第七章常用时序逻辑功能器件2
时序逻辑电路分类
时序逻辑电路分类介绍时序逻辑电路是一种用于处理时序信号的电路，它由逻辑门和存储元件组成。
时序逻辑电路按照其功能和结构的不同，可以分为多种类型。
本文将对时序逻辑电路的分类进行全面、详细、完整和深入的探讨。
一、根据功能分类1. 同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指其数据在同一个时钟上升沿或下降沿进行传递和存储的电路。
这类电路广泛应用于计算机中的寄存器、时钟驱动器和状态机等。
同步时序逻辑电路具有可靠性高、稳定性强的特点。
2. 异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指其数据不依赖时钟信号而进行传递和存储的电路。
这种电路在通信系统中常用于数据传输和处理，如异步串行通信接口（UART）。
异步时序逻辑电路具有处理速度快和实时性强的特点。
二、根据结构分类1. 寄存器寄存器是一种时序逻辑电路，用于存储和传递数据。
寄存器通常采用D触发器作为存储元件，可以实现数据的暂存和移位操作。
寄存器广泛应用于计算机的数据存储和寄存器阵列逻辑器件（RALU）等。
2. 计数器计数器是一种时序逻辑电路，用于生成特定的计数序列。
计数器可以按照时钟信号对计数进行增加或减少，并可以在达到指定计数值时触发其他操作。
计数器被广泛应用于时钟发生器、频率分频器和时序控制等电路中。
3. 时序控制器时序控制器是一种时序逻辑电路，用于控制其他电路的时序和操作。
时序控制器根据输入的控制信号和当前的状态，通过逻辑运算和状态转移进行运算和控制。
时序控制器被广泛应用于计算机的指令译码和状态机的设计中。
三、根据存储方式分类1. 同步存储器同步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。
同步存储器是在时钟信号作用下进行数据存取的，并且数据的读取和写入操作都在时钟的上升沿或下降沿进行。
同步存储器主要包括静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）等。
2. 异步存储器异步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。
与同步存储器不同的是，异步存储器的读取和写入操作不依赖时钟信号，而是由数据访问信号和存储器内部的同步电路进行控制。
模拟电子技术 康华光 7章1
1
状态表
01
11
10
1 0
Qn 0 00
0 1
0 1
0 1
n n n n Q nn1 Q2 Q1n Q0n Q nQ1 1 nQ 0 Q2 n 2 21 n 1 n n Q 2 Q1 n Qn Q2 Q1 Q0 B 0 n n n Q1 1 Q1 Q 0 Q1 Q 0 1 1 1 1 0 0 n0 n Q 11 1Q 0 1 1 1 0 0 0
7.2.2 移位寄存器 7.2.3 集成移位寄存器74194
教学基本要求
熟练掌握二进制计数器的组成、逻辑功能及工 作原理。 掌握十进制计数器的组成、逻辑功能及工作原 理。 掌握典型中规模集成计数器的逻辑功能及应用。 掌握移位寄存器的逻辑功能和工作原理。 掌握中规模集成移位寄存器的逻辑功能及其应 用。
异步 (低电平) 异步 (低电平) 异步 (低电平) 无 异步 (低电平) 无 异步 异步
同步 同步 同步 异步 异步 同步 异步 无 异步
74HCT161 4位二进制加法 74LS191 74LS193 74160 74LS190
异步
双时钟4位二进制可逆 异步 (高电平)
74LS293 74LS290
7.1
按FF状态 更新时刻
计
数
器
•计数器的分类
同步 --所有FF的状态同时更新，共用一个CP 异步 --所有FF的状态不同时更新，不共用一个CP 加计数器 Up Counter 减计数器 Down Counter
按数值增 减趋势
可逆计数器 Up/Down Counter
按状态变 量使用的 编码 二进制计数器 Binary 二-十进制计数器 BCD
数电复习练习(三)时序电路习题(常用时序部件)(答案)
常用时序逻辑器件习题一、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（C ）。
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（ D ）进制计数器。
A.4B.5C.9D.203、下列逻辑电路中为时序逻辑电路的是（C ）。
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（D ）的计数器。
A.NB.2NC.N2D.2N5、N个触发器可以构成能寄存（ B ）位二进制数码的寄存器。
A.N-1B.NC.N+1D.2N6、五个D触发器构成环形计数器，其计数长度为（A ）。
A.5B.10C.25D.327、同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者（B ）。
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（ B ）个触发器。
A.3B.4C.5D.109、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（ B ）级触发器。
A.2B.3C.4D.810、8位移位寄存器，串行输入时经（D ）个脉冲后，8位数码全部移入寄存器中。
A.1B.2C.4D.811、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（D ）个触发器。
A.2B.6C.7D.8E.1012、某电视机水平-垂直扫描发生器需要一个分频器将31500HZ 的脉冲转换为60HZ 的脉冲，欲构成此分频器至少需要（ A ）个触发器。
A.10B.60C.525D.3150013、某移位寄存器的时钟脉冲频率为100KHZ ，欲将存放在该寄存器中的数左移8位，完成该操作需要（ B ）时间。
A.10μSB.80μSC.100μSD.800ms14、若用JK 触发器来实现特性方程为AB Q A Q n 1n +=+，则JK 端的方程为（ A ）。
6常用时序逻辑功能器件
如每隔3个CP脉冲产生一个节拍脉冲信号。
问题：用J－K触发器怎么构成二进制异步计数器？
（2）、二进制异步减计数器
状态转换图：
Q2Q1Q0
001 010
011
计数脉冲CP 清零脉冲CR
000 111 110
101 100
1D C1 R
FF0 Q0 Q0
1D C1 R
FF1 Q1 Q1
三、集成计数器
集成计数器典型产品一览表：
CP脉冲 引入方式
同 步
异 步
型号
74161 74HC161 74HCT16
1 74LS191 74LS193
74160 74LS190 74LS293 74LS290
计数模式
清零方式
4位二进制加法 4位二进制加法 4位二进制加法 单时钟4位二进制可逆 双时钟4位二进制可逆
R9(1) R9(2) &
S
CP1
1J C1
1K
CP2
R
S 1J C1 1K
≥1 R
S 1J C1 1K
≥1 R
1J
S C1 R
1K
R0(1) & R0(2)
Q0
Q1
Q2
Q3
R9(1)、 R9(2) ：置9输入端。 CP1、CP2：时钟脉冲。
R0(1)、 R0(2) ：置0输入端。 Q0 、 Q1 、 Q2 、Q3：计数输出。
RCO
异步 同步 清零 预置
计数
保持
（2）、74193的功能（二进制同步可逆计数器）
清零 预置 时钟
预置数据输入
输出
Rd LD CPU CPD A B C D QA QB QC QD
6.1-6.2 时序逻辑电路分析
Y
二、状态转换图： 将状态转换表以图形的方式 直观表示出来，即为状态转换图
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1
0 0 0 0 1 1 1 0 1 0
0 0 1 1 0 0 1 0 1 0
0 1 0 1 0 1 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 1 0 1 0
循环状态之外的状态在时钟信号的作用下， 都能进入状态转换图中的循环状态之中，具有 这种特点的时序电路叫做能自启动的时序电路。 电路为七进制计数器，能自启动。
0 1 1 0 0 1 0 0
1 0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 1
状态转换表的另一种形式
CLK Q3 Q2 Q1 Y
Q3 Q2 Q1
* * Q3 Q2 Q1* Y
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 0 1Q1 Q2 * Q1Q2 Q1Q3Q2 Q * Q Q Q Q Q 1 2 3 2 3 3
(3)输出方程：
Y Q2Q3
6.2.2 时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图、和时 序图 从逻辑电路的三个方程还不能一目了然看出电路 的功能。
例 试分析图示的时序逻辑电路的逻辑功能，写出它的 驱动方程、状态方程和输出方程，写出电路的状态转 换表，画出状态转换图和时序图。输入端悬空时等效 为逻辑1。
解：(1) 驱动方程： J1 (Q2Q3 ), K1 1 K 2 (Q1Q3 ) J 2 Q1 , J QQ , K 3 Q2 1 2 3
同步时序电路
异步时序电路
米利（Mealy）型时序电路
按输出信号的特点 穆尔(Moore)型时序电路 米利（Mealy）型电路：输出信号取决于存储电路 的状态和输入变量。 穆尔(Moore)型电路：输出信号仅取决于存储电路 的状态。 穆尔(Moore)型电路是米利（Mealy）型电路的一 种特例。
第六章 时序逻辑电路的常用功能器件
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电气工程学院 苏士美
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同步二进制计数器
可见： u最低位，每输入一个CP，状态改变一次。 u高位触发器只有在所有低位触发器状态全为1时，在下一个CP到来 时， 状态才改变一次。
状态表：
三位为例
Ø每输入一个脉冲，递减计数。 Ø低位的状态由0→1时，相邻高位的状态改变一次。 其它同加计数，分频器。最小脉冲周期Tmin=ntpd
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异步二进制计数器
（3）总结：
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非二进制计数器
状态方程：
Q0n +1 = Q0n Q1n +1 = Q0n Q3n Q1n + Q0nQ1n
n +1 n Q2 = Q0n Q1n ⊕ Q2 n n n n Q3n +1 = Q2 Q1 Q0 Q3 + Q0nQ3n
n+1
Q0 1 1 1 1 1 0 1 0
n+1
001 000 010 011 101 111 110
100
可见：电路为模5，五进制同步可自启动计数器。 有效状态数5个，3个无效状态。
2013-11-03
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※最低位每输入一个脉冲CP，状态改变一次。 ※高位只有在所有低位状态全为“0”时，在下一个CP到来时，状态改变一次。 其它类同加计数。 状态图：Q3Q2Q1Q0→ 0000→1111→1110→1101→1100→……→0001→0000
电子线路基础数字电路实验7 时序逻辑电路设计
实验七时序逻辑电路设计一、实验目的1. 学习用集成触发器构成计数器的方法。
2. 熟悉中规模集成十进制计数器的逻辑功能及使用方法。
3. 学习计数器的功能扩展。
4. 了解集成译码器及显示器的应用。
二、实验原理计数器是一种重要的时序逻辑电路，它不仅可以计数，而且用作定时控制及进行数字运算等。
按计数功能计数器可分加法、减法和可逆计数器，根据计数体制可分为二进制和任意进制计数器，而任意进制计数器中常用的是十进制计数器。
根据计数脉冲引入的方式又有同步和异步计数器之分。
1. 用D触发器构成异步二进制加法计数器和减法计数器：图10—1是用四只D触发器构成的四位二进制异步加法计数器，它的连接特点是将每只D触发器接成T'触发器形式，再由低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接，即构成异步计数方式。
若把图10—1稍加改动，即将低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接，即构成了减法计数器。
图10—1本实验采用的D触发器型号为74LS74A，引脚排列见前述实验。
2. 中规模十进制计数器中规模集成计数器品种多，功能完善，通常具有予置、保持、计数等多种功能。
74LS182同步十进制可逆计数器具有双时钟输入，可以执行十进制加法和减法计数，并具有清除、置数等功能。
引脚排列如图10—2所示。
其中LD−−置数端；CP u−−加计数端；CP D−−减计数端；DO−−非同步进位输出端；CO−−非同步借位输出端；Q A、Q B、Q C、Q D−−计数器输出端；D A、D B、D C、D D−−数据输入端；CR−−清除端。
表10—1为74LS192功能表，说明如下：当清除端为高电平“1”时，计数器直接清零(称为异步清零)，执行其它功能时，CR置低电平。
当CR为低电平，置数端LD为低电平时，数据直接从置数端D A、D B、D C、D D置入计数器。
当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。
执行加计数时，减计数端CP D接高电平，计数脉冲由加计数端Cp u输入，在计数脉冲上升沿进行842编码的十进制加法计数。
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指由组合逻辑电路、存储器件和时钟信号组成的一种电路。
它与组合逻辑电路不同的是，时序逻辑电路可以根据不同的输入信号产生不同的输出，而组合逻辑电路的输出只取决于当前的输入。
时序逻辑电路广泛应用于各种计算机和数字系统中。
首先是功能规范的设计。
这个步骤定义了对电路的功能要求，包括输入和输出的信号类型和范围，以及输出与输入之间的关系。
在这个步骤中，需要考虑电路的功能、性能和复杂度等因素，以及对工程的其他限制。
第二步是状态图和状态转移表的设计。
状态图是描述电路不同状态之间的转移关系的图形，每个状态是一个节点，状态之间的转移是有向边。
状态转移表则是用表格的形式描述状态之间的转移关系。
在这个步骤中，需要确定电路的初始状态和输入信号对状态的影响。
第三步是状态方程和状态表的设计。
状态方程是用逻辑方程的形式描述每个状态输出与输入信号之间的关系。
状态表是用表格的形式描述每个状态输出与输入信号之间的关系。
在这个步骤中，需要使用状态图和状态转移表来确定每个状态的输出逻辑方程和输入输出关系。
最后一步是电路逻辑的设计和测试。
根据前面步骤中得出的状态方程和状态表，可以使用逻辑门和存储器件等来实现时序逻辑电路。
在此过程中，常用的电路设计方法有门级设计和扫描设计等。
设计完成后，需要对电路进行测试，以验证其功能和正确性。
此外，还有一些设计时的注意事项。
首先是时钟信号的引入和控制。
时频信号是时序逻辑电路的基础，需要正确地引入和控制时钟信号，避免产生不稳定和错误的输出。
其次是信号延迟和时序正确性的保证。
时序逻辑电路中存在信号传播延迟和时序正确性的问题，需要合理设计时序，避免产生冲突和错误。
总结起来，时序逻辑电路的设计方法包括功能规范、状态图和状态转移表的设计、状态方程和状态表的设计、电路逻辑的设计和测试。
在设计过程中，需要注意时钟信号的引入和控制，以及信号传播延迟和时序正确性的保证。
这些方法和注意事项可以帮助工程师设计出功能准确、可靠稳定的时序逻辑电路。