时序逻辑电路分析
第6章 时序逻辑电路
J 和 K 接为互反，相当于一个D触发器。时钟相连 是同步时序电路。
电路功能： 有下降沿到来时，所有Q端更新状态。
2、移位寄存器 在计算机系统中，经常要对数据进行串并转换，移 位寄存器可以方便地实现这种转换。
左移移位寄存器
•具有左右移位功能的双向移位寄存器
理解了前面的左移移位寄存器，对右移移位寄存器 也就理解了，因位左右本身就是相对的。实际上，左右 移位的区别在于：N触发器的D端是与 Q N+1相连，还是 与Q N-1相连。
第六章 时序逻辑电路
如前所述，时序逻辑电路的特点是 —— 任一时刻 的输出不仅与当前的输入有关，还与以前的状态有关。
时序电路以触发器作为基本单元，使用门电路加以 配合，完成特定的时序功能。所以说，时序电路是由组 合电路和触发器构成的。
与学习组合逻辑电路相类似，我们仍从分析现成电 路入手，然后进行时序逻辑电路的简单设计。
状态化简 、分配
用编码表示 给各个状态
选择触发器 的形式
确定各触发器 输入的连接及 输出电路
NO 是否最佳 ？
YES
设计完成
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计：
书例7-9 一个串行输入序列的检测电路，要求当序
列连续出现 4 个“1”时，输出为 1，作为提示。其他情 况输出为 0。
如果不考虑优化、最佳，以我们现有的知识可以很
第二步： 状态简化
前面我们根据前三位可能的所有组合，设定了 8 个
状态A ~ H，其实仔细分析一下，根本用不了这么多状态。
我们可以从Z=1的可能性大小的角度，将状态简化为
4 个状态：
a
b
c
d
A 000
B 100
D 110
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。
时序逻辑电路的分析方法
序逻辑电路则把 CP 信号作为一个变量来处理。 3.用已有的数器。当 M 》N 时，用 1 片 M 进制计数器采取反馈清零法或反馈置数法跳过 M-N 个 状态，而得到 N 进制计数器。当 M 《N 时，用多片 M 进制计数器组合起 来，构成 N 进制计数器，各级之间的连接方式可分为并行进位、串行进位、 整体反馈清零和整体反馈置数等几种方式。
时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路基本分析步骤： 1、写方程式 （1）输出方程。时序逻辑电路的输出逻辑表达式，它通常为现态的 函数。 （2）驱动方程。各触发器输入端的逻辑表达式。 （3）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 该触发器的次态方程。时序逻辑电路的状态方程由各触发器次态的逻辑表达 式组成。 2、列状态转换真值表 将外输入信号和现态作为输入，次态和输出作为输出，列出状态转换 真值表。
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：电路由现态转换到次态的示意图。 时序图：在时钟脉冲 CP 作用下，各触发器状态变化的波形图。 时序逻辑电路的设计： 1.时序电路的设计是根据要求实现其逻辑功能，先作出原始状态图或 原始状态表，然后进行状态化简（状态合并）和状态编码（状态分配），再求 出所选触发器的驱动方程、时序电路的状态方程和输出方程，最后画出设计 好的逻辑电路图。 2.在设计同步时序逻辑电路时，把 CP 信号作逻辑 1 处理，对异步时
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。
时序逻辑电路分析举例
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 J1//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 ⎩⎨⎧=⊕=111K Q X J n 状态方程()()n n n n n n n nn nn n n n QXQ Q Q X QQ X QQ Q X Q Q X Q Q X Q 0101011001011011+=⊕=+=⊕=++1J 1K C11J 1K C11Q 0Q CPXZ=1=1=1&FF 1FF 011输出方程()01Q Q X Z ⊕=1、 状态转换表，如表所示。
状态转换图，略。
2、这是一个3进制加减计数器，当X=0时为加计数器，计满后通过Z 向高位进位；X=1时为减计数器，计满后通过Z 向高位借位；能自启动。
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。
时序逻辑电路特点
时序逻辑电路特点什么是时序逻辑电路？时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，它是通过将逻辑门与时钟信号结合起来，实现对输入信号状态的记忆和控制。
时序逻辑电路能够对输入信号进行存储、延迟和触发，通过时钟信号的作用，在特定的时间进行功能运算和状态转换。
时序逻辑电路的基本单元时序逻辑电路的基本单元是触发器（Flip-Flop）。
触发器是一种具有两个稳定状态（0和1）的存储设备，可以将输入信号的状态在时钟信号的控制下保持不变，直到下一次时钟信号的到来。
常见的触发器有RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
时序逻辑电路的特点1.存储能力：时序逻辑电路能够存储上一时钟周期内的输入信号状态，在下一时钟周期进行处理。
通过触发器的稳定状态保持，可以实现各种功能的状态记忆和控制。
2.时序性：时序逻辑电路在不同的时间阶段对输入信号进行处理和响应，它可以根据时钟信号的控制，在特定的时间点进行状态转换、数据传输和计算操作。
3.同步性：时序逻辑电路的操作是由外部时钟信号驱动的，同步性很强。
所有触发器的时钟输入端连接在一起，通过时钟信号的上升或下降沿，触发器的状态同时发生变化，实现电路中各部分的同步动作。
4.可插拔性：时序逻辑电路的设计灵活，可以根据具体要求进行组合和连接。
各种触发器可以根据需要的功能进行选择和应用，同时也可以通过级联和并联的方式构建复杂的时序逻辑电路。
5.实现复杂功能：时序逻辑电路可以通过组合和连接基本的触发器，实现各种复杂的功能和算法。
例如，时序逻辑电路可以用于实现计数器、移位寄存器、状态机、序列检测器等。
6.时延存在：由于时序逻辑电路中的触发器在时钟的作用下才会发生状态改变，所以在信号传输和处理过程中会引入一定的时延。
时序逻辑电路的时延是由信号传播延迟、触发器响应时间等因素决定的。
时序逻辑电路的应用时序逻辑电路广泛应用于各种数字系统和电子设备中，其特点使得它适合处理与时间相关的问题。
以下是一些常见的应用场景：1.计数器：时序逻辑电路可用于实现各种计数器，如二进制计数器、BCD计数器等。
第6章 时序逻辑电路
８位二进制数码需几个触发器来存放？
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37
计数器：用以统计输入时钟脉冲CLK个数的电路。 计数器的分类：
1．按计数进制分 二进制计数器：按二进制数运算规律进行计数的 电路称作二进制计数器。 十进制计数器：按十进制数运算规律进行计数的 电路称作十进制计数器。 任意进制计数器：二进制计数器和十进制计数器 之外的其它进制计数器统称为任意进制计数器。
驱动方程代入特性方程得状态方程。 输出方程：输出变量的逻辑表达式。
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2. 状态表
反映输出Z、次 态Q*与输入X、现 态Q之间关系的 表格。
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3. 状态图
标注：输入／输出
反映时序电路 箭尾： 状态转换规律， 现态
及相应输入、
输出取值关系
的图形。
箭头： 次态
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时钟方程、 2
驱动方程和
状态方程
输出方程
3
5 状态图、 状态表或
时序图ห้องสมุดไป่ตู้
4
计算
11
例
1 时钟方程：C2 L C K 1 L C K 0 L C K同钟L 步方时程K 序可电省路去的不时写。
写 输出方程： YQ'1Q2 输出仅与电路现态有关，
方
为穆尔型时序电路。
程 式
驱动方程：JJ21
Q1 Q0
K2 Q1' K1 Q0'
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J0 Q2'
K0 Q2
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2 求状态方程
JK触发器的特性方程：
JJ21
Q1
时序逻辑电路的分析(3)
x1
y1
xi
组合逻辑电路
yi
q1
z1
存储电路
qk
zk
时序逻辑电路h的结构框图
9
3. 举例说明：
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。
4.画时序图
5.描述逻辑功能
h
20
二、同步时序逻辑电路的分析
[例1] 分析图示时序电路的逻辑功能，
写出它的驱动方程、状态方程和输出方程。 FF1、FF2和FF3是主从结构的TTL触发器， 下降沿动作，输入悬空时和逻辑1状态等效。
Q1
1J
1J
Q2
• &1J Q 3
C1
Q 1
1K
F F1
CLK
C1
1K
第六章 时序逻辑电路
1
2
本章主要内容
6.1概述 6.2 时序逻辑电路的分析方法
6.3 若干常用的时序逻辑电路 简介 6.4 时序逻辑电路的设计方法 自学 6.5 时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
3
教学基本要求
1. 熟练掌握时序逻辑电路的描述方式及其相互转换。 2. 熟练掌握时序逻辑电路的分析方法 3. 了解时序逻辑电路的设计方法 4. 熟练掌握典型时序逻辑电路计数器、寄存器、移位寄存器的 逻辑功能及其应用。
00
01
1/ 0
1
11/1 00/0 10/0 01/0
0/1 1/1 1/0 0/0
1/ 0
逻辑功能：A=1时是减法计数器。 A=0时是加法计数器。
第五章 时序逻辑电路
D0
D1 D2 D3
(b) 逻辑功能示意图
5.1.2 寄存器
表5.2.3 CT74LS194的功能表
由该表可知它的主要功能如下。 （1）清零功能。 （2）保持功能。
5.1.2 寄存器
（3）并行置数功能。 （4）右移串行输入功能。 （5）左移串行输入功能。 三、寄存器的应用 1.实现数据的串/并行转换
5.1.1 数字电路概述
一、时序逻辑电路的分析 时序逻辑电路的分析是根据已知的逻辑电路图， 找出电路状态和输出信号在输入信号和时钟脉冲信 号作用下的变化规律，确定电路的逻辑功能。 1.时序逻辑电路的基本分析步骤 （1）列写电路方程 ①输出方程。 ②驱动方程。 ③状态方程。
5.1.1 数字电路概述
5.1.2 寄存器
一、数码寄存器 CT74LS175是用维持阻塞D触发器组成的4位寄存 器，它的逻辑图如图5.2.1所示。
Q0 Q0 FF0 CP CR 1D C1 D0 RD Q1 Q1 FF1 1D C1 D1 RD Q2 Q2 FF2 1D C1 D2 RD Q3 Q3 FF3 1D C1 D3 RD
CP 移位时钟脉冲
图5.2.2 由边沿D触发器组成的4位单向移位寄存器 （a）右移位寄存器；（b）左移位寄存器
例如，设串行输入数据为DI＝1011，首先将移 位寄存器的初始状态置为0，即Q3 Q2Q1Q0＝0000。 经过4个移位脉冲后，寄存器状态应为Q3 Q2Q1Q0 ＝1011，所以，串行输入数码的顺序依次是从高位 到低位，即在4个移位脉冲CP的作用下依次送入1、 0、1、1。
Q0 FF0 1D Di D0 C1 右移 输入 CP 移位时钟脉冲 Q0 D1 Q0 FF1 1D C1 Q1 Q1 D2 Q1 FF2 1D C1 Q2 D3 Q2 Q2 FF3 1D C1 Q3 Q3 右移 输出 Q3