时序逻辑电路的一般分析方法【精选】
同步时序逻辑电路
4）选择触发器的类型及个数（2n-1M 2n，其中M是电 路包含的状态个数）。 5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：根据各触 发器的次态方程，二进 制状态表求出触发器的激励函数 表达式和电路的输出函数表达式，并予以化简。 6）画逻辑电路图，并检查自启动能力。
五、画逻辑电路图：
1）先画出所选的触发器，并按状态表中状态变量的顺序 给触发器编号。 2）根据激励函数、输出函数写出组合逻辑图。 3）最后画出同步时钟信号线。
二、状态化简：
1、隐含表法：基本思想：先对原始状态表中的所有状态两两 比较，找出等效状态对；然后利用等效关系的传递性，得到 等效类和最大等效类；最后将最大等效类中的状态合并，得 到最小化状态表。
2、步骤：1）作隐含表：隐含表是一个直角三角形网格，横 向和纵向格数相同，即等于原始状态表中的状态数减1。隐含 表中的方格是用状态名称来标注的，即横向从左到右按原始 状态
1）设立初始状态：（时序逻辑电路在输入信号开始作用之 前的状态称为初始状态）。
首先设立初始状态，然后从初始状态出发考虑在各输入作用 下的状态转移和输出响应。
2）根据需要记忆的信息增加新的状态。 应根据问题中要求记忆和区分的信息去考虑设立每一个状态。 一般说来，若在某个状态下出现的输入信号能用已有状态表 示时，才令其转向新的状态。
例4 ， P224
§6.1 时序逻辑电路的基本概念
一、时序逻辑电路的基本结构及特点：
1、基本结构：由组合电路和存储电路（延迟元件和触 发器），两部分组成。
2、逻辑关系：1）输出方程Z=F1（X，Qn）；2）驱动 方程（激励函数）：Y=F2（X，Qn）；3）状（次） 态方程：Qn+1=F3(Y,Qn)。 3、特点：1）它由组合电路和存储电路组成。2）时序 逻辑电路中存在反馈，因而电路的工作状态与时间因 素相关，即时序电路的输出由电路的输入和电路原来 的状态共同决定。
同步时序逻辑电路的分析步骤
时序逻辑电路的分析，就是从给定的时序电路的逻辑电路图出发，分析得到其逻辑功能。
具体讲，就是确定电路的输入和现态如何决定了电路的输出和次态，从而得到电路的状态迁移规律。
对于同步时序逻辑电路，其中的触发器在统一的时钟信号的控制下工作，电路分析过程比较简单。
★同步时序逻辑电路的分析步骤◆判断根据给定的逻辑电路图，判断其为同步时序，还是异步时序，如果是同步时序，就按照下面的步骤具体分析。
◆读图阅读电路图，明确电路中采用了何种触发器，以及输入、输出变量的情况；随后，根据电路的连接形式，得到电路的输出方程（输出由输入和现态决定的函数），以及触发器的激励方程（触发器的激励信号由输入和现态决定的函数）。
◆带入已知触发器类型，可知其特征方程的标准形式，将上一步中得到的激励方程带入触发器的特征方程，得到电路中各个触发器对应的状态方程。
此时就得到了电路对应的逻辑表达式，包括输出方程、状态方程（次态由输入和现态决定的函数）。
◆计算根据上一步得到的表达式，得到状态表，一般按照真值表的结构列写即可，也就是电路的真值表。
当然，列写时最好用整体分析的方法，在分析困难时，可能需要带入计算。
◆转换将电路的状态表（真值表）转换为状态图。
◆总结分析电路的状态图上表达出的状态迁移关系，从而总结得到电路的逻辑功能，同时，这里一般还需要判断电路的安全性如何。
时序逻辑电路的安全性，及安全性的判断，将在例题中具体介绍。
★以上分析步骤，可以简单总结为图8.2.3所示流程。
计算图8.2.3 同步时序逻辑电路的分析步骤图8.2.3重点总结了同步时序电路的分析时，每一步骤的目标和工作核心，应该不难理解。
★再强调一下：◆分析组合逻辑电路时，从逻辑电路图出发，最终得到对应的真值表，然后在真值表上总结得到逻辑功能；◆分析同步时序电路时，最终得到是对应的状态图，然后在状态图上总结得到逻辑功能。
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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。
时序逻辑电路
0
n +1 Q2n+1 = 1不变,Q11 ↑ 0 0 不变 1 = 1, 0 0,不变 Q ↑ 2 n +1 n +1 0不变Q ↑ 1 = 1,, 0 0 Q1 = 1不变Q 00 ↑ 1 1 1 n +1 n +1 0 0 CP ↑ 0 Q0 = 1 = 1,,CP ↑
1 1 0 0 1 1
Q2
Q0
Q1
Q2
1
时钟方程： 输出方程：
CP2 = CP = CP0 = CP 1
同步时序电路的时钟 方程可省去不写。
写 方 程 式
Y =Q Q
n 1
n 2
输出仅与电路现态有关，为 穆尔型时序电路。
J 2 = Q1n n 驱动方程： J1 = Q0 J 0 = Q2n
K2 = Q
J1 = Q0n 、 K1 = Q2n Q0n J2 = Q Q
n 1 n 0 、
Q
5
n +1
= JQ + K Q
n
& FF0 1 1J C1 1K
n
K2 = Q
n 1
& FF1 1J C1 1K & Q1 Q1 FF2 & 1J C1 1K Y Q2 Q2
电 路 图
Q0 Q0
CP
6
检查电路能否自启动
D触发器的特性方程：
Q
n +1
=D
Q1上升沿时刻有效 Q 0上升沿时刻有效 CP上升沿时刻有效
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
n Q2 +1 = D2 = Q2n n +1 Q1 = D1 = Q1n n +1 Q0 = D0 = Q0n
时序逻辑电路的分析和设计
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。
时序逻辑电路例题分析
Q0 Q1 Q2 Q3
Q4 Q5 Q6 Q37
CP1
CP CP0
74LS90(个位 ) S9A S9B R0A R0B
CP1 74LS90(十位 ) CP0 S9AS9B R0AR0B
5-1 第五章 时序逻辑电路设计例题
(1) 根据任务要求，确定状态图
001
011
010
QA、QB、QC分别表示三个绕组A、
/0
/0
(a) 有效循环
/0 010 101
/1
(b) 无效循环
6.时序图
CP
Q 0
Q1 Q2
Y
7.电路功能
有效循环的6个状态，称为六进制同步计数器。当对第6个脉
冲计数时，计数器又重新从000开始计数，并产生输出Y＝1。
8.自启动问题
如果无效状态构成循环，则一旦受到干扰，使得电路进入无效 状态，则电路就没有可能再回到有效状态，即不能在正常工作， 必须重起系统才能正常工作，此类电路不能自启动。
4.画出逻辑图：
J0 = Q1n K0 = 1
J1 = Q0n K1 = 1
Z = Q1nQ0n
FF0
1J
Q
FF1
1J
Q& Z
C1
C1
1 1K
1 1K
Q
Q
CP
5.检测自启动： 11 00
此电路能够自启动
例3 设计一个串行数据检测电路，当连续输入3个或3个以上1时， 电路的输出为1，其它情况下输出为0。例如： 输入X 101100111011110 输出Y 000000001000110
QA JA QAKA
计数脉冲CP
(7) 检验该计数电路能否自动启动。
时序逻辑电路
第五章时序逻辑电路前面介绍的组合逻辑电路无记忆功能。
而时序逻辑电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，或者说与电路以前的输入状态有关，具有记忆功能。
触发器是时序逻辑电路的基本单元。
本章讨论的内容为时序逻辑电路的分析方法、寄存器和计数器的原理及应用。
第一节时序逻辑电路的分析一、概述1、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，结构框图如图5-1所示。
图中外部输入信号用X（x1，x2，…，x n）表示；电路的输出信号用Y（y1，y，…，y m）表示；存储电路的输入信号用Z（z1，z2，…，z k）表示；存储电2路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q（q1，q2，…，q j）表示。
图5-1 时序逻辑电路的结构框图可见，为了实现时序逻辑电路的逻辑功能，电路中必须包含存储电路，而且存储电路的输出还必须反馈到输入端，与外部输入信号一起决定电路的输出状态。
存储电路通常由触发器组成。
2、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法用于描述触发器逻辑功能的各种方法，一般也适用于描述时序逻辑电路的逻辑功能，主要有以下几种。
（1）逻辑表达式图5-1中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述：Y =F(X，Q n)Z =G(X，Q n)Q n+1=H(Z，Q n)它们依次为输出方程、状态方程和存储电路的驱动方程。
由逻辑表达式可见电路的输出Y不仅与当时的输入X有关，而且与存储电路的状态Q n有关。
（2）状态转换真值表状态转换真值表反映了时序逻辑电路的输出Y、次态Q n+1与其输入X、现态Q n的对应关系，又称状态转换表。
状态转换表可由逻辑表达式获得。
（3）状态转换图状态转换图又称状态图，是状态转换表的图形表示，它反映了时序逻辑电路状态的转换与输入、输出取值的规律。
（4）波形图波形图又称为时序图，是电路在时钟脉冲序列CP的作用下，电路的状态、输出随时间变化的波形。
应用波形图，便于通过实验的方法检查时序逻辑电路的逻辑功能。
数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)
数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)1、第六章时序规律电路本章主要内容6.1概述6.2时序规律电路的分析方法6.3若干常用的时序规律电路6.4时序规律电路的设计方法6.5时序规律电路中的竞争-冒险现象1.时序规律电路的特点2.时序规律电路的分类3.时序规律电路的功能描述方法§6.1概述一、时序规律电路的特点1、功能：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。
例:串行加法器:两个多位数从低位到高位逐位相加一、时序规律电路的特点2.电路结构①包含存储电路和组合电路，且存储电路必不行少；②存储电路的输出状态必需反馈到组合电路输入端，与输入变量共同确定组合规律的输出。
yi:输出信号xi:输2、入信号qi:存储电路的状态zi:存储电路的输入可以用三个方程组来描述：Z=G(X,Q)二、时序电路的分类1.依据存储电路中触发器的动作特点不同时序电路存储电路里全部触发器有一个统一的时钟源;触发器状态改变与时钟脉冲同步.同步：异步：没有统一的时钟脉冲，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。
二、时序电路的分类2.依据输出信号的特点不同时序电路输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。
Y=F(X,Q)米利(Mealy)型：穆尔(Moore)型：输出状态仅取决于存储电路的状态。
犹如步计数器Y=F(Q)三、时序规律电路的功能描述方法描述方法3、规律方程式状态转换表状态转换图时序图三、时序规律电路的功能描述方法(1)规律方程式：写出时序电路的输出方程、驱动方程和状态方程。
输出方程反映电路输出Y与输入X和状态Q之间关系表达式；驱动方程反映存储电路的输入Z与电路输入X和状态Q之间的关系状态方程反映时序电路次态Qn+1与驱动函数Z和现态Qn之间的关系三、时序规律电路的功能描述方法(2)状态〔转换〕表：反映输出Z、次态Qn+1和输入X、现态Qn间对应取值关系的表格。
(3)状态〔转换〕图：(4)时序图：反映时序规律电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的有向图形。
数字电路与逻辑设计第5章时序逻辑电路
图5-1时序逻辑电路的组成框图
根据图5-1，可以列出以下3个逻辑 方程组：
（5-1） （5-2） （5-3）
其中，式（5-1）称为输出方程，式 （5-2）称为驱动方程（或激励方程）， 式（5-3）称为状态方程。
qn1,qn2,…,qnj表示存储电路每个触发 器的初态，qn+11，qn+12,…，qn+1j表示存 储电路每个触发器的次态。
表5-2 74LS175的状态转换表
图5-7 74LS175的引脚排列图
5.3.2移位寄存器
在数字电路系统中，由于运算的需 要，常常要求输入寄存器的数码能逐位 移动，这种具有移位功能的寄存器，称 为移位寄存器。
移位寄存器的逻辑功能和电路结构 形式较多。
根据移位方向可分为单向移位寄存 器和双向移位寄存器两种；根据接收数 据的方式可分为串行输入和并行输入两 种；根据输出方式可分为串行输出和并 行输出。
所谓串行输入，是指将数码从一个 输入端逐位输入到寄存器中，而串行输 出是指数码在末位输出端逐位出现。
1.单向移位寄存器
单向移位寄存器，是指数码仅能作 单一方向移动的寄存器。可分为左移寄 存器和右移寄存器。如图5-8所示是由D 触发器组成的4位串行输入、串并行输出 的左移寄存器。
图5-8 4位左移寄存器
分析同步时逻辑电路的一般步骤如 下。
（1）写出存储电路中每个触发器的驱 动方程； （2）将驱动方程分别代入各触发器的 特性方程，得出每个触发器的状态方 程； （3）根据逻辑电路写出输出方程。
5.2.2时序逻辑电路的一般分析方法
实际上，从驱动方程、状态方程和 输出方程这3个方程中，还不能对时序逻 辑电路的逻辑功能有一个完全的了解， 还需要通过另外一些更直观的方法来分 析和描述时序逻辑电路的逻辑功能。这 里主要介绍3种比较重要而且常用的方法 ，分别是状态转移表、状态转移图、时 序图。
数字电子技术 第5章 时序逻辑电路的分析
40
5.8异步计数器
1.异步计数器的概念：异步计数器中的 触发器不会同时改变状态，因为它们没 有共同的时钟脉冲
41
2. 三位异步二进制计数器
42
波形图
Q0:2分频 Q1:4分频 Q2:8分频
Q0 Q1’ Q2
43
3.四位异步十进制计数器
1 CP 2 3 4 5 6 7 8 9 10
起译码 作用
电路分析： Di输入的数据，在cp 上升沿作用下,逐位 向左移动，经过4个 脉冲，将把输入的第 1个数传送到输出D0。
电压波形
34
5.5.MSI移位寄存器
M=0 M=1
串行输出
74LS95右移 移位寄存器
并 行 输 出
(1)电路形式：电路接成串行移位右移，并行输入，并行输出。 (2)工作原理：当方式控制M=1时，允许数据以并行方式输入，在cp2作用下，并 行存入J-K FF，并以并行方式输出Data.Q0~Q3。当M=0时，并行输入被禁止， 允许串行输入到J-K FF，在cp1作用下逐位右移。
1
1
1
1
4位异步二进制计数器(74LS93)
电路特点： 74LS93是一个MSI.模2×8进制计数器。从电路形式上看，第1 个FF为2进制，第2~4个FF是8进制计数器。采用两个时钟脉冲 CPA，CPB，有2个复位输入端，为方便灵活使用。
46
74LS93应用
用74LS93构成模16计数器。 将QA(第一级FF输出)作为CPB 使用，成为模16计数器。
(4)将驱动方程分别代入J-K FF的特性方程：
001 000 (2)时序电路的输出为Q3Q2Q1
(3)各FF的驱动方程： J1=Q3 K1=1 J2=1 K2=1 J3=Q2Q1 K3=1
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1 1 00 1 0 0 1 0 10 1 0 0 1 1 10Q1n
K1nQ1n
Q3n Q1n
Q n1 2
Q1n Q2n
Q1nQ2n
Q1n
Q2n
Q3n1 Q3nQ2nQ1n
C Q1n Q2nQ3n
（5）由状态表作状态图。
（6）描述电路功能 由以上分析可以看出，该电路是一个模
（4）列状态表： 把电路的输入信号和存储电路现态的所有可能的取值组合代入状态方程和
输出方程进行计算，求出相应的次态和输出。列表时应注意，时钟信号CP只是 一个操作信号，不能作为输入变量。在由状态方程确定次态时，须首先判断触 发器的时钟条件是否满足，如果不满足，触发器状态保持不变。
（5）画状态图或时序图。 （6）电路功能描述。
Q3n1 Q3nQ2nQ1n (CP3 ) Q3nQ2nQ1n (Q0n )
（5）由状态表画状态图如图11.11所示。
图11.11 状态图 （6）描述电路功能：由状态图可知，该电路是一个能自启动的
十进制异步加法计数器。
作业
11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8
P 209
Q1n1 J1n Q1n K1nQ1n Q3n Q1n
Qn1 J n Qn K nQn
Q n1 2
Q1n Q2n
Q1nQ2n
Q1n
Q2n
Q3n1 Q3nQ2nQ1n
（3）写输出方程
C Q1n Q2nQ3n
CP
Q1 0 1 Q2 0 0 Q3 0 0 C
5同步加法计数器。C 端为进位端，并且具 有自启动功能。
解： （1）电路组成
（2）确定 驱动方程
例11.4 分析图11.10 所示时序电路。
J0 J2 1 K0 K2 1
J 1 Q3n K1 1
J 3 Q2nQ1n K3 1
输出方程 CO Q3nQ0n （3）求 状态方程
时序逻辑电路的一般分析方法
（1）分析逻辑电路组成：确定输入和输出，区分组合电路部分和存储电路部 分，确定是同步电路还是异步电路。
（2）写出存储电路的驱动方程，时序电路的输出方程，对于某些时序电路还 应写出时钟方程。
（3）求状态方程：把驱动方程代入相应触发器的特性方程，即可求得状态方 程，也就是各个触发器的次态方程。
11.2 时序逻辑电路分析实例
例11.1 分析图11.4所示电路的逻辑功能。设起始状态是 Q3Q2Q1 000
解：（1）分析电路,写驱动方程
n
J1 Q3
J 2 Q1n
J 3 Q2nQ1n
K1 1 K2 Q1n K3 1
（2）求状态方程 将驱动方程代入JK 触发器的特性方程
Q0n1 Q0n (CP0 ) Q0n (CP )
时钟方程 CP0 = CP
CP2 Q1n
CP1 Q0n
CP3 Q0n
Q1n1 Q3n Q1n (CP1 ) Q3n Q1n (Q0n )
Q n1 2
Q2n
(CP2
)
Q2n (Q1n
)
0 1 00 1 1 00 0 0 10
（4）将输入信号和现态的各种取值组合代入状
态方程，得到状态表如下。
Q
n 3
Q
n 2
Q1n
Q Q Q n1 n1 n1
3
2
1
C
0 0 00 0 1 0 0 0 10 1 0 0 0 1 00 1 1 0 0 1 11 0 0 0 1 0 00 0 0 1