用和组合。
通常情况下，我们会使用与门、或门、非门等基本逻辑门，并通过它们的组合来实现所需的逻辑功能。
3. 确定时钟信号时序逻辑电路中最重要的部分就是时钟信号。
时钟信号用于同步电路的操作，保证各个部件按照正确的时序进行工作。
在设计过程中，我们需要确定时钟信号的频率、占空比等参数，并确保时钟信号与设计需求相匹配。
4. 设计状态机时序逻辑电路中常常使用状态机来实现复杂的逻辑功能。
在设计状态机时，我们需要确定状态数和状态转换的条件，并通过状态转换表或状态转换图来描述状态机的工作方式。
同时，我们还需要确定状态机的时序要求，确保状态机能够按照正确的时序进行状态转换。
5. 选择适当的触发器触发器是实现状态机的关键组件。
在选择触发器时，我们需要考虑触发器的类型、时序特性等。
常见的触发器包括RS触发器、D触发器、JK触发器等。
根据设计需求和时序要求，选择适当的触发器来实现所需的功能。
6. 进行综合和优化在完成逻辑设计之后，我们需要进行综合和优化，以便得到更好的电路性能。
综合是指将逻辑设计转化为实际的电路结构，优化则是通过改变电路结构或使用更高效的逻辑门来提高电路性能。
综合和优化的过程可以使用专业的电路设计软件或工具进行。
7. 进行布局和布线完成综合和优化后，我们还需要进行布局和布线。
时序逻辑电路的设计 数电课件
例6.5.1 设计一个按自然态序变化的7进制同步加法计数器，计数规则为逢7进1，并产生 一个进位输出。
解：
1. 建立初始状态图
2. 状态化简 7进制计数器应有7个状态，已经最简。
3. 状态分配（已完成）
4. 触发器的个数
由于 22 7，所2以3 选择3个触发器。
5. 方程组 Ⅰ. 时钟方程组
Ⅰ. 设电路开始处于初始状态为S0。 Ⅱ. 第一次输入1时，由状态S0转入状态S1，并输出0。 Ⅲ. 若继续输入1，由状态S1转入状态S2，并输出0。 Ⅳ. 如果仍接着输入1，由状态S2转入状态S3，并输出1。 Ⅴ. 此后若继续输入1，电路仍停留在状态S3，并输出1。 Ⅵ. 电路无论处在什么状态，只要输入0，都应回到初始状态，并输出0，以便重新计数。
D2
Q1n
4. 检查电路能否自启动 将无效状态110，111代入输出、状态方程计算
可见电路能够自启动。
返回
0
Qn1 2
Q2nQ1nQ0n
Q2n Q1n
0
可见111的次态为有效状态000，电路能够自启动。
2. 状态化简
所得初始状态图中，状态S2和S3等价。因为它们在输入为1时输出都为1，且都转换到 次态S3；在输入为0时输出都为0，且都转换到次态S0。所以它们可以合并为一个状态，合 并后的状态用S2表示。
Ⅱ. 多个等价状态可以合并成一个状态；
3. 进行状态分配，求编码后的状态图。
Ⅰ. 所谓状态分配，是指对 个状态变n量可表示的 个状态组合如何2分n 配给系统的 个
状态
的过m程；
S0，S1，L ，Sm1
2n1 m 2n
2n 1! Ku 2n m ! n!
数字电子技术时序逻辑电路PPT
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
n
Q1
（CP0 下降沿动作） （Q0 下降沿动作） （Q1下降沿动作）
Q3n 1
Q1Q2
画时序图： 该电路能够自启动。
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。
[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。
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：
Q3n（Q0
下降沿动作）
列状态转换表：
画状态转换图：
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
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。
2n-1 M 2n
然后给电路的每一种状态分配与之对应的触发器状态组合。
4）确定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动方程 和输出方程。 确定触发器类型后，可根据实际的状态转换图求出电路的状 态方程和输出方程，进而求出电路的驱动方程。
5）根据得到的驱动方程和输出方程，画出相应的逻辑图。
6) 判断所设计的电路能否自启动。
1.同步计数器 1)同步二进制计数器
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时序逻辑电路的基本设计步骤
时序逻辑电路是数字电路的重要组成部分，它根据时钟信号的变化控制不同的输出状态。
时序逻辑电路的设计需要遵循一定的步骤，下面将介绍时序逻辑电路的基本设计步骤。
一、确定电路功能
首先需要明确电路的功能，即输入和输出之间的关系。
这一步需要明确输入信号的种类和电路对输入信号的处理方式，以及输出信号的种类和电路对输出信号的生成方式。
二、建立状态转移图
状态转移图是描述电路状态变化的图形化表示，它包括状态和状态之间的转移关系。
在建立状态转移图时，需要明确每个状态的含义和状态之间的转移关系，以便后续的电路设计。
三、建立状态表
状态表是状态转移图的一种表格形式，它列出了所有可能的输入和输出组合以及对应的状态转移关系。
在建立状态表时，需要根据输入信号和状态转移图确定每个状态的输入、输出和转移条件。
四、设计电路逻辑方程
在确定了状态表后，需要根据状态表设计电路的逻辑方程。
逻辑方程是根据输入信号、状态和输出信号之间的关系描述电路行为的数学表达式。
可以使用布尔代数等数学工具来设计电路的逻辑方程。
五、选择适当的电路元件
根据电路的逻辑方程和输入输出的特性，需要选择适当的电路元件来实现电路功能。
常用的电路元件包括门电路、触发器、计数器等。
六、进行电路实现
在选择了适当的电路元件后，需要进行电路实现。
电路实现可以使用数字集成电路或可编程逻辑器件等。
需要根据电路的逻辑方程和输入输出特性来进行电路的布线和连接。
七、进行电路测试
在完成电路实现后，需要进行电路测试。
电路测试可以通过模拟测试或实际测试来进行。
在测试过程中需要检查输入输出是否符合电路设计要求，并对可能存在的故障进行排除。
八、进行电路优化
在进行电路测试后，需要对电路进行优化。
电路优化可以通过简化逻辑方程、减少电路元件数量等方式来实现。
优化后的电路可以提高电路的性能和可靠性。
以上是时序逻辑电路的基本设计步骤。
在进行时序逻辑电路的设计时，需要按照以上步骤进行，以确保电路的正确性和可靠性。