数字电子技术基础-第六章_时序逻辑电路
阎石《数字电子技术基础》(第6版)考研真题精选-第6章 时序逻辑电路【圣才出品】
第6章时序逻辑电路一、选择题1．下列逻辑电路中哪个是时序逻辑电路：（）。
[江苏大学2016研]A．二进制译码器B．二进制加法器C．移位寄存器D．数据选择器【答案】C【解析】ABD三项都属于组合逻辑电路，C项移位寄存器是由触发器组成的，具有存储功能，它属于时序逻辑电路。
2．同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者（）。
[重庆大学2015研] A．没有触发器B．没有统一的时钟控制C．没有稳定状态D．输出只与内部状态有关【答案】B【解析】A项是组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别；C项是无稳态电路与稳态电路的区别；D项是米勒型电路和摩尔型电路的区别。
3．对于状态表6-1，下列说法正确的是：（）。
[北京邮电大学2015研]表6-1A．状态A和B肯定等价B．状态D和E肯定等价C．状态A和C肯定等价D．状态B和F肯定等价【答案】B【解析】根据状态表6-1可知，状态D和E在输入0后，次态都为自身且输出Z＝0，而在输入1后，次态都变为C且输出Z＝0。
所以，可以视为两者状态等价，同样的分析方法用于A、C、D三项，可以发现这三个选项是错误的。
二、填空题1．时序电路中“等价状态”是______，在实际应用中起______作用。
[重庆大学2014研]【答案】相同的输入下，输出相同且次态也相同；化简【解析】状态等价是指在相同的输入变量条件下，次态相同且输出也相同，等价的状态主要用于化简状态转换表，也就是减少电路的状态数量，可以优化构成相应电路的硬件结构。
2．一个模值为6的计数器，状态转移图如图6-1所示，若初始状态为000，则经过100个CP脉冲后，其状态为______。
[北京邮电大学2015研]图6-1【答案】110【解析】每经过一个CP脉冲，计数器的状态按照顺序变化一次，100/6＝16···4，所以经过了100CP脉冲后，计数器循环了16个完整计数周期，然后又进行了4次状态变化，所以此时状态为110。
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Y ( A Q ( 1 Q 2 ) ( A Q 1 Q 2 ) ) A Q 1 Q 2 A Q 1 Q 2
③计算、 列状态转
换表
Y 输A 入Q 1 Q 2 现A Q 态1 Q 2
A Q2 Q1
次
Q2*
态
Q1*
00 0
01
00 1
10
01 0
11
QQ102*1*AQ01 1 Q1
双向移位寄存器
2片74LS194A接成8位双向移位寄存器
用双向移位寄存器74LS194组成节日彩灯控制电路
1k
LED 发光 二极管
Q=0时 LED亮
+5V
RD Q0 DIR D0
Q1
Q2
Q3 S1
74LS194
S0
D1 D2 D3 DIL CLK +5V
RD Q0 DIR D0
Q1
Q2
Q3 S1
二.一般掌握的内容：
（1）同步、异步的概念，电路现态、次态、有效 状态、无效状态、有效循环、无效循环、自启动的 概念，寄存的概念；
（2）同步时序逻辑电路设计方法。
6.1 概述
一、组合电路与时序电路的区别
1. 组合电路： 电路的输出只与电路的输入有关， 与电路的前一时刻的状态无关。
2. 时序电路：
电路在某一给定时刻的输出
1 0 Q2
0 1
0 1
10 1
00
11 0
01
11 1
10
输出
Y
0 0 0 1 1 0 0 0
Q Q2*1*D D21A Q1 Q1 Q2
YA Q 1 Q 2A Q 1 Q 2
转换条件
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
第06章时序逻辑电路习题解
[题6.20]分析图P 6.20给出的电路，说明这是多少进制的计数器，两片之间是多少进制。 74LSl61的功能表见表6.3.4。
解：这是采用整体置数法接成的计数器。 在出现LD'=0信号以前，两片74LSl61均按十六进制计数。即第(1)片到第(2) 片为十六进制。当第(1)片计为2，第(2)片计为5时产生LD'=0信号，待下一个 CLK信号到达后两片74LSl61同时被置零，总的进制为 5 X 16+2+1=83 故为八十三进制计数器。
图A 6.12
[题6.13]试分析图P 6.13的计数器在M=1和M=0时各为几进制。
解：图P6.13电路是采用同步置数法用74160接成的可变进制计数器。在M=1的 状态下，当电路进入Q3Q2Q1Q0=1001(九)以后，LD'=0。下一个CLK到达时将 D3D2D1D0=0100(四)置入电路中，使Q3Q2Q1Q0=0100，再从0100继续作加 法计数。因此，电路在0100到1001这六个状态间循环，构成六进制计数器。同 理，在M=0的情况下，电路计到1001后置入0010(二)，故形成八进制计数器。
[题6.6]分析图P 6.6给出的时序电路，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说 明电路实现的功能。A为输入变量。
解：由电路图写出驱动方程为 J1=K1=1 J2=K2=A Q1 将上述驱动方程代入JK触发器的特性方程，得到状态方程 Q1*=Q1' Q2*=A Q1 Q2 输出方程为 Y=AQ1Q2+A'Q1'Q2' 根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图A 6.6所示。因为不存在无效 状态，所以电路不存在自启动与否的问题。 当A=0时电路对CLK脉冲作二进制加法计数，A=1时作二进制减法计数。
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。
阎石《数字电子技术基础》笔记和课后习题详解-时序逻辑电路【圣才出品】
第6章时序逻辑电路6.1复习笔记本章系统地讲述了时序逻辑电路的工作原理和分析方法、设计方法。
首先讲述了时序逻辑电路在逻辑功能和电路结构上的特点以及分析时序逻辑电路的具体方法和步骤。
然后介绍了移位寄存器、计数器、顺序脉冲发生器等各类时序逻辑电路的工作原理和使用方法。
最后介绍了时序逻辑电路的竞争-冒险现象。
一、概述时序电路称为状态机（简称SM）、有限状态机（FSM）或算法状态机（ASM），工作时在电路的有限个状态间按一定的规律转换，关于时序电路的要点总结如表6-1-1所示。
表6-1-1时序电路要点总结二、时序逻辑电路的分析方法1．同步时序逻辑电路的分析方法分析一个时序电路，就是要求找出电路的状态和输出的状态在输入变量和时钟信号作用下的变化规律。
由于同步时序电路中所有触发器都是在同一个时钟信号操作下工作的，因此分析方法比较简单。
分析同步时序电路时一般按如下步骤进行：（1）由逻辑图得到每个触发器的驱动方程；（2）将驱动方程代入相应触发器的特性方程，得到状态方程；（3）得到整个时序电路的状态方程组；（4）根据逻辑图得到电路的输出方程。
2．时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、状态机流程图和时序图（1）状态转换表：①状态方程和输出方程中代入任意一组输入变量及电路初态的取值；②计算出电路的次态和现态下的输出值；③将其再代入状态方程和输出方程；④得到一组新的次态和输出值；⑤将所有计算结果列成真值表的形式，得到状态转换表。
（2）状态转换图：将电路的各个状态用圆圈表示，状态转换方向用箭头表示。
箭头旁注明状态转换前的输入变量取值和输出值。
输入变量取值通常写在斜线以上，输出值写在斜线以下。
（3）状态机流程图（SM图）：SM图表示在一系列时钟脉冲作用下时序电路状态转换的流程以及每个状态下的输入和输出。
SM图常用图形符号见表6-1-2。
表6-1-2SM图常用图形符号（4）时序图：在输入信号和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称为时序图。
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。
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Mealy型： Y F ( X ,Q) Moore型： Y F (Q)
与X、Q有关 仅取决于电路状态
6
6.2 时序电路的分析方法
6.2.1 同步时序电路的分析方法 分析：找出给定时序电路的逻辑功能
即找出在输入和CLK作用下，电路的次态和输出。
一般步骤： ①从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程 （输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程。
1
6.1 概述
一、时序逻辑电路的特点 功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与 电路原来的状态有关。 电路结构上 ①包含存储电路和组合电路 ②存储器状态和输入变量共同决定输出
2
CP ai bi ci-1(Q) si ci(D) 0 a0 b0 0 s0 c0 1 a1 b1 c0 s1 c1 2 a2 b2 c1 s2 c2
3
…
时序电路的一般结构形式与功能描述方法
外
部
输
入
外
部
状 态
输 出
变
量
状态用ql
q1表示。
原状态: 新状态：
qn l…
qn1
…
l
qn 1
qn1 1
4
三个方程组
y1 f1( x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
y
j
f1( x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
Q0* XQ1Q0 ( XQ1)Q0 1Q0
五、画逻辑图
21
六、检查电路能否自启动 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：
第六章 时序逻辑电路
本章的重点： 1．时序逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点，
以及逻辑功能的描述方法； 2．同步时序逻辑电路的分析方法和设计方法； 3．常用的中规模集成时序逻辑电路器件的应用。
本章的难点： 本章难点是同步时序逻辑电路的分析方法和设计方
法。同步时序逻辑电路的分析方法和设计方法既是本 章的一个难点，又是一个重点。这些方法不仅适用于 用中小规模器件设计时序逻辑电路，而且也是使用可 编程逻辑器件设计时序逻辑电路所必须具备的基础知 识。
QQ2*1*Q(1QQ22Q3
) Q1 Q1Q3Q2
Q3* Q1Q2Q3 Q2Q3
8
时序电路的状态转换表
状态转换表
Q3 Q2 Q1
000 001 01 0 01 1 1 00 1 01 110 111
Q3* Q2* Q1* Y
001 0 01 00 01 1 0 1 000 1 01 0 1 1 00 0001 0001
Y Q2Q3
9
状态转换图
10
波形图
11
(1)驱动方程：D2
D1 Q1 A Q1 Q2
(2)状态方程：Q2
*
Q1* A
Q1 Q1
Q2
(3)输出方程： Y [(AQ1Q2 )( AQ1Q2 )] AQ1Q2 AQ1Q2
CLK Q3 Q2 Q1 Y
00000 1 001 0 201 00 301 1 0 41 000 51 01 0 61 1 01 70000 01 1 1 1 1 0000
Q1* (Q2Q3 ) Q1 Q2* Q1Q2 Q1Q3Q2 Q3* Q1Q2Q3 Q2Q3
z1 g1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql ) zk g1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
q1* h1(z1, z2 ,, zi , q1, q2 ,, ql ) ql hl (z1, z2 ,, zi , q1, q2 ,, ql )
②将驱动方程代入触发器的特性方程，得到状态方程。
③从给定电路写出输出方程。
7
TTL电路
1.写驱动方程：
JJ21Q(Q1 , 2Q3
), K
2
K1 1 (Q1Q3 )
J3 Q1Q2 ,
K3 Q2
3.输出方程 Y Q2Q3
2.代入JK触发器的特性方程（Q* JQ K Q，得状态方程：
设计的一般步骤 一、逻辑抽象，求出状态转换图或状态转换表 确定输入/输出变量、电路状态数。 定义输入/输出逻辑变量以及每个电路状态的含意，并对电 路状态进行编号。 按设计要求列出状态转换表，或画出状态转换图。
二、状态化简 若两个状态在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个 次态，则称为等价状态；等价状态可以合并。
12
（4）列状态转换表：
Q2 * Q1 * Y A
0
00 Q2 Q1 01/0
01 10 10/0 11/0
11 00/1
1
11/1 00/0 01/0 10/0
（5）状态转换图
Q1* Q1 Q2* A Q1 Q2 Y AQ1Q2 AQ1Q2
13
6.3 时序逻辑电路的设计方法
一、抽象、画出状态转换图
二、状态化简
用X（1位）表示输入数据
用Y（1位）表示输出（检测结果）
17
18
三、状态分配 取n=2，令 Q1Q0 的00、01、10为 S0、S1、S2 则，
19
Q1* XQ1 XQ0 Q0* XQ1Q0
Y XQ1
20
四、选用JK触发器，求方程组
Q1* XQ1 XQ0 (Q1 Q1) ( XQ0 )Q1 ( X )Q1
14
三、状态分配（编码） 1. 确定触发器数目。 2. 给每个状态规定一个代码。 （通常编码的取法、排列顺序都依照一定的规律） 四、选定触发器类型 求出状态方程，驱动方程，输出方程。 五、画出逻辑图 六、检查自启动
15
16
例：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。
输出方程Y F ( X ,Q) 驱动方程Z G( X ,Q)
状态方程Q* H (Z ,Q )
5
时序电路的分类
1.同步时序电路与异步时序电路 同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的clk,状态变 化发生在同一时刻 异步：没有统一的clk,触发器状态的变化有先有后
2.Mealy型和Moore型