基于CPLD的线阵CCD驱动时序的设计与实现
收稿日期:2007-10 作者简介:林德辉(1973—),男,硕士,研究方向为嵌入式系统和CP LD 设计
。
图1 TC D1208AP
电路图
图2 TCD1208AP 的驱动时序图
基于CP LD 的线阵CC D 驱动时序的设计与实现
林德辉,道克刚,钟绍俊
(中国计量学院机电工程分院,浙江杭州310018)
摘要:介绍一种基于CP LD 芯片EP M7128S LC84-15的线阵CC D -TC D1208AP 的驱动设计方法,详细阐述了逻辑设计原理,给出了时序仿真图形,并给出实际波形。实践证明,该设计方法具有一定的使用价值。
关键词:线阵CCD;CP LD;驱动时序设计
中图分类号:T M930 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2008)04-0022-02
D esi gn and I m ple m en t a ti on of L i n ear CCD D r i ver Ba sed on CPLD
L IN De 2hui,DAO Ke 2gang,ZHONG Shao 2jun
(Dep t .of Mechatr onics Engineering,China I nstitute of Metr ol ogy,Hangzhou 310018,China )
Abstract:A driving design method of linear CCD T CD1208AP based on the CP LD chi p of EP M7128S LC84-15is described in this paper .The p rinci p le of l ogic design is given in detail .The diagra m of ti m ing sequence si m ulati on is p resented and the p ractical ti m ing sequence is dis p layed .The fact de monstrates that this method has s ome p ractical value .
Key words:linear array CCD;CP LD;design of driving ti m ing sequence
本文介绍一种采用美国ALTERA 公司的MAX7000S 系列CP LD 芯片EP M7128利用VHDL 语言编程实现T CD1208AP 的驱动设计方法。
1 TCD 1208AP 的驱动时序分析
日本T OSH I B A 公司的T CD1208AP 芯片具有优良的光电特性,有2160个像元,其电路图如图1所示。
T CD1208AP 的驱动时序图如图2所示。由T C D1208AP 的时序图可以看出,TCD1208AP 是采用两相驱动脉冲工作,时序脉冲驱动电路提供4路工作脉冲,即积分脉冲SH,电荷转移脉冲<1、<2,输出复位脉冲RS 。通过查阅手册可知TCD1208AP 的最佳工作频率为1MHz 。该
器件具有2160位有效像元,正常工作时有52个虚单元输出(DUMMY OUTP UTS )信号(含暗电流信号)。
在时序分析阶段需要确定SH 、<1、<2和RS 四个信号的严格时序关系,还需要参考图3所示的时序要求。
根据图2和图3即可进行时序波形的
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22?仪表技术 2008年第4期
图3 TCD1208AP
的时序要求
图4 系统仿真结果
设计工作了,本系统设计中CP LD 芯片EP M7128全局时
钟频率为16MHz,每个时钟周期是62.5ns,SH 脉冲典型持续时间为1000ns,即16个时钟周期;<1的第一个宽脉冲设计为1875ns,即30个时钟周期;RS 工作频率为1MHz,对全局时钟进行16分频即可实现,RS 的占空比为25%;<1、<2的工作频率为0.5MHz,对全局时钟进行32分频即可实现,占空比为50%,且<1、<2反相。2 基于CP LD 的驱动时序的设计与实现2.1 CP LD 芯片的选型
本系统设计中采用ALTERA 公司的EP M7128S LC84-15芯片,该芯片具有以下特点:
(1)基于第二代多阵列矩阵(MAX )结构为基础,采用高性能C MOS EEPROM 技术制造。(2)通过JT AG 接口可实现在线编程。(3)逻辑密度达2500个可用门,128个宏单元。(4)引脚到引脚的逻辑延迟时间为6ns,芯片工作频率达147.1MHz 。2.2 软件开发环境
本系统的程序设计语言为VHDL,时序功能仿真软件使用ActiveHDL 6.1,下载软件使用QuartusII 5.0,
QuartusII 5.0开发系统是一种全集成化的可编
程逻辑设计环境,它支持硬件描述语言
(VHDL )、状态图和原理图3种输入方式,执行编译、逻辑综合、仿真以及编程等功能。整个系统功能仿真结果如图4所示。其中clk 为全局时钟,频率为16MHz,u1和u2相当于<1和<2,SH 为积分脉冲,RS 为输出复位脉冲。3 实验结果
程序编译完成后通过JT AG 口将生成的pof 文件下载固化在CP LD 芯片中,就可以从
示波器或逻辑分析仪上看波形了。使用泰克
公司的T DS2014示波器看到的驱动波形如图
5所示。从示波器上可以看出,波形和手册上要求的波形符合得比较好
。
图5 下载后的驱动波形
4 结论
系统设计完成后,CCD 输出波形经放大电路、滤波电路、ADC 等电路处理后即可正常工作。经调试此
系统已成功运用于生丝质量检测课题中,效果良好。采用CP LD 的CCD 驱动电路方案已在实际电路中得
到验证,时序及时延参数均满足工程要求,工作稳定可靠,在线编程方便,是一种
快捷有效的电子电路实现方法。参考文献:
[1]米本和也.CC D /C MOS 图像传感器基础与应
用[M ].北京:科学出版社,2006.
[2]蔡文贵.CCD 技术与应用[M ].北京:电子工
业出版社,1992.
[3]日本东芝公司.线阵CCD 器件手册[Z ].
1997.
[4]潘松.S OPC 技术实用教程[M ].北京:清华
大学出版社,2005.
(许雪军编发)
?
32?2008年第4期 仪表技术
时序逻辑电路习题解答
5-1 分析图所示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和时序图。 CLK Z 图 题 5-1图 解：从给定的电路图写出驱动方程为： 0012 10 21()n n n n n D Q Q Q D Q D Q ?=??=?? =?? e 将驱动方程代入D 触发器的特征方程D Q n =+1 ，得到状态方程为： 10012110 12 1()n n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q Q +++?=??=??=??e 由电路图可知，输出方程为 2 n Z Q = 根据状态方程和输出方程，画出的状态转换图如图题解5-1(a ）所示，时序图如图题解5-1(b ）所示。 题解5-1(a ）状态转换图
1 Q 2/Q Z Q 题解5-1(b ）时序图 综上分析可知，该电路是一个四进制计数器。 5-2 分析图所示电路的逻辑功能，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 为输入变量。 Y A 图 题 5-2图 解：首先从电路图写出驱动方程为： () 0110101()n n n n n D AQ D A Q Q A Q Q ?=? ?==+?? 将上式代入触发器的特征方程后得到状态方程 () 1011 10101()n n n n n n n Q AQ Q A Q Q A Q Q ++?=? ?==+?? 电路的输出方程为： 01n n Y AQ Q = 根据状态方程和输出方程，画出的状态转换图如图题解5-2所示
Y A 题解5-2 状态转换图 综上分析可知该电路的逻辑功能为： 当输入为0时，无论电路初态为何，次态均为状态“00”，即均复位； 当输入为1时，无论电路初态为何，在若干CLK 的作用下，电路最终回到状态“10”。 5-3 已知同步时序电路如图(a)所示，其输入波形如图 (b)所示。试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和时序图，并说明该电路的功能。 X (a) 电路图 1234CLK 5678 X (b)输入波形 图 题 5-3图 解：电路的驱动方程、状态方程和输出方程分别为： 0010110001101101 1, ,n n n n n n n n n n J X K X J XQ K X Q X Q XQ X Q XQ Q XQ XQ XQ Y XQ ++?==??==???=+=?? ?=+=+?= 根据状态方程和输出方程，可分别做出11 10,n n Q Q ++和Y 的卡诺图，如表5-1所示。由此 做出的状态转换图如图题解5-3（a)所示，画出的时序图如图题解5-3（b ）所示。
时序逻辑电路设计
引言 人类社会进步，各种仪器测试设备的以电子设备代替成为趋势，各类测试仪器都希望通过电子设备来实现。电子设备在实现相应参数的测量时，具有简单容易操作，而且数据便于计算机处理等优点。目前科技的飞速进展与集成电路的发展应用，有密不可分的关系。十九世纪工业革命主要以机器节省人力，二十世纪的工业的革命则主要以电脑为人脑分劳。而电脑的发展归于集成电路工业。 集成电路是将各种电路器件集成于半导体表面而形成的电路。近年来集成电路几乎成为所有电子产品的心脏。由于集成电路微小化的趋向，使电子产品得以“轻、薄、短、小”。故集成电路工业又称微电子工业。差不多在同时数字计算机的发展提供了应用晶体管的庞大潜在市场。 20世纪90年代以后，电子科学和技术取得了飞速的发展，其标志就是电子计算机的普及和大规模集成电路的广泛应用。在这种情况下，传统的关于数字电路的内容也随之起了很大的变化，在数字电路领域EDA工具已经相当成熟，无论是电路内容结构设计还是电路系统设计，以前的手工设计都被计算机辅助设计或自动设计所取代。 通过长期的学习微电子专业理论知识，我们应该多动手实践把理论知识与实践相结合，加强对理论知识的把握。本文是十进制同步计数器的设计，对十进制同步计数器的设计进行电路原理图设计以及仿真，版图设计，版图验证。 1 设计技术要求 （1）项目名称：十进制同步计数器的设计 （2）使用工艺：2.0um硅栅工艺(tanner)或者1.0um硅栅工艺(cadence) （3）供电电源：5V （4）输入要求：异步清除，CMOS电平 （5）进行原理图设计，并完成电路的仿真 （6）版图设计，完成LVS一致性检验，生成相应的GDSII文档 2 设计构思及理论 2.1 设计思路 十进制同步计数器的设计可以细化成下列步骤： ①建立最简原始状态图。 ②确定触发器级数，进行状态编码。 ③用状态装换卡诺图化简，求状态方程和输出方程。 ④查自启动特性。 ⑤确定触发类型，求驱动方程。 ⑥画逻辑图。
同步时序电路的设计步骤
同步时序电路的设计步骤 同步时序电路的设计步骤 同步时序电路的分析是根据给定的时序逻辑电路，求出能反映该电路功能的状态图。状态图清楚地表明了电路在不同的输入、输出原状态时，在时钟作用下次态状态的变化情况。同步时序电路的设计的设计是分析的反过程，其是根据给定的状态图或通过对设计要求的分析得到的状态图，设计出同步时序电路的过程。 这里主要讨论给定状态图的情况下的同步时序电路的设计，对于具体的要求得到状态图的过程一般是一个较复杂的问题，这是暂不讲。根据已知状态图设计同步时序电路的过程一般分为以下几步： 1.确定触发器的个数。首先根据状态的个数来确定所需要触发器的个数，如给定的状态个数为n，由应满足 n≤2K,K为实现这来状态所需要的触发器的个数。（实际使用时可能给定的状态中存在冗余项，这时一般还须对状态进行化简。） 2.列出状态转移真值表。根据状态列出状态转移真值表，也称状态表、状态转移表。 3.触发器选型。选择合适的触发器，通常可选的触发器有：JK-FF,D-FF,T-FF,一般使用较广的为JK-FF。根据状态图和给出的触发器的型号写出其输入方程，通常在写输入方程时须对其进行化简，以使电路更简单。 4.求出输出方程。根据状态表，求出输出逻辑函数Z的输出方程，还过有些电路没有独立的输出，这一步就省了。 5.画出逻辑图。根据输入方程、输出方程画出逻辑电路图。 6.讨论设计的电路能否自启动。在设计的电路中可能出现一些无关的状态，这些状态能否经过若干个时钟脉冲后进行有效的状态。 同步时序电路设计举例 例按下图状态图设计同步时序电路。 1.根据状态数确定触发器的数目：由状态图可以看出，其每个状态由两个状态，故可用两个触发器。其变量可 用Q 1,Q 表示； 2.根据状态图列出状态表：状态表的自变量为输入变量x和触发器当前状态Q 1 n,Q n，而应变量为触发器的次态 Q 1n+1Q n+1、及输出z，列表时将自变量的所有组合全部列出来，其中当Q 1 n Q n=01的状态为不出现，其输出可看作任意 项处理。
(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
第3、5章 组合电路和时序电路(总复习)
【总复习卷】 第3、5章组合逻辑电路和时序逻辑电路在数字电路系统中，按照逻辑功能和电路特点，各种数字集成电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。 【知识结构图】 【本章重点】 第3章、组合逻辑电路 1．组合逻辑电路在电路结构及逻辑功能上的特点。 2．编码器和译码器的电路设计。 3．各类编码及译码器逻辑功能介绍。 4．集成编码器及译码器使用。 第5章、时序逻辑电路 1．时序逻辑电路在电路结构及编逻辑功能上的特点。 2．各类寄存器寄存数码的原理。 3．二进制和非二进制计数器工作原理及波形图。 4．简单异步二进制计数器的设计。 5．常用中大规模计数器的使用。 【本章难点】1．编码器、译码器真值表的写法。 2．同步计数器计数状态的分析。 【本章考点】1．组合逻辑电路和时序逻辑电路的各自的特点。 2．编码器和译码器电路设计及工作原理分析。 3．寄存器寄存数码的工作过程（波形）。 4．各种类型计数器的计数状态表、状态转换图、工作波形图。
综合训练（第3、5章） 一、填空题 1. 在数字电路系统中，按照逻辑功能和电路特点，各种数字集成电路可分为_________逻辑电路和_________逻辑电路两大类。 2. 把0和1按一定规律编排，使每组代码具有一个特定的含义的过程，称为_________。把代码的 特定含义翻译出来的过程称为_________。 3. ________常用于接收、暂存、传递数码等。存放n位二进制数码需要______个触发器。 4. 能实现_________操作的电路称为计数器；按计数时各触发器状态转换与计数脉冲是否同步。可 分为_________计数器和_________计数器。_________进制计数器是各种计数器基础。 5. 一个四位二进制减法计数器状态为_________时，再输入一个计数脉冲,计数状态为1111，并向高 位发出__________信号。 6. 要把y0、y1．．．．．．．y11、y12十三个信号编成二进制代码．至少需要_________位二进制数码。７. 构成计数器的基本电路是__________，如果把n个这类基本电路串联起来，就可以表示 __________位二进制数。 二、判断题(对的打“√”,错的打“×”) 1．组合逻辑电路具有记忆功能。( ) 2．编码是译码的逆过程。( ) 3．移位寄存器每输入一个脉动时，不一定只有一个触发器翻转。( ) 4．译码时每次只有一个输出端输出有效，即该输出端为1，其余为0。( ) 5．移位寄存器即可并行输出也可以串行输出。（） 6．数码寄存器存放的数码可以并行输入也可以串行输入。（） 7．数码寄存器最简单的寄存器，这种寄存器称为并行输入，并行输出数码寄存器。（) 8．右移位寄存器存放的数码将从低位到高位，依次串行输入。（） 9．时序逻辑电路结构上的特点是：由门电路和触发器组成。（） 10．具有8个触发器的二进制异步计数器能表达256种状态。（） 11．表示一位十进制数至少需要二位二进制数。（） 12．构成一位十进制计数器至少需要4个触发器。（） 13．在异步计数器中，若按自然顺序计数，则要求最低位触发器每输入一个计数脉冲其状态就翻转一次。（） 14．显示器属于时序逻辑电路类型。（） 15．触发器属于最简单的时序逻辑电路。（） 16．八位二进制数能表十进制数的最大值是256。（） 17．按8421BCD码进行计数的十进制计数器1010-1111这六种状态不允许出现。( ) 18．构成计数器电路的器件必须有具有记忆能力的。（）
电子技术——几种常用的时序逻辑电路习题及答案
第七章 几种常用的时序逻辑电路 一、填空题 1.（9-1易）与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的特点是：任何时刻的输出信号不仅与____________有关，还与____________有关，是______（a.有记忆性b.无记忆性）逻辑电路。 2.（9-1易）触发器是数字电路中______（a.有记忆b.非记忆）的基本逻辑单元。 3.（9-1易）在外加输入信号作用下，触发器可从一种稳定状态转换为另一种稳定状态，信号终止，稳态_________（a.不能保持下去 b. 仍能保持下去）。 4.（9-1中）JK 触发器是________（a.CP 为1有效b.CP 边沿有效）。 5.（9-1易）1n n n Q JQ KQ +=+是_______触发器的特性方程。 6.（9-1中）1n n Q S RQ +=+是________触发器的特性方程，其约束条件为___________。 7.（9-1易）1n n n Q TQ TQ +=+是_____触发器的特征方程。 8. （9-1中）在T 触发器中，若使T=____，则每输入一个CP ，触发器状态就翻转一次，这种具有翻转功能的触发器称为'T 触发器，它的特征方程是________________。 9.（9-1难）我们可以用JK 触发器转换成其他逻辑功能触发器，令 __________________，即转换成T 触发器；令_______________， 即转换为'T 触发器；令________________，即转换成D 触发器。 10.（9-1难）我们可以用D 触发器转换成其他逻辑功能触发器，令 __________________，即转换成T 触发器；令_______________， 即转换为'T 触发器。
基于Verilog的VGA驱动设计1时序分析
基于Verilog的VGA驱动设计（一）VGA时序分析 VGA时序分析 电阻DAC转换网络和640X480的VGA时序图: 图 1 扫描频率 显示器采用光栅扫描方式，即轰击荧光屏的电子束在CRT屏幕上从左到右（受水平同步信号HSYNC控制）、从上到下（受垂直同步信号VSYNC控制）做有规律的移动。光栅扫描又分逐行扫描和隔行扫描。电子束采用光栅扫描方式，从屏幕左上角一点开始，向右逐点进行扫描，形成一条水平线；到达最右端后，又回到下一条水平线的左端，重复上面的过程；当电子束完成右下角一点的扫描后，形成一帧。此后，电子束又回到左上方起点，开始下一帧的扫描。这种方法也就是常说的逐行扫描显示。 Horizonal Timing
图2 A (us) Line Period B (us) Sync pulse lenght C (us) Back porch D (us) Active video time E (us) Front porch Vertical Timing 图3 O (ms) Frame Period P (ms) Sync length Q (ms) Back porch R (ms) Active video time S (ms) Front porch Horizonal timing information 水平扫描时序
图4 Notes: ?Active area is actually an active area added with 6 overscan border pixels (in some other VGA timing tables those border pixels are included in back and front porch) Vertical timing information 垂直扫描时序 图5 Notes: ?Active area is actually an active area added with 4 overscan border lines (in some other VGA timing tables those border lines are included in back and front porch)
时序逻辑电路练习题90281
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．将某时钟频率为32MHz的CP变为4MHz的CP，需要个二进制计数器。 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____ ___。 23．施密特触发器有____个阈值电压，分别称作___ _____ 和___ _____ 。 24．触发器能将缓慢变化的非矩形脉冲变换成边沿陡峭的矩形脉冲。 25．施密特触发器常用于波形的与。 二、选择题 1. R-S型触发器不具有( )功能。 A. 保持 B. 翻转 C. 置1 D. 置0 2. 触发器的空翻现象是指（） A.一个时钟脉冲期间，触发器没有翻转 B.一个时钟脉冲期间，触发器只翻转一次 C.一个时钟脉冲期间，触发器发生多次翻转 D.每来2个时钟脉冲，触发器才翻转一次 3. 欲得到D触发器的功能，以下诸图中唯有图（A）是正确的。
时序逻辑电路练习题及答案
《时序逻辑电路》练习题及答案 [6.1] 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：311Q K J ==， 状态方程：n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q 13131311⊕=+=+； 122Q K J ==， n n n n n n n Q Q Q Q Q Q Q 12212112 ⊕=+=+； 33213Q K Q Q J ==，， n n n n Q Q Q Q 12313 =+； 输出方程：3Q 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 123 Y Q Q Q n n n 111213+++ n n n Q Q Q 123 Y Q Q Q n n n 1112 13+++ 0 00 00 1 010 01 1 0010 0100 0110 1000 100 10 1 110 11 1 000 1 011 1 010 1 001 1 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。 [6.2] 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：21 Q A D =， 2 12Q Q A D = 状态方程：n n Q A Q 21 1 =+， )(122112n n n n n Q Q A Q Q A Q +==+ 输出方程：21Q 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 [6.3] 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] 321Q Q J =，11=K ； 12Q J =，312Q Q K =； 23213Q K Q Q J ==， =+11n Q 32Q Q ·1Q ； 211 2 Q Q Q n =++231Q Q Q ； 3232113Q Q Q Q Q Q n +=+ Y = 32Q 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 [6.4] 分析图P6-4给出的时序电路，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说明电路实现的功能。A 为输入变量。 n n Q AQ 12 Y Q Q n n 1 112++ 000 00 1 010 01 1 100 11 1 110 10 1 010 100 110 00 1 11 1 100 010 000
光电_线阵CCD驱动电路的FPGA时序设计 2
线阵CCD驱动电路的FPGA时序设计一，设计人员：姜小文姜虎彪黄志海孔敏 二，设计要求 设计一线阵CCD驱动时钟，用一输入的clk,驱动CCD、AD、FIFO 组成的整个CCD系统，并要求有一个复位端reset。 三，设计目的 本实验主要是基于FPGA设计线阵CCD器件复杂驱动电路和整个CCD的电子系统控制逻辑时序的方法，并给出时序仿真波形，通过对线阵CCD驱动电路的时序设计，了解一个系统设计的基本方法。四，介绍 CCD CCD是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。当光入射到CCD的光敏面时，CCD首先完成光电转换．即产生与入射光辐射量成线性关系的光电荷。CCD的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上。CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。基于上述将一维光学信息转变为电信息输出的原理，线阵CCD可以实现图像传感和尺寸测量的功能。其显著特点是：1.体积小重量轻；2.
功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。 五，设计思路 元器件选择 1、CCD：sonyILX511 2、AD：Analog Devices --- AD9224 3、FIFO：Integrated Device Technology --- IDT7204
时序逻辑电路
课程名称：数字逻辑电路设计实践实验名称：组合逻辑电路设计
时序逻辑电路 1、 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。 2、 实验原理 详见书103～147 3、 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。 1）状态转换图： 现态 次态 Q2(n) Q1(n) Q0(n) Q2(n+1) Q1(n+1) Q0(n+1) 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 2)建立卡诺图： 001 010 100 011 101 110 000 111 1!1 210n n n Q Q Q +++ 有上表得： Q 0n 1=Q 0 n 0 1 00 01 11 10 2 n Q 10n n Q Q
Q 1n 1=Q 0n ⊕Q 1 n Q 2n 1=Q 0n Q 1n ⊕Q 2n =Q 0n Q 1n ⊕Q 2 n 因此，需要三个D 触发器来实现时序电路，三个D 触发器分别对应Q0、Q1、Q2 通过一片74LS138 3-8线译码器将Q2Q1Q0所对应的二进制码输出转化为相应的0~7号LED 灯的输入电平。 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 ① 设计电路。 U1A 74ALS74AN 1D 2 1Q 5 ~1Q 6 ~1CLR 1 1CLK 3 ~1PR 4U2A 74ALS74AN 1D 2 1Q 5 ~1Q 6 ~1CLR 1 1CLK 3 ~1PR 4 U3B 74ALS74AN 1D 2 1Q 5 ~1Q 6 ~1CLR 1 1CLK 3 ~1PR 4U4A 74ALS86N U5B 74ALS86N U6A 74LS04N U7A 74LS00N VCC 5V 1 45 78U9 74LS138N Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y7 7 A 1 B 2 C 3G16~G2A 4~G2B 5 6 23 VCC VCC 5V VCC LED ② 静态验证 （自拟表格） 将3-8译码器的15Y ~0Y 输出端，从左到右依次接测试箱上的8个LED 灯80~L L ，3个D 触发器共同接箱上经消抖处理的当脉冲信号（上升沿触发）。依次按动单脉冲按钮，得以下结果。见表1. 表1.广告流水灯静态验证结果 次序 L8 L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 1 暗 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 2 亮 暗 亮 亮 亮 亮 亮 亮 3 亮 亮 暗 亮 亮 亮 亮 亮 4 亮 亮 亮 暗 亮 亮 亮 亮 5 亮 亮 亮 亮 暗 亮 亮 亮 6 亮 亮 亮 亮 亮 暗 亮 亮
同步时序逻辑电路的习题 数字逻辑
第五章 同步时序逻辑电路的习题 一、基本知识点 1、时序逻辑电路的一般结构 特点：a 、有存储电路（记忆元件）；有组合电路（特殊时可没有） b 、包含反馈电路，电路功能与“时序”相关 c 、输出不仅与输入（X ）有关，而且与存储状态（Y ）有关 分类：（1）Mealy 型 Z ＝F （X ，Q ） 输出是电路的输入和现态的函数（注意输出与输入有直接关系） （2）Moore 型 Z ＝F （Q ） 输出仅仅是电路现态的函数（注意输出与输入没有直接关系） 同步时序逻辑电路：各触发器共用同一时钟信号，即电路中各触发器状态的转换时刻在统一时钟信号控制下同步发生。 异步时序逻辑电路：电路没有统一的时钟信号对状态变化进行同步控制，输入信号的变化将直接引起电路状态的变化。 //本课程将较少讨论异步时序逻辑电路 2、同步时序逻辑电路的描述 注意：任一个同步时序逻辑电路的结构和功能可用3组函数表达式完整地描述。 （1）激励函数表达式：存储电路输入Y 与电路输入X 和现态Q 之间的关系 Y ＝F （X ，Q ） //现态Q 就是上图存储电路原始的输出y k （2）次态函数表达式：电路的次态Q n+1与激励函数Y 和现态Q 之间关系 Q n+1＝F （Y ，Q ） //次态Q n+1就是上图存储电路再次触发后的输出y k n+1 （3）输出函数表达式：电路的输出Z 和输入X 和当前现态Q 的关系 Mealy 型 Z ＝F （X ，Q ） Moore 型 Z ＝F （Q ） 输入信号 输出信号 X 1 X 2 X n Z 1 Z 2 Z m y s 过去输入 现态 现在输入 ｝ 输出 输出 所有输入 现态
时序逻辑电路习题
触发器 一、单项选择题： (1)对于D触发器，欲使Q n+1=Q n，应使输入D=。 A、0 B、1 C、Q D、 (2)对于T触发器，若原态Q n=0，欲使新态Q n+1=1，应使输入T=。 A、0 B、1 C、Q (4)请选择正确的RS触发器特性方程式。 A、 B、 C、 (约束条件为) D、 (5)请选择正确的T触发器特性方程式。 A、 B、 C、 D、 (6)试写出图所示各触发器输出的次态函数(Q )。 n+1 A、 B、 C、 D、 (7)下列触发器中没有约束条件的是。 A、基本RS触发器 B、主从RS触发器 C、同步RS触发器 D、边沿D触发器 二、多项选择题： (1)描述触发器的逻辑功能的方法有。 A、状态转换真值表 B、特性方程 C、状态转换图 D、状态转换卡诺图 (2)欲使JK触发器按Q n+1=Q n工作，可使JK触发器的输入端。
A、J=K=0 B、J=Q,K= C、J=,K=Q D、J=Q,K=0 (3)欲使JK触发器按Q n+1=0工作，可使JK触发器的输入端。 A、J=K=1 B、J=0,K=0 C、J=1,K=0 D、J=0,K=1 (4)欲使JK触发器按Q n+1=1工作，可使JK触发器的输入端。 A、J=K=1 B、J=1,K=0 C、J=K=0 D、J=0，K=1 三、判断题： (1)D触发器的特性方程为Q n+1=D，与Q 无关，所以它没有记忆功能。（） n (2)同步触发器存在空翻现象，而边沿触发器和主从触发器克服了空翻。 （） (3)主从JK触发器、边沿JK触发器和同步JK触发器的逻辑功能完全相同。（） (8)同步RS触发器在时钟CP=0时，触发器的状态不改变( )。 (9)D触发器的特性方程为Q n+1=D，与Q n无关，所以它没有记忆功能( )。 (10)对于边沿JK触发器，在CP为高电平期间，当J=K=1时，状态会翻转一次( )。 四、填空题： (1)触发器有（）个稳态，存储8位二进制信息要 （）个触发器。 (2)在一个CP脉冲作用下，引起触发器两次或多次翻转的现象称为触发器的（），触发方式为（）式或（）式的触发器不会出现这种现象。 (3)按逻辑功能分，触发器有（）、（）、（）、（）、（）五种。 (4)触发器有（）个稳定状态，当＝0，＝1时，称为（）状态。 时序逻辑电路 一、单项选择题： (2)某512位串行输入串行输出右移寄存器，已知时钟频率为4MHZ，数据从输入端到达输出端被延迟多长时间？ A、128μs B、256μs C、512μs D、1024μs (3)4个触发器构成的8421BCD码计数器共有（）个无效状态。 A、6 B、8 C、10 D、4 (4)四位二进制计数器模为 A、小于16 B、等于16 C、大于16 D、等于10 (5)利用异步预置数端构成N进制加法计数器，若预置数据为0，则应将（）所对应的状态译码后驱动控制端。 A、N B、N－1 C、N+1 (7)采用集成中规模加法计数器74LS161构成的电路如图所示，选择正确答案。 A、十进制加法计数器 B、十二进制加法计数器
实验二 时序逻辑电路的设计[1]
实验二 时序逻辑电路的设计 一、实验目的： 1、 掌握时序逻辑电路的分析方法。 2、 掌握VHDL 设计常用时序逻辑电路的方法。 3、 掌握时序逻辑电路的测试方法。 4、 掌握层次电路设计方法。 5、 理解时序逻辑电路的特点。 二、实验的硬件要求： 1、 EDA/SOPC 实验箱。 2、 计算机。 三、实验原理 1、时序逻辑电路的定义 数字逻辑电路可分为两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元（触发器、锁存器等），主要由逻辑门电路构成，电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关，而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路，其输出不仅跟当前电路的输入有关，还和输入信号作用前电路的状态有关。 2、同步时序逻辑电路的设计方法 同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据实际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的电路。同步时序电路的设计过程： （1）根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表。 ①明确电路的输入条件和相应的输出要求，分别确定输入变量和输出变量的数目和符号； ②找出所有可能的状态和状态转换之间的关系； ③根据原始状态图建立原始状态表； （2）状态化简---求出最简状态图。 合并等价状态，消去多余状态的过程称为状态化简。 等价状态：在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。 （3）状态编码（状态分配）。 给每个状态赋以二进制代码的过程。 根据状态数确定触发器的个数，n n M 221-≤∠（M 为状态数；n 为触发器的个数）。 （4）选择触发器的类型。 （5）求出电路的激励方程和输出方程。 （6）画出逻辑图并检查自启动能力。 3、时序逻辑电路的特点及设计时的注意事项 ①时序逻辑电路与组合逻辑电路相比，输出会延时一个时钟周期。 ②时序逻辑电路一般容易消除“毛刺”。 ③用VHDL 描述时序逻辑电路时，一般只需将时钟信号和异步控制（如异步复位）信号作为敏感信号。
第5章 时序逻辑电路思考题与习题题解
思考题与习题题解 5-1填空题 （1）组合逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与电路原来所处的状态无关；时序逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号有关；与信号作用前电路原来所处的状态有关。 （2）构成一异步n2进制加法计数器需要 n 个触发器，一般将每个触发器接成计数或T’型触发器。计数脉冲输入端相连，高位触发器的 CP 端与邻低位Q端相连。 （3）一个4位移位寄存器，经过 4 个时钟脉冲CP后，4位串行输入数码全部存入寄存器；再经过 4 个时钟脉冲CP后可串行输出4位数码。 （4）要组成模15计数器，至少需要采用 4 个触发器。 5-2 判断题 （1）异步时序电路的各级触发器类型不同。（×）（2）把一个5进制计数器与一个10进制计数器串联可得到15进制计数器。（×）（3）具有 N 个独立的状态，计满 N 个计数脉冲后，状态能进入循环的时序电路，称之模N计数器。（√）（4）计数器的模是指构成计数器的触发器的个数。（×） 5-3 单项选择题 （1）下列电路中，不属于组合逻辑电路的是（D）。 A.编码器 B.译码器 C. 数据选择器 D. 计数器 （2）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 （3）在下列逻辑电路中，不是组合逻辑电路的有( D )。 A.译码器 B.编码器 C.全加器 D.寄存器 （4）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.10μS B.80μS C.100μS D.800ms （5）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（ C ）个触发器。 A.6 B.7 C.8 D.10 （6）某数字钟需要一个分频器将32768Hz的脉冲转换为1HZ的脉冲，欲构成此分频器至少需要（B）个触发器。 A.10 B.15 C.32 D.32768 （7）一位8421BCD码计数器至少需要（B）个触发器。 A.3 B.4 C.5 D.10
线阵_CCD_驱动的FPGA时序设计
线阵 CCD 驱动的FPGA时序设计 实验组成员：袁航周杰赵宁杨剑波 摘要：CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为C CD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。由于CCD的转换效率、信噪比等光电特性只有在合适的时序驱动下才能达到设计所规定的最佳值，输出稳定可靠的信号，因 此，驱动电路的设计也就成为其应用中的关键问题之一。 关键词：CCD；时序；驱动仿真 一、实验设计要求 设计一线阵CCD驱动时钟，用一输入的clk,驱动CCD、AD、FIFO组成的整个CCD系统，并要求有一个复位端reset。 二、实验目的 本实验主要是设计基于FPGA设计线阵CCD器件复杂驱动电路和整个CCD的电子系统控制逻辑时序的方法，并给出时序仿真波形，通过对线阵CCD驱动电路的时序设计，了解一个系统设计的基本方法，加深了解时序电路的设计方法。 三、实验设备 ccd线阵：sonyILX511 AD：Analog Devices --- AD9224 FIFO：Integrated Device Technology --- IDT7204 Cypress --- CY7C460A 四、背景介绍 AD 电路里面的模拟信号转换为数字信号的电路简称AD电路。 FIFO 英文First In First Out 的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，他与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，顺序的读出数据，其数据地址由内部读写指针自动加1完成，不能像普通存储器那样可以由地址线决定读取或写入某个指定的地址。CCD CCD是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。当光入射到CCD的光敏面时，CCD首先完成光电转换．即产生与入射光辐射量成线性关系的光电荷。CCD 的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上。CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。基于上述将一维光学信息转变为电信息输出的原理，线阵CCD可以实现图像传感和尺寸测
第13章_组合逻辑电路和时序逻辑电路习题答案
习题13 13-1分析如习题13-47图所示电路的逻辑功能。 图13-47 习题13-1图 解：Array + = Y+ AB ABC AC 该电路功能为三人表决电路， A具有否决权。 13-2分析如习题13-48图所示电路的逻辑功能。 图13-48 习题13-2图
解： B A C B C A Y ++= 从真值表中可以看出此电路实现的功能是：检测三个输入是否全相同。 13-3 已知一个组合逻辑电路的输入A ，B 和输出Y 的波形如图13-49所示，写出Y 的逻辑表达式，用与非门实现该组合逻辑电路。 图13-49 习题13-3图 解： B A B A B A B A Y ?=+= A B Y
13-4由两个或非门组成的基本RS 触发器及S ，R 端的波形如图13-50所示，请画出Q 端和Q 端的波形。 图13-50 习题13-4图 解： S R 状态不定 状态不定 Q Q 13-5 JK 触发器的逻辑图及输入波形如图13-51，请画出输出端Q 的波形。
图13-51 习题13-5图 解： Q J CP K 13-6 判断下列说法是否正确： (1) 仅有触发器构成的逻辑电路一定是时序逻辑电路。 (2) 仅有门电路构成的逻辑电路一定是组合逻辑电路。 (3) 计数器是执行连续加1操作的逻辑电路。 (4) n 个触发器可以组成存放2n 位二进制代码的寄存器。 (5) 左移移位寄存器是将所存储的数码逐位向触发器的高位移。 (6) 左移移位寄存器的串行输入端应按照先高位后低位的顺序输入代码。 答：（1）对；（2）错；（3）错；（4）错；（5）错；（6）错。 13-7 由四位双向移位寄存器74LS194构成的电路如图13-52所示，设初态为0000，请列出状态转换表。
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》练习题及答案 []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。 图 [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，如表所示；由状态转换表可得状态转换图，如图所示。电路可以自启动。 表 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 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 [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 由状态方程可得状态转换表，如表所示；由状态转换表可得 状态转换图，如图所示。 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 []试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，检查电路能否自启动。 图 [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所示，电路能够自启动。 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数字逻辑几个时序逻辑电路例题