第四章 时序逻辑电路
数字电子技术基础 第4章
在将两个多位二进制数相加时，除了最低位以外，每一 位都应该考虑来自低位的进位，即将两个对应位的加数 和来自低位的进位3个数相加。这种运算称为全加，所用 的电路称为全加器。
图4.3.26
全加器的卡诺图
图4.3.27 双全加器74LS183 （a）1/2逻辑图 （b）图形符号
二、多位加法器
1、串行进位加法器（速度慢）
数字电子技术基础 第四章 组合逻辑电路
Pan Hongbing VLSI Design Institute of Nanjing University
4.1 概述
数字电路分两类：一类为组合逻辑电路，另一类 为时序逻辑电路。 一、组合逻辑电路的特点
任何时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原 来的状态无关。 电路中不能包含存储单元。
例4.2.1 P162
图4.2.1
例3.2.1的电路
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
最简单逻辑电路：器件数最少，器件种类最少， 器件之间的连线最少。 步骤：
1、进行逻辑抽象 2、写出逻辑函数式 3、选定器件的类型 4、将逻辑函数化简或变换成适当的形式 5、根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路 的连接图 6、工艺设计
通常仅在大规模集成电 路内部采用这种结构。 图4.3.7 用二极管与门阵列组成的3线－8线译码器
最小项译码器。
图4.3.8
用与非门组成的3线－8线译码器74LS138
例4.3.2 P177
图4.3.10
用两片74LS138接成的4线－16线译码器
二、二-十进制译码器
拒绝伪码功能。
图4.3.11
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路的基本设计步骤
时序逻辑电路的基本设计步骤时序逻辑电路的基本设计步骤时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储元件组成的电路，其输出信号不仅取决于输入信号，还取决于过去的输入信号和内部状态。
时序逻辑电路广泛应用于计算机、通信、控制等领域。
本文将介绍时序逻辑电路的基本设计步骤。
第一步：确定功能需求在设计时序逻辑电路之前，首先需要明确该电路的功能需求。
这包括输入信号、输出信号、状态转移条件等。
例如，设计一个简单的计数器，其输入为时钟脉冲，输出为计数值。
在明确了功能需求之后，就可以开始进行具体的设计工作。
第二步：绘制状态图状态图是描述时序逻辑电路状态转移关系的一种图形化表示方法。
它由节点和边组成，其中节点表示系统所处的每个状态，边表示从一个状态到另一个状态的转移条件及相应操作。
绘制状态图有助于清晰地描述系统状态转移关系，并为后续的设计工作提供指导。
第三步：确定存储元件类型存储元件是时序逻辑电路中用来存储内部状态信息的元件。
常见的存储元件包括触发器、计数器、移位寄存器等。
在确定存储元件类型时，需要考虑电路的性能要求、成本以及可靠性等因素。
第四步：设计状态转移表状态转移表是将状态图中的节点和边转换为逻辑表达式的一种方法。
它列出了每个状态下的输入和输出信号以及下一个状态。
通过设计状态转移表，可以清晰地描述系统的功能和状态转移关系，并为后续的逻辑设计提供依据。
第五步：设计逻辑电路在完成前面几个步骤之后，就可以开始进行逻辑电路的设计工作了。
根据功能需求和状态转移表，将存储元件和组合逻辑电路结合起来，构成完整的时序逻辑电路。
在设计过程中，需要注意电路稳定性、延迟时间、功耗等因素。
第六步：仿真与验证完成时序逻辑电路的设计后，需要进行仿真与验证工作。
通过仿真软件对电路进行模拟，验证其是否满足功能需求和性能指标。
如果存在问题，则需要对电路进行调试和优化。
总结时序逻辑电路是一种复杂的电路，在设计过程中需要考虑多方面因素。
通过明确功能需求、绘制状态图、确定存储元件类型、设计状态转移表、设计逻辑电路以及进行仿真与验证等步骤，可以有效地完成时序逻辑电路的设计工作。
《数字逻辑电路》笔记(1-10章)
《数字逻辑电路》笔记（1-10章）第一章：引言1.1 数字系统的基本概念数字信号与模拟信号的区别在电子系统中，信号主要分为数字信号和模拟信号两大类。
数字信号是离散的，只取有限个数值，通常表示为二进制形式（ 0和1）；而模拟信号则是连续的，可以取任意值，如电压、电流等连续变化的物理量。
数字信号因其抗干扰能力强、易于存储和处理等特点，在现代电子系统中占据主导地位。
数字系统的优势数字系统相较于模拟系统具有显著优势：•准确性：数字信号不易受噪声干扰，能够保持较高的准确性。
•可靠性：数字电路中的元件具有明确的开关状态，减少了因元件老化或环境变化引起的故障。
•灵活性：数字系统易于通过编程或重新配置来改变功能，适应性强。
•集成度高：随着半导体技术的发展，数字电路可以高度集成，减小体积和功耗。
1.2 数制与编码二进制、八进制、十六进制及其转换在计算机科学中，常用的数制有二进制 Base（2）、八进制 Base（8）、十六进制 Base（16）。
二进制是计算机内部信息处理的基础，每位只能表示0或1；八进制和十六进制则用于简化二进制数的表示和计算。
•二进制到十进制的转换：通过将二进制数中的每一位乘以对应的权值 2的幂次方），然后求和得到十进制数。
•十进制到二进制的转换：通过不断除以2，取余数，从下往上排列余数得到二进制数。
•二进制与八进制、十六进制的转换：每三位二进制数对应一位八进制数，每四位二进制数对应一位十六进制数。
BCD码、格雷码等常用编码•BCD码 Binary-Coded（Decimal）：一种将十进制数的每一位用四位二进制数表示的编码方式，便于数字显示和计算。
•格雷码（ Gray（Code）：一种相邻两个数之间只有一位不同的二进制编码方式，常用于减少数字变化时的误差。
1.3 数字逻辑电路的应用领域计算机硬件数字逻辑电路是计算机硬件的基础，包括CPU、内存、I/O接口等部件。
通过逻辑门电路的组合，实现数据的存储、处理和传输。
数字逻辑及电路复习题及答案
"数字逻辑与电路"复习题第一章数字逻辑根底〔数制与编码〕一、选择题1．以下代码中为无权码的为 CD。
A. 8421BCD码B. 5421BCD码C.余三码D.格雷码2．以下代码中为恒权码的为 AB 。
A.8421BCD码B. 5421BCD码C. 余三码D. 格雷码3．一位十六进制数可以用 C 位二进制数来表示。
A. １B. ２C. ４D. 164．十进制数25用8421BCD码表示为 B 。
A. 10 101B. 0010 0101C. 100101D. 101015．在一个8位的存储单元中，能够存储的最大无符号整数是 CD 。
A.〔256〕10B.〔127〕10C.〔FF〕16D.〔255〕10 6．与十进制数〔53.5〕10等值的数或代码为 ABCD 。
A.(01010011.0101)8421BCDB.(35.8)16C.(110101.1)2D.(65.4)87．与八进制数(47.3)8等值的数为：A B 。
A.(100111.011)2B.(27.6)16C.(27.3 )16D. (100111.11)28.常用的BC D码有C D 。
A.奇偶校验码B.格雷码C.8421码D.余三码二、判断题〔正确打√，错误的打×〕1. 方波的占空比为0.5。
〔√〕2. 8421码1001比0001大。
〔×〕3. 数字电路中用"1〞和"0〞分别表示两种状态,二者无大小之分。
〔√〕4．格雷码具有任何相邻码只有一位码元不同的特性。
〔√〕5．八进制数〔17〕8比十进制数〔17〕10小。
〔√〕6．当传送十进制数5时，在8421奇校验码的校验位上值应为1。
〔√〕7．十进制数〔9〕10比十六进制数〔9〕16小。
〔×〕8．当8421奇校验码在传送十进制数〔8〕10时，在校验位上出现了1时，说明在传送过程中出现了错误。
〔√〕三、填空题1.数字信号的特点是在时间上和幅值上都是断续变化的，其高电平和低电平常用 1和 0来表示。
数字电子技术教案
数字电子技术教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述了解数字电路的定义、特点和应用领域掌握数字电路的基本组成和基本原理1.2 数字逻辑基础学习逻辑代数的基本运算和规则熟悉逻辑函数的表示方法及其相互转换1.3 数字电路的表示方法掌握逻辑函数的图形表示方法（逻辑图、真值表）学习逻辑函数的代数化简方法第二章：数字电路的基本单元2.1 逻辑门电路了解常见的逻辑门电路（与门、或门、非门、异或门等）掌握逻辑门电路的电压传输特性2.2 逻辑函数及其简化学习逻辑函数的代数化简方法（卡诺图、最小项、最大项）熟悉逻辑函数的简化原则和步骤2.3 逻辑门电路的设计与实现学习逻辑门电路的设计方法掌握逻辑门电路的实际制作和调试技巧第三章：组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路的基本概念了解组合逻辑电路的定义和特点掌握组合逻辑电路的分析和设计方法3.2 常见的组合逻辑电路学习编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元等常见组合逻辑电路的原理和应用3.3 组合逻辑电路的设计与实现学习组合逻辑电路的设计方法掌握组合逻辑电路的实际制作和调试技巧第四章：时序逻辑电路4.1 时序逻辑电路的基本概念了解时序逻辑电路的定义、特点和应用领域掌握时序逻辑电路的分析和设计方法4.2 常见的时序逻辑电路学习触发器、计数器、寄存器等常见时序逻辑电路的原理和应用4.3 时序逻辑电路的设计与实现学习时序逻辑电路的设计方法掌握时序逻辑电路的实际制作和调试技巧第五章：数字电路的应用5.1 数字电路在计算机中的应用了解计算机的基本组成和工作原理学习微处理器、存储器、输入输出接口等计算机关键部件的设计和应用5.2 数字电路在通信系统中的应用了解通信系统的基本原理和数字调制技术学习数字通信系统中数字电路的设计和应用5.3 数字电路在其他领域中的应用了解数字电路在数字信号处理、嵌入式系统、工业控制等领域中的应用学习数字电路在不同领域中的设计和应用案例第六章：数字电路仿真与实验6.1 数字电路仿真基础学习数字电路仿真原理和工具熟悉使用仿真软件进行数字电路设计和验证的方法6.2 组合逻辑电路仿真与实验利用仿真软件对组合逻辑电路进行设计和验证分析仿真结果，优化电路性能6.3 时序逻辑电路仿真与实验利用仿真软件对时序逻辑电路进行设计和验证分析仿真结果，优化电路性能第七章：数字电路设计与验证7.1 数字电路设计流程熟悉数字电路设计的基本流程和方法掌握需求分析、模块设计、仿真验证和硬件实现等环节7.2 组合逻辑电路设计实例学习组合逻辑电路设计实例，如编码器、译码器等掌握设计方法和技术要求7.3 时序逻辑电路设计实例学习时序逻辑电路设计实例，如触发器、计数器等掌握设计方法和技术要求第八章：数字电路测试与维护8.1 数字电路测试方法学习数字电路测试的基本方法和策略掌握功能测试、结构测试和边界测试等技术8.2 数字电路调试与优化了解调试过程和方法，提高电路性能学习电路优化技巧，降低功耗和成本8.3 数字电路故障诊断与修复学习故障诊断原理和方法，如逻辑分析仪、示波器等工具的使用掌握故障分析和修复技巧，提高电路可靠性第九章：数字集成电路9.1 数字集成电路概述了解数字集成电路的分类、特点和应用领域掌握数字集成电路的基本结构和原理9.2 常见数字集成电路学习门阵列、触发器、寄存器等常见数字集成电路的原理和应用9.3 数字集成电路的设计与实现学习数字集成电路的设计方法掌握数字集成电路的实际制作和调试技巧第十章：数字电路技术的发展趋势10.1 数字电路技术的创新应用了解数字电路技术在、物联网、生物医疗等领域的创新应用学习数字电路技术在这些领域的发展前景和挑战10.2 新型数字电路技术学习新型数字电路技术，如量子计算、碳纳米管电路等掌握这些技术的原理和优势，了解其发展趋势和应用前景10.3 数字电路技术的未来发展了解数字电路技术在未来的发展趋势和挑战学习如何适应和推动数字电路技术的发展，为人类社会作出贡献重点和难点解析重点环节1：逻辑函数的表示方法及其相互转换补充和说明：逻辑函数的表示方法是理解数字电路的基础，包括逻辑图、真值表及其代数表达式。
数字电子技术基础4
0 1 0 1
0 1 1 0
每输入一个脉 冲，输出状态 改变一次
T＝1时， 翻转。
Q n1 Q n
如果将T恒接高电平，就构成了一种特殊的触发器T’，它 Q n1 Q n 只是脉冲翻转电路 。
4-2-4. 边沿触发器
为了提高触发器的抗干扰能力，希望触发器的次态仅仅 取决于 CP 作用沿到达时刻输入信号的状态。这样的触发器 称为边沿触发器。 这里，重点介绍利用 CMOS 传输门构成的 边沿 D 触发器
CP=1 时 打 开 CP=0 时 封 锁
Q = Q’
注意：在CP的一个变化周期中，触发器输出状态只改变一次。
3. 特性表 4. 几点说明 1)图示主从RS 触发器 1 触发有效； 2)表中*表示：若 R、S 端同时触发， 则在CP回到0后,输出状态不定； 3)输入端的约束条件为 RS = 0。 CP 0 R X 0 0 1 S X 0 1 0 Qn+1 Qn Qn 1 0
4-2-2. 同步 RS触发器
在数字系统中，如果要求某些触发器在同一时刻动作，就 必须给这些触发器引入时间控制信号,使这些触发器只有在 同步信号到达时才按输入信号改变状态。 时间控制信号也称同步信号，或时钟信号， 或时钟脉冲，简称时钟，用 CP 表示 Q Q 受CP控制的触发器称为时钟触发器。
一、电路结构与工作原理
S CP R
Q
&
Q
触发器在CP控制下正常工作时应使 SD、RD 处于高电平。
&
G4
G2
注意：用SD、RD 将触发器置位或复位应当在CP=0的状态 下进行，否则在SD、RD 返回高电平以后，无法保存预置 的状态。
二. 动作特点
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!
习题答案(数电)
西安工程大学
数字电子技术基础
Q 23. 已知 D 触发器各输入端的波形如图所示，试画出 Q 、 触发器各输入端的波形如图所示， 端的波形。 端的波形。
答案： 答案：
西示为边沿 触发器构成的电路图，设触发器的初状态 如图所示为边沿D触发器构成的电路图 触发器构成的电路图， Q1Q0=00，确定 0 及Q1在时钟脉冲作用下的波形。 在时钟脉冲作用下的波形。 ，确定Q 答案： 答案： 因为 D0 = Q1
17. 试用 试用74161构成九进制计数器。（可采用异步清零法或 构成九进制计数器。（ 构成九进制计数器。（可采用异步清零法或 同步预置数法） 同步预置数法） 异步清零法 同步预置数法
答案： 答案：
西安工程大学
数字电子技术基础 17.由或非门组成的触发器和输入端信号如图所示，设触发器 由或非门组成的触发器和输入端信号如图所示， 由或非门组成的触发器和输入端信号如图所示 的初始状态为1，画出输出端Q的波形 的波形。 的初始状态为 ，画出输出端 的波形。 答案： 答案：
西安工程大学
数字电子技术基础 列状态转换表 画状态转换图和时序波形图
由状态图可以看出， 由状态图可以看出， 当输入X 当输入 ＝0时，状态变化为： 00→01→10→11→00→… 时 状态变化为： 当X＝1时，状态变化为： 00→11→10→01→00→… ＝ 时 状态变化为： 可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功能， 可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功能， 是一个2位二进制同步可逆计数器 位二进制同步可逆计数器。 是一个 位二进制同步可逆计数器。 西安工程大学
数字电子技术基础 令A2=E A1=F A0=G 则
′ ′ Y0′ ~ Y7′ → m0 ~ m7