时序逻辑电路的应用举例共18页文档
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时序逻辑电路应用举例
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例1 时序逻辑电路应用举例1
设计串行比较器。串行比较器对两个位数 设计串行比较器。 相同的二进制数A 进行比较，如果A>B， 相同的二进制数A，B进行比较，如果A>B， 则输出Z1Z0=10，A<B则输出 则输出Z1Z0=01， 则输出Z1Z0=10，A<B则输出Z1Z0=01， A=B则输出 A=B则输出Z1Z0=00。 则输出Z1Z0=00。
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例1 时序逻辑电路应用举例1
分析：根据题意， 分析：根据题意，电路的输入为两个位数相同的数 输出为Z1Z0，状态A>B用S1，A<B用S2， 据A，B；输出为Z1Z0，状态A>B用S1，A<B用S2， A=B用S0表示 画出状态转换图如下： A=B用S0表示。画出状态转换图如下： 表示。
AB=11 × × × ×
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例4 时序逻辑电路应用举例4
设计售4分的邮票机。 设计售4分的邮票机。自动售邮票机能 出售一张4分邮票，并向顾客退回余款， 出售一张4分邮票，并向顾客退回余款，它 的投币口每次只能接受一个1 的投币口每次只能接受一个1分、2分、5分 的硬币。 的硬币。
00/00 11/10 S5 10/00 01,10/01 00,01, 10/00 S0 01,11/00 10/00 10,11/01 S4 00/00 01/00 S3 00/00 10,11/00 01/00 S2 00/00 X1X2/F1F2 00/00 11/00 S1
01,11/01
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例3 时序逻辑电路应用举例3
时序逻辑电路应用举例1 时序逻辑电路应用举例1
设计串行比较器。串行比较器对两个位数 设计串行比较器。 相同的二进制数A 进行比较，如果A>B， 相同的二进制数A，B进行比较，如果A>B， 则输出Z1Z0=10，A<B则输出 则输出Z1Z0=01， 则输出Z1Z0=10，A<B则输出Z1Z0=01， A=B则输出 A=B则输出Z1Z0=00。 则输出Z1Z0=00。
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例1 时序逻辑电路应用举例1
分析：根据题意， 分析：根据题意，电路的输入为两个位数相同的数 输出为Z1Z0，状态A>B用S1，A<B用S2， 据A，B；输出为Z1Z0，状态A>B用S1，A<B用S2， A=B用S0表示 画出状态转换图如下： A=B用S0表示。画出状态转换图如下： 表示。
AB=11 × × × ×
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例4 时序逻辑电路应用举例4
设计售4分的邮票机。 设计售4分的邮票机。自动售邮票机能 出售一张4分邮票，并向顾客退回余款， 出售一张4分邮票，并向顾客退回余款，它 的投币口每次只能接受一个1 的投币口每次只能接受一个1分、2分、5分 的硬币。 的硬币。
00/00 11/10 S5 10/00 01,10/01 00,01, 10/00 S0 01,11/00 10/00 10,11/01 S4 00/00 01/00 S3 00/00 10,11/00 01/00 S2 00/00 X1X2/F1F2 00/00 11/00 S1
01,11/01
《数字逻辑电路》 数字逻辑电路》
时序逻辑电路应用举例3 时序逻辑电路应用举例3
数电时序逻辑电路
时），若C/B＝1，CLKI输入 低电平期间，CLKO端会有一
个低电平输出。
U’/D是加减计数控制端；
D0～D3是并行数据输入端；
LD’是异步预置数控制端；LD’=0 时，D0~D3的数据立刻被置入 FF0~FF3中； S’是使能控制端；S’=1时T0~T3全 部为0，FF0~FF3保持不变； C/B是进位/借位信号输出端：
74160的LD’采用同步方式，因此在电路的0101状态下，译码出0送入LD’，同时令 D3D2D1D0=0000，则下一个上升沿到达时，电路的状态将被置成0000。
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没用的 1001， C失去
作用
例：将十进制计数器74160接成六进制计数器
想办法将1001这个状态包含到电路有效状态中去： 在0100状态下译出0送入LD’，并令D3D2D1D0=1001，则电路的下一个状态为1001，此 时进位C输出为1，电路的有效状态仍为6个，每经过6个脉冲C输出一个进位
②M不可分解(素数)
采用整体置零和整体置数法： 先将两片接成一个进制数 大于 M 的计数器 然后再采用整体置零或整体置数的方法
该方法更具一般性
第35页/共50页
例：用74160接成二十九进制
首先将两片74160连成100进制计数器
第36页/共50页
例：用74160接成二十九进制
采用整体置零或整体置数的方法，将百进制计数器连成二十九进制计数器
第13页/共50页
通过控制时钟端实现的双时钟可逆计数
器:74LS193
特点：加法计数脉冲和减法计数 脉冲来自两个不同的脉冲源
所有触发器的T=1，只要有时
钟信号就翻转。
CLKU端有计数脉冲输入时， 做加法计数
个低电平输出。
U’/D是加减计数控制端；
D0～D3是并行数据输入端；
LD’是异步预置数控制端；LD’=0 时，D0~D3的数据立刻被置入 FF0~FF3中； S’是使能控制端；S’=1时T0~T3全 部为0，FF0~FF3保持不变； C/B是进位/借位信号输出端：
74160的LD’采用同步方式，因此在电路的0101状态下，译码出0送入LD’，同时令 D3D2D1D0=0000，则下一个上升沿到达时，电路的状态将被置成0000。
第30页/共50页
没用的 1001， C失去
作用
例：将十进制计数器74160接成六进制计数器
想办法将1001这个状态包含到电路有效状态中去： 在0100状态下译出0送入LD’，并令D3D2D1D0=1001，则电路的下一个状态为1001，此 时进位C输出为1，电路的有效状态仍为6个，每经过6个脉冲C输出一个进位
②M不可分解(素数)
采用整体置零和整体置数法： 先将两片接成一个进制数 大于 M 的计数器 然后再采用整体置零或整体置数的方法
该方法更具一般性
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例：用74160接成二十九进制
首先将两片74160连成100进制计数器
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例：用74160接成二十九进制
采用整体置零或整体置数的方法，将百进制计数器连成二十九进制计数器
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通过控制时钟端实现的双时钟可逆计数
器:74LS193
特点：加法计数脉冲和减法计数 脉冲来自两个不同的脉冲源
所有触发器的T=1，只要有时
钟信号就翻转。
CLKU端有计数脉冲输入时， 做加法计数
时序逻辑电路的应用
第6 章 时序逻辑电路的应用
• 6. 1 概述 • 6. 2 时序逻辑电路的分析 • 6. 3 寄存器和移位寄存器的应用 • 6. 4 计数器的应用
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6. 1 概 述
• 时序逻辑电路简称时序电路, 是数字系统中非常重要的一类逻辑电路。 常见的时序逻辑电路有计数器、寄存器和序列信号发生器等。
• 所谓时序逻辑电路, 是指电路此刻的输出不仅与电路此刻的输入组合 有关, 还与电路前一时刻的输出状态有关。它是由门电路和记忆元件 (或反馈元件) 共同构成的。
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6. 1 概 述
• 式中, tn 、tn+1 表示两个相邻的离散时间。式(6-1) 称为输出方程, 式 (6-2) 称为驱动方程, 式(6-3) 称为状态方程, 存储电路的输出Q 称为状 态向量, 其中Q(tn ) 表示存储电路各触发器输出的现时状态, 简称现态 或初态; Q(tn+1) 表示存储电路下一个工作周期(来过一个时钟脉冲之后) 各触发器的输出状态, 简称次态。由输出方程可知, 电路的现时输出 Z(tn ) 取决于存储电路的现时状态Q(tn ) 及现时输入X(tn ), 而现时状态 Q(tn ) 与过去的输入状况有关。符合这个输出方程条件的时序电路称 为米莱型(Mealy 型) 电路。许多时序电路结构简单, 其输出只与存储 电路现时状态Q(tn ) 有关, 与现时输入X(tn ) 无关, 因此输出方程为 Z(tn ) = F[Q(tn )] , 这种时序电路称为穆尔型(Moore 型)电路。
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6. 2 时序逻辑电路的分析
• (3) 输出方程。 • 若将该电路的第三个JK 触发器的输出端Q3 规定为C, 则它的输出方
程为 • 显然输出变量C 仅取决于存储电路的现态, 因此该电路为Moore 型时
• 6. 1 概述 • 6. 2 时序逻辑电路的分析 • 6. 3 寄存器和移位寄存器的应用 • 6. 4 计数器的应用
返回
6. 1 概 述
• 时序逻辑电路简称时序电路, 是数字系统中非常重要的一类逻辑电路。 常见的时序逻辑电路有计数器、寄存器和序列信号发生器等。
• 所谓时序逻辑电路, 是指电路此刻的输出不仅与电路此刻的输入组合 有关, 还与电路前一时刻的输出状态有关。它是由门电路和记忆元件 (或反馈元件) 共同构成的。
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6. 1 概 述
• 式中, tn 、tn+1 表示两个相邻的离散时间。式(6-1) 称为输出方程, 式 (6-2) 称为驱动方程, 式(6-3) 称为状态方程, 存储电路的输出Q 称为状 态向量, 其中Q(tn ) 表示存储电路各触发器输出的现时状态, 简称现态 或初态; Q(tn+1) 表示存储电路下一个工作周期(来过一个时钟脉冲之后) 各触发器的输出状态, 简称次态。由输出方程可知, 电路的现时输出 Z(tn ) 取决于存储电路的现时状态Q(tn ) 及现时输入X(tn ), 而现时状态 Q(tn ) 与过去的输入状况有关。符合这个输出方程条件的时序电路称 为米莱型(Mealy 型) 电路。许多时序电路结构简单, 其输出只与存储 电路现时状态Q(tn ) 有关, 与现时输入X(tn ) 无关, 因此输出方程为 Z(tn ) = F[Q(tn )] , 这种时序电路称为穆尔型(Moore 型)电路。
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6. 2 时序逻辑电路的分析
• (3) 输出方程。 • 若将该电路的第三个JK 触发器的输出端Q3 规定为C, 则它的输出方
程为 • 显然输出变量C 仅取决于存储电路的现态, 因此该电路为Moore 型时
5时序逻辑电路
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。
5.2.1 数码寄存器
Q3
Q2
Q1
Q0
&
&
&
QQ D
QQ D
QQ D
CLR
A3
A2
A1
四位数码寄存器
&
QQ D
A0
取数 脉冲
接收 脉冲 ( CP )
（5-5）
正边沿 触发
VCC 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q 时钟
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 74LS374
0000 0000 0000 0000
Q2 0 1 1 0 0 0 Q3 1 0 1 1 0 0
（5-10）
四位串入 - 串出的左移寄存器：
串行 输出
Q
3
D
Q2 D
Q1 D
Q
0
D
Q
Q
Q
Q
串行 输入
CP
四位串入 - 串出的右移寄存器：
串行 输入
D Q3
D Q2
D Q1
D Q0
Q
Q
Q
Q
串行 输出
CP
D0 ＝ L D1 ＝ Q0 D2 ＝ Q1 D3 ＝ Q2
Q2 J2 Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
原状态
控
制
端
CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2 = J1 = K1 = J0 =
Q1Q0 1
1
1
Q2
1 000 0 1 1 1 1
2 001 0 1 1 1 1
3 010 0 1 1 1 1
4 011 1 1 1 1 1
5.2.1 数码寄存器
Q3
Q2
Q1
Q0
&
&
&
QQ D
QQ D
QQ D
CLR
A3
A2
A1
四位数码寄存器
&
QQ D
A0
取数 脉冲
接收 脉冲 ( CP )
（5-5）
正边沿 触发
VCC 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q 时钟
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 74LS374
0000 0000 0000 0000
Q2 0 1 1 0 0 0 Q3 1 0 1 1 0 0
（5-10）
四位串入 - 串出的左移寄存器：
串行 输出
Q
3
D
Q2 D
Q1 D
Q
0
D
Q
Q
Q
Q
串行 输入
CP
四位串入 - 串出的右移寄存器：
串行 输入
D Q3
D Q2
D Q1
D Q0
Q
Q
Q
Q
串行 输出
CP
D0 ＝ L D1 ＝ Q0 D2 ＝ Q1 D3 ＝ Q2
Q2 J2 Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
原状态
控
制
端
CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2 = J1 = K1 = J0 =
Q1Q0 1
1
1
Q2
1 000 0 1 1 1 1
2 001 0 1 1 1 1
3 010 0 1 1 1 1
4 011 1 1 1 1 1
时序逻辑电路PPT课件
时序逻辑电路可以分为同步时序 逻辑电路和异步时序逻辑电路， 其中同步时序逻辑电路是最常用 的类型。
工作原理
状态表示
时序逻辑电路中的状态通常由存储元件（如触发器）来存储，根据 输入信号的变化，电路的状态会随之改变。
状态转移
时序逻辑电路中的状态转移是由输入信号和当前状态共同决定的， 根据一定的逻辑关系，电路会从一个状态转移到另一个状态。
。
02
可编程逻辑控制器（PLC）
在工业控制系统中，时序逻辑电路用于实现可编程逻辑控制器，用于自
动化控制和数据处理。
03
传感器接口
时序逻辑电路用于实现传感器接口电路，将传感器的模拟信号转换为数
字信号，并传输给微控制器或可编程逻辑控制器进行处理。
04
CATALOGUE
时序逻辑电路的优化
优化设计
设计
使用基本的逻辑门电路， 根据需求逐一设计电路。
自动化工具设计
使用EDA（电子设计自动 化）工具进行设计，提高 设计效率。
混合设计
结合手工设计和自动化工 具设计，根据具体情况选 择合适的设计方法。
设计工具
硬件描述语言
使用Verilog或VHDL等硬件描述语言进行设计。
EDA工具
时序逻辑电路
目录
• 时序逻辑电路简介 • 时序逻辑电路设计 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的优化 • 时序逻辑电路的发展趋势
01
CATALOGUE
时序逻辑电路简介
定义与分类
定义
时序逻辑电路是一种具有记忆功 能的电路，它能够根据输入信号 的变化，按照一定的逻辑关系， 输出相应的信号。
分类
输出信号
时序逻辑电路的输出信号是根据当前状态和输入信号来确定的，它会 随着状态的变化而变化。
工作原理
状态表示
时序逻辑电路中的状态通常由存储元件（如触发器）来存储，根据 输入信号的变化，电路的状态会随之改变。
状态转移
时序逻辑电路中的状态转移是由输入信号和当前状态共同决定的， 根据一定的逻辑关系，电路会从一个状态转移到另一个状态。
。
02
可编程逻辑控制器（PLC）
在工业控制系统中，时序逻辑电路用于实现可编程逻辑控制器，用于自
动化控制和数据处理。
03
传感器接口
时序逻辑电路用于实现传感器接口电路，将传感器的模拟信号转换为数
字信号，并传输给微控制器或可编程逻辑控制器进行处理。
04
CATALOGUE
时序逻辑电路的优化
优化设计
设计
使用基本的逻辑门电路， 根据需求逐一设计电路。
自动化工具设计
使用EDA（电子设计自动 化）工具进行设计，提高 设计效率。
混合设计
结合手工设计和自动化工 具设计，根据具体情况选 择合适的设计方法。
设计工具
硬件描述语言
使用Verilog或VHDL等硬件描述语言进行设计。
EDA工具
时序逻辑电路
目录
• 时序逻辑电路简介 • 时序逻辑电路设计 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的优化 • 时序逻辑电路的发展趋势
01
CATALOGUE
时序逻辑电路简介
定义与分类
定义
时序逻辑电路是一种具有记忆功 能的电路，它能够根据输入信号 的变化，按照一定的逻辑关系， 输出相应的信号。
分类
输出信号
时序逻辑电路的输出信号是根据当前状态和输入信号来确定的，它会 随着状态的变化而变化。
时序逻辑电路
0
从上表很容易看出，每经过5个时钟之后，电路状态循环变 化一次，所以这个具有对时钟信号计算的功能，显然，这是 一个五进制加法计数器。
5. 画状态转换图
表
删表
Q3Q2Q1
111
101 110
000
001
010
100
011
现态
次态
状Q0本态3n 电循Q路环0n2 的）主Q循01n 环（Q 3n0有1 效Q循n201 环、Q 11n 1
Qn1 0
Q1nQ0n
J1 MQ0n K1 1
M=1时
（4）状态转换表及状态图
Qn1 1
Q1nQ0n
Qn1 0
Q1nQ0n
M
Q
n 1
Q
n 0
0 00
Q Q
n 1
1
n 1 0
01
M=0时
Q1Q0
0 01 0 10
10 00
11
00
01
10
0 11 0 0
1 1 0 0 1 M=1时
FF1 J1 Q1 C K1
FF2 J2 Q2 C K2
FF3 J3 C K3 Q3
RD CP
分析:各触发器接受同一时钟脉冲，所以是一个同步时序逻辑电 路。触发器时钟脉冲处有一小圆圈，故是下降沿触发；由于没 有外部输入信号，所以属于莫尔型的时序逻辑电路
FF1 J1 Q1 C K1
FF2 J2 Q2 C K2
7. 总结逻辑功能 由状态转换图可知，该电路也是五进制加法计 算器，而且具有自启动能力
Q3Q2Q1
111
000
001
100
101 110 010 011
状态转换图
常用时序逻辑电路及其应用
通过优化电路结构和布局布线，减 小信号传输延时，提高电路工作频 率。
功耗优化
通过优化电路结构和降低工作电压， 减小电路功耗，延长电池寿命。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
集成电路
FPGA和CPLD
现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑 器件，可以通过编程实现时序逻辑电 路，具有灵活性高、可重复编程等优 点。
通过集成电路工艺实现时序逻辑电路， 具有高速、低功耗等优点，但成本较 高。
时序逻辑电路的性能优化
面积优化
在满足功能和性能要求的前提下， 尽量减小电路规模，降低成本。
速度优化
寄存器
总结词
寄存器是一种能够存储二进制数据的电路，它可以保存数据并按照时钟信号的节 拍进行数据的读写操作。
详细描述
寄存器由多个触发器组成，每个触发器存储一位二进制数。在时钟信号的上升沿 或下降沿时，寄存器会将输入的数据保存到触发器中，并在下一个时钟信号的上 升沿或下降沿时将数据输出。寄存器常用于数据的串行传输和并行传输。
02 常用时序逻辑电路
触发器
总结词
触发器是一种具有记忆功能的电路，它能够存储二进制数据，并在特定条件下改变状态。
详细描述
触发器有两个稳定状态，分别表示二进制数的0和1。当触发器的输入信号满足一定条 件时，触发器会从一个状态跳变到另一个状态，并保持该状态直到外部信号改变其状态。
常见的触发器有RS触发器、D触发器和JK触发器等。
常用时序逻辑电路及其应用
目录
• 时序逻辑电路概述 • 常用时序逻辑电路 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的设计与实现
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义
总结词
时序逻辑电路是一种能够存储二进制状态，并按照一定的逻辑关系进行输入和输出的电路。
功耗优化
通过优化电路结构和降低工作电压， 减小电路功耗，延长电池寿命。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
集成电路
FPGA和CPLD
现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑 器件，可以通过编程实现时序逻辑电 路，具有灵活性高、可重复编程等优 点。
通过集成电路工艺实现时序逻辑电路， 具有高速、低功耗等优点，但成本较 高。
时序逻辑电路的性能优化
面积优化
在满足功能和性能要求的前提下， 尽量减小电路规模，降低成本。
速度优化
寄存器
总结词
寄存器是一种能够存储二进制数据的电路，它可以保存数据并按照时钟信号的节 拍进行数据的读写操作。
详细描述
寄存器由多个触发器组成，每个触发器存储一位二进制数。在时钟信号的上升沿 或下降沿时，寄存器会将输入的数据保存到触发器中，并在下一个时钟信号的上 升沿或下降沿时将数据输出。寄存器常用于数据的串行传输和并行传输。
02 常用时序逻辑电路
触发器
总结词
触发器是一种具有记忆功能的电路，它能够存储二进制数据，并在特定条件下改变状态。
详细描述
触发器有两个稳定状态，分别表示二进制数的0和1。当触发器的输入信号满足一定条 件时，触发器会从一个状态跳变到另一个状态，并保持该状态直到外部信号改变其状态。
常见的触发器有RS触发器、D触发器和JK触发器等。
常用时序逻辑电路及其应用
目录
• 时序逻辑电路概述 • 常用时序逻辑电路 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的设计与实现
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义
总结词
时序逻辑电路是一种能够存储二进制状态，并按照一定的逻辑关系进行输入和输出的电路。
时序逻辑电路的设计与应用列子
时序逻辑电路的设计与应用列子一、时序逻辑电路的概念和应用时序逻辑电路是一种在数字电路中广泛使用的电路类型，它能够根据输入信号的时序关系来控制输出信号的状态。
时序逻辑电路通常由触发器、计数器、状态机等基本元件组成，这些元件能够实现各种复杂的逻辑功能，如计数、定时、控制等。
在实际应用中，时序逻辑电路被广泛应用于各种数字系统中，如计算机、通信设备、工业自动化控制等领域。
其中，计算机是最典型的应用之一，它通过时序逻辑电路实现了诸如指令执行、存储器读写等功能。
二、设计一个简单的时序逻辑电路假设我们需要设计一个简单的计数器，它能够从0开始循环计数到9，并在达到9后重新从0开始计数。
为了实现这个功能，我们可以采用以下步骤：1. 确定输入和输出信号首先，我们需要确定输入和输出信号。
对于这个计数器而言，输入信号可以是一个时钟脉冲信号（CLK），每当CLK上升沿到来时就进行一次计数操作；输出信号可以是一个4位二进制数码（BCD），用于表示当前的计数值。
2. 选择适当的触发器为了实现计数操作，我们需要使用一个触发器来存储当前的计数值，并在时钟脉冲到来时更新计数值。
在这个例子中，我们可以选择一个4位D触发器作为存储器，它能够存储4位二进制数。
3. 设计逻辑电路根据计数器的功能要求，我们需要设计一组逻辑电路来实现以下功能：（1）初始化：当CLK上升沿到来时，如果当前计数值为9，则将其清零（即重新开始计数）；否则将其加1。
（2）输出：将当前的二进制计数值转换为4位BCD码，并输出到外部接口。
为了实现这些功能，我们可以采用以下电路设计：首先，我们需要将CLK信号输入到一个D触发器中，并设置其初始状态为0。
每当CLK上升沿到来时，该触发器会将其输入端的信号存储到输出端，并且同时产生一个反相输出Q'信号。
接下来，我们需要将Q'信号输入到一个与门中，并且将该门的另一输入端连接到一个4位全加器中。
全加器的另一输入端连接到一个常量1信号源。