4.时序逻辑电路(I)—计数器 (1)
河南工学院实验报告实验项目时序逻辑电路（I）—计数器
实验日期
班级姓名
指导教师综合成绩
一、预习内容
二、实验数据（现象）记录及结果处理
三、实验结果分析与讨论
教师评阅意见
（1）实验预习 (30分)成绩：
□预习认真、熟练掌握方法与步骤(30～28) □有预习、基本掌握方法与步骤(27～22)
□有预习、但未能掌握方法与步骤(21～18) □没有预习，不能完成实验(17～0)
（2）操作过程 (40分)成绩：
□遵规守纪、操作熟练、团结协作 (40～37) □遵规守纪、操作正确、有协作 (36～29) □遵规守纪、操作基本正确、无协作 (28～24) □不能遵规守纪、操作不正确、无协作(17～0) （3）结果分析 (30分)成绩：
□结果详实、结论清晰、讨论合理(30～28) □结果正确、讨论适当(27～22)
□结果正确、没有分析讨论(21～18) □结果不正确、没有分析讨论(17～0)
其它意见：
教师签名：年月日
(完整版)时序逻辑电路习题与答案
第12章时序逻辑电路 自测题 一、填空题 1．时序逻辑电路按状态转换情况可分为时序电路和时序电路两大类。 2．按计数进制的不同，可将计数器分为、和N进制计数器等类型。 3．用来累计和寄存输入脉冲个数的电路称为。 4．时序逻辑电路在结构方面的特点是：由具有控制作用的电路和具记忆作用电路组成。、 5．、寄存器的作用是用于、、数码指令等信息。 6．按计数过程中数值的增减来分，可将计数器分为为、和三种。 二、选择题 1．如题图12.1所示电路为某寄存器的一位，该寄存器为 。 A、单拍接收数码寄存器； B、双拍接收数码寄存器； C、单向移位寄存器； D、双向移位寄存器。 2．下列电路不属于时序逻辑电路的是。 A、数码寄存器； B、编码器； C、触发器； D、可逆计数器。 3．下列逻辑电路不具有记忆功能的是。 A、译码器； B、RS触发器； C、寄存器； D、计数器。 4．时序逻辑电路特点中，下列叙述正确的是。 A、电路任一时刻的输出只与当时输入信号有关； B、电路任一时刻的输出只与电路原来状态有关； C、电路任一时刻的输出与输入信号和电路原来状态均有关； D、电路任一时刻的输出与输入信号和电路原来状态均无关。 5．具有记忆功能的逻辑电路是。 A、加法器； B、显示器； C、译码器； D、计数器。 6．数码寄存器采用的输入输出方式为。 A、并行输入、并行输出； B、串行输入、串行输出； C、并行输入、串行输出； D、并行输出、串行输入。 三、判断下面说法是否正确，用“√"或“×"表示在括号 1．寄存器具有存储数码和信号的功能。( ) 2．构成计数电路的器件必须有记忆能力。( ) 3．移位寄存器只能串行输出。( ) 4．移位寄存器就是数码寄存器，它们没有区别。( ) 5．同步时序电路的工作速度高于异步时序电路。( ) 6．移位寄存器有接收、暂存、清除和数码移位等作用。（） 思考与练习题 12.1.1 时序逻辑电路的特点是什么? 12.1.2 时序逻辑电路与组合电路有何区别? 12.3.1 在图12.1电路作用下，数码寄存器的原始状态Q3Q2Q1Q0=1001，而输入数码
实验五 时序逻辑电路实验报告 计数器
实验五 时序逻辑电路实验 一、实验目的 1．掌握同步计数器设计方法与测试方法。 2．掌握常用中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法。 二、实验设备 1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板 2．74LS190、74LS393、74LS04 3．1kΩ电阻、发光二极管 三、实验原理 1．计数器 计数器不仅可用来计数，也可用于分频、定时和数字运算。在实际工程应用中，一般很少使用小规模的触发器组成计数器，而是直接选用中规模集成计数器。 2．(1) 四位二进制（十六进制）计数器74LS161（74LS163） 74LSl61是同步置数、异步清零的4位二进制加法计数器，其功能表见表5.1。 74LSl63是同步置数、同步清零的4位二进制加法计数器。除清零为同步外，其他功能与74LSl61相同。二者的外部引脚图也相同，如图5.1所示。 表5.1 74LSl61（74LS163）的功能表 3．集成计数器的应用——实现任意M进制计数器 一般情况任意M进制计数器的结构分为3类，第一类是由触发器构成的简单计数器。第二类是由集成二进制计数器构成计数器。第三类是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。第一类，可利用时序逻辑电路的设计方法步骤进行设计。第二类，当计数器的模M较小时用一片集成计数器即可以实现，当M较大时，可通过多片计数器级联实现。两种实现方法：反馈置数法和反馈清零法。第三类,是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。 4．实验电路： 十进制计数器
六进制扭环计数器 具有方波输出的六分频电路 图5.1 74LS161（74LS163）外部引脚图 四、实验内容及步骤 1．集成计数器实验 （1）按电路原理图使用中规模集成计数器74LS163和与非门74LS00，连接成一个同步置数或同步清零十进制计数器，并将输出连接至数码管或发光二极管。然后使用单次脉冲作为触发输入，观察数码管或发光二极管的变化，记录得到电路计数过程和状态的转换规律。 （2）根据电路图，首先用D触发器74LS7474构成一个不能自启的六进制扭环形计数器，同样将输出连接至数码管或发光二极管。然后使用单次脉冲作为触发输入，观察数码管或发光二极管的变化，记录得到电路计数过程和状态的转换规律。注意观察电路是否能自启，若不能自启，则将电路置位有效状态。接下来再用D触发器74LS7474构成一个能自启的六进制扭环形计数器，重复上述操作。 2．分频实验 同步置数法 同步清零法
时序逻辑电路51时序逻辑电路的基本概念1时序逻辑电路
第5章时序逻辑电路 5.1 时序逻辑电路的基本概念 1.时序逻辑电路的结构及特点 时序逻辑电路在任何时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关，触发器就是最简单的时序逻辑电路，时序逻辑电路中必须含有存储电路。时序电路的基本结构如图 5.1 所示，它由组合电路和存储电路两部分组成。 图5.1 时序逻辑电路框图 时序逻辑电路具有以下特点： （1）时序逻辑电路通常包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路要记忆给定时刻前的输入输出信号，是必不可少的。 （2）时序逻辑电路中存在反馈，存储电路的输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入信号一起，共同决定组合逻辑电路的输出。 2.时序逻辑电路的分类 （1）按时钟输入方式 时序电路按照时钟输入方式分为同步时序电路和异步时序电路两大类。同步时序电路中，各触发器受同一时钟控制，其状态转换与所加的时钟脉冲信号都是同步的；异步时序电路中，各触发器的时钟不同，电路状态的转换有先有后。同步时序电路较复杂，其速度高于异步时序电路。 （2）按输出信号的特点 根据输出信号的特点可将时序电路分为米里（Mealy）型和摩尔（Moore）型两类。米里型电路的外部输出Z既与触发器的状态Q n有关，又与外部输入X有
关。而摩尔型电路的外部输出Z仅与触发器的状态Q n有关，而与外部输入X无关。 （3）按逻辑功能 时序逻辑电路按逻辑功能可划分为寄存器、锁存器、移位寄存器、计数器和节拍发生器等。 3.时序逻辑电路的逻辑功能描述方法 描述一个时序电路的逻辑功能可以采用逻辑方程组（驱动方程、输出方程、状态方程）、状态表、状态图、时序图等方法。这些方法可以相互转换，而且都是分析和设计时序电路的基本工具。 5.2 时序逻辑电路的分析方法和设计方法 1.时序逻辑电路的分析步骤 （1）首先确定是同步还是异步。若是异步，须写出各触发器的时钟方程。（2）写驱动方程。 （3）写状态方程（或次态方程）。 （4）写输出方程。若电路由外部输出，要写出这些输出的逻辑表达式，即输出方程。 （5）列状态表 （6）画状态图和时序图。 （7）检查电路能否自启动并说明其逻辑功能。 5.2.1 同步时序逻辑电路的设计方法 1.同步时序逻辑电路的设计步骤 设计同步时序电路的一般过程如图5.10所示。 图5.10 同步时序电路的设计过程
数字电路答案第四章 时序逻辑电路1
第四章 时序逻辑电路 本章介绍各种触发器的结构组成、工作原理、逻辑功能以及各种特性。触发器是由基本门电路组成的具有反馈连接、且输出状态不仅和输入状态有关，而且和输出原状态有关、具有记忆性的电路。本章还介绍时序逻辑电路的基本概念、组成结构，各种时序电路的分析和设计方法。本章的学习将为深入学习具有特定功能的中规模时序电路奠定良好的基础。 第一节 基本知识、重点与难点 一、基本知识 （一）触发器的基本概念 1. 触发器特点 触发器与组合逻辑电路不同，触发器的输出不仅与输入信号有关，而且还与触发器原来的状态有关。触发器具有记忆功能，是构成时序电路的基本单元电路。触发器具有两个稳定的状态0和1。在不同的输入信号作用下，触发器可以置成0，也可以置成1。当输入信号消失后，触发器能保持其状态不变。 2. 触发器控制信号 触发器的外部控制信号分为三类： （1）置位信号、复位信号：置位信号和复位信号有高有效或低有效、同步或异步之分。置位信号D S 和复位信号D R 是低有效的异步信号，当信号有效时，触发器置1或清零，D S 和D R 不能同时有效。 （2）时钟脉冲信号：时钟脉冲信号为触发器的控制端，决定触发器的状态何时转换。 （3）外部激励信号：外部激励信号在CP 脉冲作用下控制触发器的状态转换。 3. 触发器类型 触发器有不同的分类方法，按触发方式分类，有：电位触发方式、主从触发方式和边沿触发方式。按逻辑功能分类，有：RS 触发器、D 触发器、JK 触发器和T 触发器等。 4. 触发器逻辑功能描述方法 触发器的逻辑功能是指触发器的次态与现态以及输入信号之间的逻辑关系。描述触发器的逻辑功能常用方法有： （1）状态转换表与激励表 （2）特征方程 （3）状态转换图 （4）时序图 （二）触发器的基本类型 1. 基本RS 触发器 基本RS 触发器没有同步触发脉冲，输入信号直接控制输出端的状态。只要输入变化，输出立即变化。 基本RS 触发器的特征方程为：?????=++=+1 D D D D 1S R Q R S Q n n
实验十 Moore型同步时序逻辑电路的分析与设计
实验十Moore型同步时序逻辑电路的分析与设计 一．实验目的： 1.同步时序逻辑电路的分析与设计方法 2.掌握时序逻辑电路的测试方法。 二．实验原理： 1.Moore同步时序逻辑电路的分析方法： 时序逻辑电路的分析，按照电路图（逻辑图），选择芯片，根据芯片管脚，在逻辑图上标明管脚号；搭接电路后，根据电路要求输入时钟信号（单脉冲信号或连续脉冲信号），求出电路的状态转换图或时序图（工作波形），从中分析出电路的功能。 2.Moore同步时序逻辑电路的设计方法： （1）分析题意，求出状态转换图。 （2）状态分析化简：确定等价状态，电路中的等价状态可合并为一个状态。（3）重新确定电路状态数N，求出触发器数n，触发器数按下列公式求：2n-1 （7）利用卡诺图如图2，求状态方程、驱动方程。 （8）自启动检验：将各无效状态代入状态方程，分析状态转换情况，画出完整的 状态转换图，如图3所示，检查是否能自启动。 时序逻辑电路习题 班级 姓名 学号 一、 单选题 1．时序逻辑电路在结构上（ ） A ．必须有组合逻辑电路 B ．必须有存储电路 C ．必有存储电路和组合逻辑电路 D ．以上均正确 2．同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的区别在于异步时序逻辑电路（ ） A ．没有触发器 B ．没有统一的时钟脉冲控制 C ．没有稳定状态 D ．输出只与内部状态有关 3．图示各逻辑电路中，为一位二进制计数器的是（ ） 4．从0开始计数的N 进制增量计数器，最后一个计数状态为 （ ） A ．N B ．N+1 C ．N-1 D ．2N 5．由 n 个触发器构成的计数器，最多计数个数为（ ） A ．n 个 B ．2n 个 C ．n 2个 D ．2n 个 6．若构成一个十二进制计数器，所用触发器至少（ ） 。 A ．12个 B ．3个 C ．4个 D ．6个 7．4个触发器构成的8421BCD 码计数器，其无关状态的个数为（ ） A ．6个 B ．8个 C ．10个 D ．不定 _A B C D 8．异步计数器如图示，若触发器当前状态Q 3 Q 2 Q 1为110，则在时钟作用下，计数器的下一状态为（ ） A ．101 B ．111 C ．010 D ．000 9．下列器件中，具有串行—并行数据转换功能的是（ ） A ．译码器 B ．数据比较器 C ．移位寄存器 D ．计数器 10．异步计数器如图示，若触发器当前状态Q 3 Q 2 Q 1为011，则在时钟作用下，计数器的下一状态为（ ） A ．100 B ．110 C ．010 D ． 000 11．由4位二进制计数器74LS161构成的任意进制计数器电路如图示，计数时的最小状态是（ ） A ．0000 B ．1111 C ．0001 D ．0110 12．由4位二进制计数器74LS161构成的任意进制计数器电路如图示，计数器的有效状态数为（ ） A ．16 B ．8 C ．10 D ．12 二、填空题 1．时序逻辑电路在任一时刻的稳定输出不仅与当时的输入有关，而且还与 有关。 2．时序逻辑电路在结构上有两个特点：其一是包含由触发器等构成的 电路，其二是内部存在 通路。 3．时序逻辑电路的 “现态” 反映的是 时刻电路状态变化的结果，而 “次态” 则反映的 是 时刻电路状态变化的结果。 1 R _ 时序逻辑电路模块6-1 一、填空题（每空2分，共18分） 1、时序逻辑电路通常包含_______电路和_________电路两部分组成。 2、时序逻辑电路的基本构成单元是____________。 3、构造一个模6计数器，电路需要个状态，最少要用个触发 器，它有个无效状态。 4、四位扭环形计数器的有效状态有个。 5、移位寄存器不但可_________ ，而且还能对数据进行_________。 二、判断题（每题2分，共10分） 1、时序逻辑电路的输出状态与前一刻电路的输出状态有关，还与电路当前的 输入变量组合有关。 2、同步计数器的计数速度比异步计数器快。 3、移位寄存器不仅可以寄存代码，而且可以实现数据的串-并行转换和处理。 4、双向移位寄存器既可以将数码向左移，也可以向右移。 5、由四个触发器构成的计数器的容量是16 三、选择题（每题3分，共18分） 1、同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者（）。 A．没有触发器B．没有统一的时钟脉冲控制 C．没有稳定状态D．输出只与内部状态有关 2、时序逻辑电路中一定是含（） A. 触发器 B. 组合逻辑电路 C. 移位寄存器 D. 译码器 3、8位移位寄存器，串行输入时经( )个脉冲后，8位数码全部移入寄存器 中。 A.1 B.2 C.4 D.8 4、计数器可以用于实现（）也可以实现（）。 A ．定时器 B ．寄存器 C ．分配器 D ．分频器 5、用n个触发器构成扭环型计数器,可得到最大计数长度是（）。 A、n B、2n C、2n D、2n-1 6、一个4 位移位寄存器可以构成最长计数器的长度是（）。 A.8 B.12 C.15 D.16 四、时序逻辑电路的分析（34分） 分析下图所示时序逻辑电路，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路实现的的逻辑功能。A为输入变量。 五、计数器的分析题（20分） 集成4位二进制加法计数器74161的连接图如图所示，LD是预置控制端； D0、D1、D2、D3是预置数据输入端；Q3、Q2、Q1、Q0是触发器的输出端，Q0是最低位，Q3是最高位；LD为低电平时电路开始置数，LD为高电平时电路计数。试分析电路的功能。要求： （1）画出状态转换图；（10分） （2）检验自启动能力；（6分） 时序逻辑电路1 实验一、四位寄存器的设计 一、实验目的 设计一个带有异步置数和同步清零信号的4位寄存器，并在开发板上验证。 二、编写HDL文件 module register( input load, input clk, input clr, input wire [3:0]d, output reg[3:0]q ); reg [25:0]q1; always@(posedge clk or posedge clr) begin if(clr==1) q1<=0; else q1<=q1+1; end assign mclk=q1[25]; always@(posedge mclk or posedge clr) if(clr==1) q<=0; else if(load==1) q<=d; endmodule 三、编写约束文件 NET"clk"LOC="B8"; NET"clr"LOC="P11"; NET"load"LOC="L3"; NET"d[0]"LOC="K3"; NET"d[1]"LOC="B4"; NET"d[2]"LOC="G3"; NET"d[3]"LOC="F3"; NET"q[0]"LOC="M5"; NET"q[1]"LOC="M11"; NET"q[2]"LOC="P7"; NET"q[3]"LOC="P6"; 四、RTL级电路图 五、验证实验结果 调节四位开关的值，观察四位LED灯的示数，判断是否相等；并使清零开关处于有效位置，观察是否异步清零；使置数位有效，观察是否同步置数，发现结果正确，实验成功。 实验二、可逆十进制加法器 一、实验目的 设计一个具有异步清零、同步置数端的可逆十进制计数器。选1Hz作为CLK 信号，4个LED灯指示计数状态，一个逻辑开关作为清零端，一个逻辑开关作为置数端，一个逻辑开关作为计数方式。 二、编写HDL文件 module keni( input clk, input clr, input load, input ni, input [3:0]d, output reg [3:0]a ); reg [25:0]q1; always@(posedge clk ) begin if(q1==50000000) q1<=0; else q1<=q1+1; end assign q=q1[25]; always@(posedge q or posedge clr or posedge load) begin if (clr==1) a<=0; 时序逻辑电路的分析方法 时序逻辑电路的分析：根据给定的电路，写出它的方程、列出状态转换真值表、画出状态转换图和时序图，而后得出它的功能。 同步时序逻辑电路的分析方法 同步时序逻辑电路的主要特点：在同步时序逻辑电路中，由于所有触发器都由同一个时钟脉冲信号CP来触发，它只控制触发器的翻转时刻，而对触发器翻转到何种状态并无影响，所以，在分析同步时序逻辑电路时，可以不考虑时钟条件。 1、基本分析步骤 1）写方程式： 输出方程：时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态和输入信号的函数。 驱动方程：各触发器输入端的逻辑表达式。 状态方程：将驱动方程代入相应触发器的特性方程中，便得到该触发器的状态方程。 2）列状态转换真值表： 将电路现态的各种取值代入状态方程和输出方程中进行计算，求出相应的次态和输出，从而列出状态转换真值表。如现态的起始值已给定时，则从给定值开始计算。如没有给定时，则可设定一个现态起始值依次进行计算。 3）逻辑功能的说明： 根据状态转换真值表来说明电路的逻辑功能。 4）画状态转换图和时序图： 状态转换图：是指电路由现态转换到次态的示意图。 时序图：是在时钟脉冲CP作用下，各触发器状态变化的波形图。 5）检验电路能否自启动 关于电路的自启动问题和检验方法，在下例中得到说明。 2、分析举例 例、试分析下图所示电路的逻辑功能，并画出状态转换图和时序图。 解：由上图所示电路可看出，时钟脉冲CP加在每个触发器的时钟脉冲输入端上。因此，它是一个同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。 ①写方程式： 输出方程： 驱动方程： 状态方程： ②列状态转换真值表： 状态转换真值表的作法是： 从第一个现态“000”开始，代入状态方程，得次态为“001”，代入输出方程，得输出为“0”。 一、填空题 1. 基本RS触发器，当R、S都接高电平时，该触发器具有____ ___功能。 2．D 触发器的特性方程为___ ；J-K 触发器的特性方程为______。 3．T触发器的特性方程为。 4．仅具有“置0”、“置1”功能的触发器叫。 5．时钟有效边沿到来时，输出状态和输入信号相同的触发器叫____ _____。 6. 若D触发器的D端连在Q端上，经100 个脉冲作用后，其次态为0，则现态应为。7．JK触发器J与K相接作为一个输入时相当于触发器。 8. 触发器有个稳定状态，它可以记录位二进制码，存储8 位二进制信息需要个触发器。 9．时序电路的次态输出不仅与即时输入有关，而且还与有关。 10. 时序逻辑电路一般由和两部分组成的。 11. 计数器按内部各触发器的动作步调，可分为___ ____计数器和____ ___计数器。 12. 按进位体制的不同，计数器可分为计数器和计数器两类；按计数过程中数字增减趋势的不同，计数器可分为计数器、计数器和计数器。13．要构成五进制计数器，至少需要级触发器。 14．设集成十进制（默认为8421码）加法计数器的初态为Q4Q3Q2Q1＝1001，则经过5个CP脉冲以后计数器的状态为。 15．欲将某时钟频率为32MHz的CP变为16MHz的CP，需要二进制计数器个。 16. 在各种寄存器中，存放N位二进制数码需要个触发器。 17. 有一个移位寄存器，高位在左，低位在右，欲将存放在该移位寄存器中的二进制数乘上十进制数4，则需将该移位寄存器中的数移位，需要个移位脉冲。 18．某单稳态触发器在无外触发信号时输出为0态，在外加触发信号时，输出跳变为1态，因此其稳态为态，暂稳态为态。 19．单稳态触发器有___ _个稳定状态，多谐振荡器有_ ___个稳定状态。 20．单稳态触发器在外加触发信号作用下能够由状态翻转到状态。 21．集成单稳态触发器的暂稳维持时间取决于。 22. 多谐振荡器的振荡周期为T=tw1+tw2，其中tw1为正脉冲宽度，tw2为负脉冲宽度，则占空比应为_______。 肇 庆 学 院 电子信息与机电工程 学院 数字电路 课 实验报告 12电气(1) 班姓名 王园园 学号 201124101167 实验日期2014年5 月26 日 实验合作者：李俊杰 老师评定 实验题目：时序逻辑电路——计数器实验 一、实验目的 （一）掌握由集成触发器构成计数器的方法。 （二）熟悉中规模集成计数器74LS161计数器的逻辑功能及使用方法。 （三）学习中规模集成计数器74LS192计数器的逻辑功能及使用方法。 （四）学习计数器清零端和置数端的功能、同步和异步的概念。 二、实验仪器： DZX-1型电子学综合实验装置 UT52万用表 芯片74LS00 74LS161 74LS192 三、实验内容 图5-1 74LS161构成N 进制计数器目标电路图 图5-2 74LS161引脚排列图 输入 输出 CR CP LD CT P CT T D 3D 2D 1D 0 n n n n Q Q Q Q 0123 C0 0 x x x x x 0 0 0 0 0 1 0 x x d 3d 2d 1d 0 d 3d 2d 1d 0 CO= CT T Q Q Q Q n n n 123 1 1 1 1 x 计数 CO=n n n n Q Q Q Q 0123 1 x 1 0 x x 保持 CO= CT T Q Q Q Q n n n 123 1 x 1 x x 保持 用十六进制同步加法计数器74LS161构成N进制计数器的设计（异步清零，同步置数） 1．按图5-1接好。从CP端输入时钟脉冲。 2．将M端接高电平，并把计数结果记录下来。如下表5-2 3．将M端接低电平，并把计数结果记录下来。 4．如果将清零端和置数端接线交换，重复2、3步骤，计数器的N分别等于多少？ 答：2，3步骤N都为16 接线交换后，LD=1输入无效。加法计数器计数溢出后CO=1 => CR=0触发异步清零，然后CO=0 时序逻辑电路的设计 、实验目的 1. 熟悉集成计数器的逻辑功能和各控制端的作用。 2. 掌握计数器的使用方法。 3. 掌握任意进制计数器的设计方法。 4. 了解8421BCD和5421BCD的编码规则。 二、实验器材 集成计数器74LS90、四2输入与非门74LS00、双4输入与非门74LS20、四异或门74LS86、六非门74LS04、显示译码器7447/7448、七段数码管 三、实验任务及要求 1. 设计要求 （1）用1 片74LS90和1 片与非门设计一个5 进制计数器。 （2）用2片74LS90和1片与非门设计一个四十以内（十以上）的任意进制计数器。 2. 实验内容 （1）测试所用芯片74LS90的逻辑功能（置0、置9、8421BCD计数输出功能）。（2）组装所设计的时序逻辑电路，并验证其功能是否正确。 提示：计数器的状态输出端分别接在实验箱上的显示译码器的输入端，用七段数码管显示计数状态值。CP接实验箱上的可调连续脉冲。 四、实验原理 1. 74LS90的逻辑功能 74LS90是二－五－十进制异步计数器。 (1)R9(1)=R9(2)=“ 1”，Q3Q2Q1Q0=1001，置9； (2)R0(1)=R0(2)=“ 1”，R9(1)‖R9(2)=“0”，Q3Q2Q1Q0=0000置, 0； (3)计数脉冲由CP0端输入，输出由Q0 端引出，即得二进制计数器； (4)计数脉冲由CP1 端输入，输出由Q3,Q2,Q1端引出，即得五进制计数器； (5)将Q0和CP1相连，计数脉冲由CP0端输入，输出由Q3,Q2,Q1,Q0端引出，即得8421BCD码十进制计数器； 2. 时序逻辑电路的基本设计方法 Step 1：明确设计电路功能，作出基于功能涉及到的所有编码排序的状态转换图；Step 2 ：判断电路是否有输入或输出变量，并根据状态转换图画出状态转换表；Step 3 ：根据状态转换表，分离出各触发器输出量Q0~Q m(m=1、2、3, )、输出变量Y 的卡诺图并化简，得到各个触发器的状态方程； 东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：数字逻辑电路设计实 践 第4 次实验 实验名称：基本时序逻辑电 路 院（系）：信息科学与工程学院专业：信息工程 姓名：学号： 实验室: 实验组别： 同组人员：无实验时间： 评定成绩：审阅教师： 时序逻辑电路 一、实验目的 1.掌握时序逻辑电路的一般设计过程； 2.掌握时序逻辑电路的时延分析方法，了解时序电路对时钟信号相关参数的基本要求； 3.掌握时序逻辑电路的基本调试方法； 4.熟练使用示波器和逻辑分析仪观察波形图，并会使用逻辑分析仪做状态分析。 二、实验原理 1.时序逻辑电路的特点（与组合电路的区别）： ——具有记忆功能，任一时刻的输出信号不仅取决于当时的输出信号，而且还取决于电路原来的值，或者说还与以前的输入有关。 2.时序逻辑电路的基本单元一一触发器（本实验中只用到D触发器） 触发器实现状态机（流水灯中用到） 3.时序电路中的时钟 1）同步和异步（一般都是同步，但实现一些任意模的计数器时要异步控制时钟端） 2）时钟产生电路（电容的充放电）：在内容3中的32768Hz的方波信号需要自己通过电路产生，就是用到此原理。 4.常用时序功能块 1）计数器（74161） a）任意进制的同步计数器：异步清零；同步置零；同步置数；级联 b）序列发生器 通过与组合逻辑电路配合实现（计数器不必考虑自启动） 2）移位寄存器（74194） a）计数器（一定注意能否自启动） b）序列发生器（还是要注意分析能否自启动） 三、实验内容 1.广告流水灯 a.实验要求 用触发器、组合函数器件和门电路设计一个广告流水灯，该流水等由8个LED组成，工作时始终为1暗7亮，且这一个暗灯循环右移。 1写出设计过程，画出设计的逻辑电路图，按图搭接电路。 2将单脉冲加到系统时钟端，静态验证实验电路。 3将TTL连续脉冲信号加到系统时钟端，用示波器和逻辑分析仪观察并记录 时钟脉冲CLK触发器的输出端Q2 Q1、Q0和8个LED上的波形。 b.实验数据 设计电路。 1）问题分析 流水灯的1暗7亮对应8个状态，故可采用3个触发器实现；而且题目要求输出8个信号控制8个灯的亮暗，故可以把3个触发器的输出加到3-8译码器的控制端，对应的8个译码器输出端信号控制8个灯的亮暗。 第六章 时序逻辑电路 【题 】 分析图时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。 Y 图P6.3 【解】驱动方程: 11323131233 J =K =Q J =K =Q J =Q Q ;K =Q ?? ??? 输出方程:3Y Q = 将驱动方程带入JK 触发器的特性方程后得到 状态方程为: n+11313131n 1 2121221n+1 3321 Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q +?=+=?=+=⊕??=?e 电路能自启动。状态转换图如图 【题 】 分析图时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。A 为输入逻辑变量。 图A6.3 Y 图P6.5 【解】 驱动方程: 12 21212() D AQ D AQ Q A Q Q ?=??==+?? 输出方程: 21Y AQ Q = 将驱动方程带入JK 触发器的特性方程后得到状态方程为: n+1 12 n+1 212() Q AQ Q A Q Q ?=??=+?? 电路的状态转换图如图 1 图A6.5 【题 】 分析图时序电路的逻辑功能，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说明电路能否自启动。说明电路实现的功能。A 为输入变量。 A Y 图P6.6 【解】驱动方程: 11221 1 J K J K A Q ==?? ==⊕? 输出方程: 1212Y AQ Q AQ Q =+ 将驱动方程带入JK 触发器的特性方程后得到状态方程为: n+111 n+1 2 12 Q Q Q A Q Q ?=??=⊕⊕?? 电路状态转换图如图。A ＝0时作二进制加法计数，A ＝1时作二进制减法计数。 01图A6.6 【题 】 分析图时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。 《时序逻辑电路》练习题及答案 []分析图P6-1 时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。 图P6-1 [解] 驱动方程：3 1 1 Q K J= =，状态方程：n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q 1 3 1 3 1 3 1 1 ⊕ = + = + ； 1 2 2 Q K J= =，n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q 1 2 2 1 2 1 1 2 ⊕ = + = + ； # 3 3 2 1 3 Q K Q Q J= =，，n n n n Q Q Q Q 1 2 3 1 3 = + ； 输出方程：3 Q Y= 由状态方程可得状态转换表，如表6-1所示；由状态转换表可得状态转换图，如图A6-1所示。电路可以自启动。 表6-1 n n n Q Q Q 1 2 3 Y Q Q Q n n n1 1 1 2 1 3 + + +n n n Q Q Q 1 2 3 , Y Q Q Q n n n1 1 1 2 1 3 + + + 000 001 010 011 0010 0100 0110 — 1000 100 101 110 111 0001 0111 0101 ； 0011 图A6-1 电路的逻辑功能：是一个五进制计数器，计数顺序是从0到4循环。 []试分析图P6-2时序电路的逻辑功能,写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。A为输入逻辑变量。 # 图P6-2 [解] 驱动方程：2 1 Q A D=， 2 1 2 Q Q A D= 状态方程： n n Q A Q 2 1 1 = + ， ) ( 1 2 2 1 1 2 n n n n n Q Q A Q Q A Q+ = = + 输出方程：2 1 Q Q A Y=表6-2 @ 由状态方程可得状态转换表，如表6-2所示；由状态转换表 可得状态转换图，如图A6-2所示。 电路的逻辑功能是：判断A是否连续输入四个和四个以上 “1”信号，是则Y=1，否则Y=0。 图A6-2 []试分析图P6-3时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动。 、 图P6-3 [解] 3 2 1 Q Q J=，1 1 = K； 1 2 Q J=， 3 1 2 Q Q K=； 2 3 2 1 3 Q K Q Q J= =， = +1 1 n Q 3 2 Q Q· 1 Q； 2 1 1 2 Q Q Q n= + +2 3 1 Q Q Q； 3 2 3 2 1 1 3 Q Q Q Q Q Q n+ = + Y = 3 2 Q Q 电路的状态转换图如图A6-3所示，电路能够自启动。 ' 图A6-3 n n Q AQ 1 2 Y Q Q n n1 1 1 2 + + 000 < 001 010 011 100 111 110 101 010 $ 100 110 001 111 100 010 000 A、与当时的输入信号有关，与电路的原状态无关。 B、与当时的输入信号有关，与电路的原状态有关。 C、与当时的输入信号无关，与电路的 原状态有关。 D、 2、时序逻辑电路中必须含有： A、存储电路 B、编码器 C、加法器 D、 3、同步时序逻辑电路所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲。 A、各触发器不同时具备触发翻转的条 件 B、各触发器同时具备触发翻转的条件 C、各触发器的触发翻转有先有后 D、 4、异步时序逻辑电路各触发器的时钟输入所接不是同一的时钟脉冲。 A、结构简单，速度快 B、结构复杂，速度慢 C、结构简单，速度慢 D、 5、异步时序逻辑电路，各触发器： A、触发翻转有先有后 B、同时触发翻转 C、无法确定 D、 第二题、多项选择题（每题2分，5道题共10分） 1、时序逻辑电路从结构上讲，包含有： A、存储元件 B、触发器或含有反馈延迟电路 C、译码器 2、时序逻辑电路的输出信号： A、与当时的输入信号无关 B、与当时的输入信号有关 C、与电路的原状态有关 D、与电路的原状态无关 3、同步时序逻辑电路： A、所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲 B、各触发器同时具备触发翻转的条件 C、速度快；结构简单 D、速度快；结构复杂 4、时序逻辑电路的逻辑功能可用（）来描述。 A、状态方程 B、状态表 C、状态图 D、时序图 5、时序逻辑电路的分析是指已知逻辑图： A、列写逻辑方程式 B、计算状态表 C、画电路的状态图 D、画电路的时序图 E、判定电路的功能 第三题、判断题（每题1分，5道题共5分） 1、时序逻辑电路中必须含有存储电路。 正确错误 2、时序逻辑电路中的存储电路只能用延迟元件组成，不能用触发器构成。 正确错误 3、同步时序逻辑电路各触发器同时具备触发翻转的条件。 正确错误 4、异步时序逻辑电路结构简单，速度慢。 第六章时序逻辑电路 一、选择题 1．同步计数器和异步计数器比较，同步计数器的显著优点是。 A.工作速度高 B.触发器利用率高 C.电路简单 D.不受时钟CP控制。 2．把一个五进制计数器与一个四进制计数器串联可得到进制计数器。 A.4 B.5 C.9 D.20 3．下列逻辑电路中为时序逻辑电路的是。 A.变量译码器 B.加法器 C.数码寄存器 D.数据选择器 4. N个触发器可以构成最大计数长度（进制数）为的计数器。 A.N B.2N C.N2 D.2N 5. N个触发器可以构成能寄存位二进制数码的寄存器。 A.N-1 B.N C.N+1 D.2N 6．五个D触发器构成环形计数器，其计数长度为。 A.5 B.10 C.25 D.32 7．同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者。 A.没有触发器 B.没有统一的时钟脉冲控制 C.没有稳定状态 D.输出只与内部状态有关 8．一位8421BCD码计数器至少需要个触发器。 A.3 B.4 C.5 D.10 9.欲设计0，1，2，3，4，5，6，7这几个数的计数器，如果设计合理，采用同步二进制计数器，最少 应使用级触发器。 A.2 B.3 C.4 D.8 10．8位移位寄存器，串行输入时经个脉冲后，8位数码全部移入寄存器中。 A.1 B.2 C.4 D.8 11．用二进制异步计数器从0做加法，计到十进制数178，则最少需要个触发器。 A.2 B.6 C.7 D.8 E.10 12．某电视机水平-垂直扫描发生器需要一个分频器将31500H Z的脉冲转换为60H Z的脉冲，欲构成此分频器至少需要个触发器。 A.10 B.60 C.525 D.31500 13．某移位寄存器的时钟脉冲频率为100KH Z，欲将存放在该寄存器中的数左移8位，完成该操作需要时间。 自我测验题 1．图T4.1所示为由或非门构成的基本SR锁存器，输入S、R的约束条件是。A．SR=0B．SR=1C．S+R=0D．S+R=1 Q G 22 Q R S 图T4.1 图T4.2 2．图T4.2所示为由与非门组成的基本SR锁存器，为使锁存器处于“置1”状态，其R S?应为。 A．R S?=00C．R S?=10D．R S?=11 3．SR锁存器电路如图T4.3所示，已知X、Y波形，判断Q的波形应为A、 B、C、D 中的。假定锁存器的初始状态为0。 X Y X Y A B C D 不定 不定 （a）(b) 图T4.3 4．有一T触发器，在T=1时，加上时钟脉冲，则触发器。 A．保持原态B．置0C．置1D．翻转 5．假设JK触发器的现态Q n=0，要求Q n+1=0，则应使。 A．J=×，K=0B．J=0，K=×C．J=1，K=×D．J=K=1 6．电路如图T4.6所示。实现A Q Q n n+ = +1的电路是。 A A A A A ． B ． C ． D ． 图T4.6 7．电路如图T4.7所示。实现n n Q Q =+1的电路是 。 CP CP CP A ． B ． C ． D ． 图T4.7 8．电路如图T4.8所示。输出端Q 所得波形的频率为CP 信号二分频的电路为 。 1A ． B ． C ． D ． 图T4.8 9．将D 触发器改造成T 所示电路中的虚线框内应是 。 T Q 图T4.9 A ．或非门 B ．与非门 C ．异或门 D ．同或门 10．触发器异步输入端的作用是 。 A ．清0 B ．置1 C ．接收时钟脉冲 D ．清0或置1 11．米里型时序逻辑电路的输出是 。 时序逻辑电路分析例题 1、分析下图时序逻辑电路。 解： 1、列出驱动方程：111==K J 1//122Q A AQ K J +== 2、列出状态方程： 将驱动方程代入JK 触发器的特性方程Q K JQ Q //*+=得： /1*1Q Q = 212/1//21//2/1*2Q AQ Q Q A Q Q A Q AQ Q +++= 3、列出输出方程： 21//2/1Q Q A Q AQ Y += 4、列出状态转换表： （1）当A=1时： 根据：/1*1Q Q =；21/2/1*2Q Q Q Q Q +=；/ 2 /1Q Q Y =得： （2）当A=0时： 根据：/1*1Q Q =；2/1/ 21*2Q Q Q Q Q +=；21Q Q Y =得： 5、画状态转换图： 6、说明电路实现的逻辑功能： 此电路是一个可逆4进制（二位二进制）计数器，CLK 是计数脉冲输入端，A 是加减控制端，Y 是进位和借位输出端。当控制输入端A 为低电平0时，对输入的脉冲进行加法计数，计满4个脉冲，Y 输出端输出一个高电平进位信号。当控制输入端A 为高电平1时，对输入的脉冲进行减法计数，计满4个脉冲，Y 输出端输出一个高电平借位信号。 2、如图所示时序逻辑电路，试写出驱动方程、状态方程，画出状态图，说明该电路的功能。 解：驱动方程 ?? ?=⊕=1010K Q X J n ???=⊕=11 1K Q X J n 状态方程 ()()n n n n n n n n n n n n n n Q XQ Q Q X Q Q X Q Q Q X Q Q X Q Q X Q 0 1010 1 10 01011011+=⊕=+=⊕=++ CP X Z 第五章时序电路 一、选择题 1．同步计数器和异步计数器比较，同步计数器的显著优点是。 A.工作速度高 B.触发器利用率高 C.电路简单 D.不受时钟C P控制。 2．把一个五进制计数器与一个四进制计数器串联可得到进制计数器。 A.4 B.5 C.9 D.20 3．下列逻辑电路中为时序逻辑电路的是。 A.变量译码器 B.加法器 C.数码寄存器 D.数据选择器 4.N个触发器可以构成最大计数长度（进制数）为的计数器。 A.N B.2N C.N2 D.2N 5.N个触发器可以构成能寄存位二进制数码的寄存器。 A.N-1 B.N C.N+1 D.2N 6．五个D触发器构成环形计数器，其计数长度为。 A.5 B.10 C.25 D.32 7．同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者。 A.没有触发器 B.没有统一的时钟脉冲控制 C.没有稳定状态 D.输出只与内部状态有关 8．一位8421B C D码计数器至少需要个触发器。 A.3 B.4 C.5 D.10 9.欲设计0，1，2，3，4，5，6，7这几个数的计数器，如果设计合理，采用同 步二进制计数器，最少应使用级触发器。 A.2 B.3 C.4 D.8 10．8位移位寄存器，串行输入时经个脉冲后，8位数码全部移入寄存器中。 A.1 B.2 C.4 D.8 11．用二进制异步计数器从0做加法，计到十进制数178，则最少需要个触发器。 A.2 B.6 C.7 D.8 E.10 12．某电视机水平-垂直扫描发生器需要一个分频器将31500H Z的脉冲转换为60H Z 的脉冲，欲构成此分频器至少需要个触发器。 A.10 B.60 C.525 D.31500 13．某移位寄存器的时钟脉冲频率为100K H Z，欲将存放在该寄存器中的数左移8 时序逻辑电路 ——60进制同步计数器的实现及其改进电路一、题目： 试用同步加法计数器74LS161（或74LS160）和二4输入与非门74LS20构成百以内任意进制计数器，并采用LED数码管显示计数进制。采用555定时器构成多谐振荡电路，为同步加法计数器提供时钟输入信号。例如，采用同步加法计数器74LS 161构成60进制加法计数器的参考电路如图2所示。 图2 二、分析： 这个实验要求用同步加法计数器74LS161构成60进制加法计数器，并用555产生脉冲信号，不妨把这个设计分成时钟信号生成的设计和计数器的设计。 时钟输入信号的设计： 555定时器简介 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。 下图为用555定时器设计的多谐振荡器的电路图及其电路产生的波形。 由多谐振荡器原理，结合上图可知其振荡周期 12 T T T =+。1T 为电容充电时间， 2 T 为电容放电时间。 充电时间 11212()ln 20.7()T R R C R R C =+≈+ 放电时间 222ln 20.7T R C R C =≈ 矩形波的振荡周期121212ln 2(2)0.7(2)T T T R R C R R C =+=+≈+ 555组成的多谐振荡器实际电路参数的选择： 由于实际电路所给的器件有限，其R 1 = R 2 =510 K Ω，RC 振荡器电容为1uF ，五号管脚所接的Cs 为 10PF 。所以其振荡周期为 T = =1.53*0.7=1.071s ，所以其周期为约为1s. 60进制加法计数器的设计： 74LS161简介： 74LS161 为可预置的4 位二进制同步计数器,它可以灵活的运用在各种数字电 路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能其管脚图如下：时序逻辑电路练习题
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