时序逻辑电路应用举例
1 抢答器
在智力竞赛中，参赛者通过抢先按动按钮，取得答题权。图1是由4个D触发器和2个“与非”门、1个“非”门等组成的4人抢答电路。抢答前，主持人按下复位按钮SB，4个D触发器全部清0，4个发光二极管均不亮，“与非”门G1输出为0，三极管截止，扬声器不发声。同时，G2输出为1，时钟信号CP经G3送入触发器的时钟控制端。此时，抢答按钮SB1~SB4未被按下，均为低电平，4个D 触发器输入的全是0，保持0状态不变。时钟信号CP可用555定时器组成多谐振荡器的输出。
当抢答按钮SB1~SB4中有一个被按下时，相应的D触发器输出为1，相应的发光二极管亮，同时，G1输出为1，使扬声器响，表示抢答成功，另外G1输出经G2反相后，关闭G3，封锁时钟信号CP，此时，各触发器的时钟控制端均为1，如果再有按钮被按下，就不起作用了，触发器的状态也不会改变。抢答完毕，复位清零，准备下次抢答。图1四人抢答器
2。八路彩灯控制器
八路彩灯控制器由编码器、驱动器和显示器（彩灯）组成，编码器根据彩灯显示的花型按节拍送出八位状态编码信号，通过驱动器使彩灯点亮、熄灭。图2给出的八路彩灯控制器电路图中，编码器用两片双向移位寄存器74LS194实现，接成自启动脉冲分配器（扭环形计数器），其中D1为左移方式，D2为右移方式。驱动器电路如图3，当寄存器输出Q为高电平时，三极管T导通，继电器K通电，其动合触点闭合，彩灯亮；当Q为低电平时，三极管截止，继电器复位，彩灯灭。
图2 八路彩灯控制器电路
工作时，先用负脉冲清零，使寄存器输出全部为0，然后在节拍脉冲（可由555定时器构成的多谐振荡器输出）的控制下，寄存器的各个输出Q按下表所示的状态变化，每8个节拍重复一次。这里假定8路彩灯的花型是：由中间向两边对称地逐次点亮，全亮后，再由中间向两边逐次熄灭。
图3 驱动器电路
寄存器输出状态
3 数字钟
在许多场合大量使用的数字电子钟，具有显示时、分、秒，以及自动计时和校正对时的功能。图4给出了数字钟的原理框图。石英晶体的振荡频率极其稳定，如果石英晶体振荡器输出6
10Hz的方波，经整形（最简单的串接一个“非”门）后，得到波形标准的脉冲序列。
6
10Hz的脉冲序列用6个十进制计数器进行6次十分频，得到1Hz 的标准秒脉冲信号，送入秒计数器后，得到分脉冲，分脉冲送入分计数器后，得到时脉冲，时脉冲送入时计数器。分计数器和秒计数器是60进制的，时计数器是24进制的。各计数器的输出经译码电路后用显示器（如数码管）显示出来，最大显示值为23小时59分59秒。校对开关S1~S3可分别对时、分、秒用单脉冲发生器进行校正对时。图中的计数器、分频器可用74LS290构成。
图4 数字钟原理图
4 数字转速测量系统
在许多场合需要测量旋转部件的转速，如电机转速、机动车车速等，转速多以十进制数字显示。图5是测量电机转速的数字转速测量系统示意图。
图5 数字转速测量系统示意图
电机每转一周，光线透过圆盘上的小孔照射光电元件一次，光电元件产生一个电脉冲。光电元件每秒发出的脉冲个数就是电机的转速。光电元件产生的电脉冲信号较弱，且不够规则，必须放大、整形后，才能作为计数器的计数脉冲。脉冲发生器产生一个脉冲宽度为1秒的矩形脉冲，去控制门电路，让“门”打开1秒钟。在这1秒钟内，来自整形电路的脉冲可以经过门电路进入计数器。根据转速范围，采用4位十进制计数器，计数器以8421码输出，经过译码器后，再接数字显示器，显示电机转速。
组合逻辑电路基础知识、分析方法 电工电子教研组徐超明 一.教学目标：掌握组合逻辑电路的特点及基本分析方法 二.教学重点：组合逻辑电路分析法 三.教学难点：组合逻辑电路的特点、错误！链接无效。 四.教学方法：新课复习相结合，温故知新，循序渐进； 重点突出，方法多样，反复训练。 组合逻辑电路的基础知识 一、组合逻辑电路的概念 [展示逻辑电路图]分析得出组合逻辑电路的概念：若干个门电路组合起来实现不同逻辑功能的电路。 复习: 名称符号表达式 基本门电路与门Y = AB 或门Y = A+B 非门Y =A 复合门电路 与非门Y = AB 或非门Y = B A+ 与或非门Y = CD AB+ 异或门 Y = A⊕B =B A B A+ 同或门 Y = A⊙B =B A AB+ [展示逻辑电路图]分析得出组合逻辑电路的特点和能解决的两类问题： 二、组合逻辑电路的特点 任一时刻的稳定输出状态，只决定于该时刻输入信号的状态，而与输入信号作用前电路原来所处的状态无关。不具有记忆功能。
三、组合逻辑电路的两类问题： 1.给定的逻辑电路图,分析确定电路能完成的逻辑功能。 →分析电路 2.给定实际的逻辑问题，求出实现其逻辑功能的逻辑电路。→设计电路 14．1．1 组合逻辑电路的分析方法 一、 分析的目的：根据给定的逻辑电路图，经过分析确定电路能完成的逻辑功能。 二、 分析的一般步骤： 1. 根据给定的组合逻辑电路，逐级写出逻辑函数表达式； 2. 化简得到最简表达式； 3. 列出电路的真值表； 4. 确定电路能完成的逻辑功能。 口诀: 逐级写出表达式， 化简得到与或式。 真值表真直观， 分析功能作用大。 三、 组合逻辑电路分析举例 例1：分析下列逻辑电路。 解: (1)逐级写出表达式: Y 1=B A , Y 2=BC , Y 3=21Y Y A =BC B A A ??,Y 4=BC , F=43Y Y =BC BC B A A ??? (2)化简得到最简与或式: F=BC BC B A A ???=BC BC B A A +??=BC C B B A A +++))(( =BC C B A B A BC C B B A +??+?=++?)(=BC B A BC C B A +?=++?)1( (3)列真值表: A B C F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 (4)叙述逻辑功能: 当 A = B = 0 时，F = 1 当 B = C = 1 时，F = 1 组合逻辑电路 表达式 化简 真值表 简述逻辑功能
时序逻辑电路在实际中的应用 时序逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路，其特点是电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路的原状态有关，具有记忆功能。构成组合逻辑电路的基本单元是逻辑门，而构成时序逻辑电路的基本单元是触发器。时序逻辑电路在实际中的应用很广泛，数字钟、交通灯、计算机、电梯的控制盘、门铃和防盗报警系统中都能见到。主要介绍典型的时序逻辑部件：集成计数器的识别与应用，集成寄存器的识别与应用；时序逻辑电路的分析和设计。 计数器在计算机及各种数字仪表中应用广泛，具有记忆输入脉冲个数的功能，还可以实现分频、定时等。计数器种类繁多，按技术体制可分为二进制计数器和N进制计数器；按增减趋势可分为加计数器和减计数器；按技术脉冲引入方式可分为同步计数器和异步计数器。同步计数器的特点是构成计数器的所有触发器共用同一个时钟脉冲，触发器的状态同时更新，计数速度快；而异步计数的特点是构成计数器的触发器不共用同一个时钟脉冲，所有触发器更新状态的时刻不一致，计数速度相对较慢。在实际应用中，计数器是以集成电路形式存在的，主要有集成二进制计数器、集成十进制计数器两大类，其他进制计数器可由它们通过外电路设计来实现。在每一大类计数器中，又以同步与异步、加计数与可逆计数来细分。 寄存器具有接收数码、存放或传递数码的功能，由触发器和逻辑门组成。其中，触发器用来存放二进制数，逻辑门用来控制二进制数的接收、传送和输出。由于一个触发器只能存放1位二进制数，因此，存放n位二进制数的n位寄存器，需要n个触发器来组成。寄存器有数码寄存器和移位寄存器2种。输入输出方式有并入-并出、并入-串出、串入-并出、串入-串出4种。当寄存器的每一位数码由一个时钟脉冲控制同时接收或输出时，称为并入或并出。而每个时钟脉冲只控制寄存器按顺序逐位移入或移出数码时，称为串入或串出。移位寄存器除了具有存储数码的功能以外，还具有移位功能。所谓移位功能，是指寄存器里存储的数码能在时钟脉冲作用下依次左移或右移。因此，移位寄存器不仅可以用来寄存数码，而且可以用来实现数码的串行-并行转换。 时序逻辑电路的分析实际上是一个读图、识图的过程，就是根据给定的时序逻辑电路，通过分析其状态和输出信号在输入变量和时钟作用下的转换规律，理解其逻辑功能和工作特性。时序逻辑电路的设计是时序逻辑电路分析的逆过程，就是根据给定的逻辑问题，设计出满足要求的时序逻辑电路。设计时序逻辑电路的任务就是根据给定的逻辑问题，设计出满足要求的时序逻辑电路。在实际应用中，常用集成触发器和门电路配合来设计时序逻辑电路。通常，电路设计最简的标准是：所用的触发器和门电路的数量以及门的输入端数目尽可能少。 1. 时序逻辑电路分析的一般步骤 时序逻辑电路分析的一般步骤可归纳为：写方程式、求状态方程、进行计算、画状态转换图（或状态转换表）、确定电路的逻辑功能等。 1）写方程式 仔细观察、分析时序电路，然后再逐一写出以下3个方程。 ①时钟方程：各个触发器时钟信号的逻辑表达式。 ②输出方程：时序电路各个输出信号的逻辑表达式。 ③驱动方程：各个触发器输入端信号的逻辑表达式。 2）求状态方程 把驱动方程代入相应触发器的特性方程，即可求出时序电路的状态方程。
组合逻辑电路的应用 1.实验目的 （1）初步学会组合逻辑电路的设计方法，设计3人表决器及路灯控制电路。 （2）测试所设计电路的逻辑功能。 （3）学会合理布局、布线技巧，提高检查线路与排除故障的能力。 2.实验预习要求 （1）复习组合逻辑电路的设计方法，认真预习以下的实验内容和步骤。 （2）用与非门设计3人表决器电路。 （3）用异或门及与门设计路灯控制电路。 （4）利用EDA软件对路灯控制电路进行仿真。 3.实验原理 组合逻辑电路的设计方法大致归纳如下： （1）进行逻辑抽象 ①根据设计要求，确定输入、输出信号及它们之间的因果关系； ②设定变量，用英文字母加以表示； ③状态赋值，即用“0”或“1”表示信号的状态； ④列真值表，把变量的各种取值和相应的函数值列表。 （2）进行化简及转换函数式 ①用卡诺图法或代数法化简，得函数表达式； ②根据实验室具有的门电路元件情况，将表达式转换成相应逻辑的最简函数式。（3）画逻辑电路 设计时应本着电路结构最简单、使用器件最少的原则。 4.实验参考电路 74LS20是4输入双与非门集成块，管脚排列见图1。74LS00是2输入四与非门集成块，管脚排列见图2。74LS86是2输入四异或门集成块，管脚排列见图3。 图1 74LS20管脚排列图2 74LS00管脚排列
图3 74LS86管脚排列 内容和步骤 5.实验 实验内容和步骤 （1）用与非门设计一个3人表决器，逻辑功能是3人表决，有2人或3人赞成时，表决通过，否则不通过。应用一片74LS20和一片74LS00集成块实现。 ①按题意确立输入、输出变量。设A、B、C为3人的输入变量，赞成为“1”，反对为“0”；Y为表决结果的输出变量，通过为“1”，不通过则为“0”。 ②列出真值表，填入表1中。 的真值表 和功能测试表 真值表和功能测试表 表1 表决器 表决器的 输入输出实测电路输出 A B C Y Y ③写出逻辑表达式： Y= ④卡诺图化简后： Y= ⑤化为与非形式： Y= ⑥根据简化了的逻辑表达式，画出逻辑电路图。 ⑦按图接线，A、B、C端接“0”或“1”逻辑按钮，Y接到发光二极管或电平显示装置上。 ⑧测试表决器的功能，并填入表1中的最右面一列。
组合逻辑电路的分析（大题）一．目的 由逻辑图得出逻辑功能 二．方法（步骤） 1．列逻辑式： 由逻辑电路图列输出端逻辑表达式； （由输入至输出逐级列出） 2．化简逻辑式： 代数法、卡诺图法； （卡诺图化简步骤保留） 3．列真值表： 根据化简以后的逻辑表达式列出真值表；4．分析逻辑功能(功能说明)： 分析该电路所具有的逻辑功能。 （输出与输入之间的逻辑关系）； （因果关系） （描述函数为1时变量取值组合的规律） 技巧：先用文字描述真值表的规律（即叙述函数值为1时变量组合所有的取值），然后总结归纳电路实现的具体功能。
5．评价电路性能。三．思路总结： 组合逻辑 电路逻辑表达式最简表达式真值表逻辑功能化简 变换 四．注意： 关键：列逻辑表达式； 难点：逻辑功能说明 1、逻辑功能不好归纳时，用文字描述真值表的规律。（描述函数值为1时变量组合所有的取值）。 2、常用的组合逻辑电路。 （1）判奇（偶）电路； （2）一致性（不一致性）判别电路； （3）相等（不等）判别电路； （4）信号有无判别电路； （5）加法器（全加器、半加器）； （6）编码器、优先编码器； （7）译码器； （8）数值比较器； （9）数据选择器； （10）数据分配器。
3、多输出组合逻辑电路判别： 1）2个输出时考虑加法器:2输入半加；3输入全加。 2)4输出时考虑编码器：4输入码型变换；编码器。 五．组合逻辑电路分析实例 例1 电路如图所示，分析电路的逻辑功能。 A B Y 解： （1）写出输出端的逻辑表达式：为了便于分析可将电路自左至右分三级逐级写出Z1、Z2、Z3和Y的逻辑表达式为：
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。
组合逻辑电路在实际中的应用 摘要：组合逻辑电路是数字系统中数字电路的一个主要组成部分之一, 功能繁多, 使用非常广泛, 可以直接用小规模、中规模或大规模集成电路实现任何一个组合逻辑函数。本来主要介绍组合逻辑电路在实际中的几个应用。 关键词：组合逻辑电路；数学运算；数据选择器 Combinational logic circuit in the actual application Abstract: In combinational logic circuit is a digital system is a major component of the digital circuit, one of the functions of use is very broad, can be directly with small, medium size or large scale integrated circuit to realize any combinational logic function. Was mainly introduced several of combinational logic circuit in actual application. Key words:Combinational logic circuit; Mathematics; Data selector 组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。组合逻辑电路是一种现时输出只决定于现时输入而与电路的过去状态无关的电路组合逻辑电路。 组合逻辑电路是数字系统中数字电路的一个主要组成部分之一, 功能繁多, 使用非常广泛, 可以直接用小规模、中规模或大规模集成电路实现任何一个组合逻辑函数。用门电路实现组合逻辑电路, 可以归结为这样几种应用方向：计算机和数字系统中的编码器、译码器、代码转换与校验电路、数据选择与数据分配器、加法器、数值比较器等。控制系统中的各种控制电路。如报警电路、门铃电路、数字系统中的逻辑控制电路、自控系统中的种种控制电路。信号产生电路。由门电路可以组成脉冲振荡电路, 压控振荡等。由门电路的反馈线相连接, 产生触发器这种新型器件, 成为时序电路的基本器件。在模拟系统, 将门电路接入反馈电阻, 可以使它由开关状态转换为线性状态, 组成线性放大器。 1 组合逻辑器的数学运算 在数字系统中算术运算都是利用加法进行的，因此加法器是数字系统中最基本的运算单元。组合逻辑器可以在很多方面使用，如计算机和数字系统中的编码器、译码器、代码转换与校验电路、数据选择与数据分配器、加法器、数值比较器等，由于二进制运算可以用逻辑运算来表示，因此可以用逻辑设计的方法来设计运算电路。加法在数字系统中分为全加和半加，所以加法器也分为全加器和半加器。 ⑴半加器设计 半加器不考虑低位向本位的进位，因此它有两个输入端和两个输出端。设加数（输入端）为A、B ；和为S ；向高位的进位为Ci+1。
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。
第五章 组合逻辑电路典型例题分析 第一部分：例题剖析 例1．求以下电路的输出表达式： 解： 例2．由3线－8线译码器Ｔ4138构成的电路如图所示，请写出输出函数式． 解： Y = AC BC ABC = AC +BC + ABC = C(AB) +CAB = C (AB) T4138的功能表 & & Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 “1” T4138 A B C A 2A 1A 0Ya Yb S 1 S 2 S 30 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 S 1S 2S 31 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0 A 2A 1A 0Y 0Y 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 70 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 1 0
例3．分析如图电路，写出输出函数Ｚ的表达式。CC4512为八选一数据选择器。 解： 例4．某组合逻辑电路的真值表如下，试用最少数目的反相器和与非门实现电路。（表中未出现的输入变量状态组合可作为约束项） CC4512的功能表 A ? DIS INH 2A 1A 0Y 1 ?0 1 0 0 0 00 00 00 0 0 0 0 00 0 ?????0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0 1 0 11 1 01 1 1 高阻态 0D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7 Z CC4512 A 0A 1A 2 D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 DIS INH D 1 D A B C D Y 0 0 0 0 1 0 0 0 1 00 0 1 0 10 0 1 1 00 1 0 0 0 CD AB 00 01 11 1000 1 0 0 101 0 1 0 1 11 × × × ×10 0 1 × × A B 第一步画卡诺图第三步画逻辑电路图
时序逻辑电路的组成及分析方法案例说明 一、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 （x 1，x 2，… ，x n ）表示；电路的输出信号用Y （y 1，y 2，… ，y m ）表示；存储电路的输入信号用Z （z 1，z 2，… ，z k ）表示；存储电路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q （q 1，q 2，… ，q j ）表示。 x x y 1 y m 图8.38 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8.3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。 二、时序逻辑电路的分析方法 1.时序逻辑电路的分类 时序逻辑电路按存储电路中的触发器是否同时动作分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两种。在同步时序逻辑电路中，所有的触发器都由同一个时钟脉冲CP控制，状态变化同时进行。而在异步时序逻辑电路中，各触发器没有统一的时钟脉冲信号，状态变化不是同时发生的，而是有先有后。 2.时序逻辑电路的分析步骤 分析时序逻辑电路就是找出给定时序逻辑电路的逻辑功能和工作特点。分析同步时序逻辑电路时可不考虑时钟，分析步骤如下： （1）根据给定电路写出其时钟方程、驱动方程、输出方程； （2）将各驱动方程代入相应触发器的特性方程，得出与电路相一致的状态方程。 （3）进行状态计算。把电路的输入和现态各种可能取值组合代入状态方程和输出方程进行计算，得到相应的次态和输出。 （4）列状态转换表。画状态图或时序图。 （5）用文字描述电路的逻辑功能。 3.案例分析 分析图8.39所示时序逻辑电路的逻辑功能。 图8.39 逻辑电路 解:该时序电路的存储电路由一个主从JK触发器和一个T触发器构成，受统一的时钟CP控制，为同步时序逻辑电路。T触发器T端悬空相当于置1。 （1）列逻辑表达式。 输出方程及触发器的驱动方程分别为
实验二组合逻辑电路功能分析与设计 一、实验目的： 1、了解组合逻辑电路的特点； 2、掌握组合逻辑电路功能的分析方法； 3、学会组合逻辑电路的连接方法; 4、掌握组合逻辑电路的设计方法。 二、实验原理： 1、组合逻辑电路的特点： 组合电路的输出只与当时输入的有关，而与电路以前的状态无关，即输出与输入的关系具有及时性，不具备记忆功能。 2、组合逻辑电路的分析方法： a写表达式：一般方法是从输入到输出逐级写出逻辑函数的表达式。 b化简：利用公式法和图行法进行化简，得出最简的函数表达式。 c列真值表：根据最简函数表达式列出函数真值表。 d功能描述：判断该电路所完成的逻辑功能，做出简要的文字描述，或进行改进设计。 3、组合逻辑电路的设计步骤： a根据设计的要求列出真值表。 B根据真值表写出函数表达式。 C化简函数表达式或做适当的形式转换。 D画出逻辑电路图。 三、实验器件 集成块：74LS00、74LS04、74LS08、74LS32 四、实验内容： （一）、组合逻辑电路功能分析 当电路A，B都输入0或1时，Y值输出为1； 当电路A，B输入为不一样的值时，Y值输出为0. １图4－1 （二）、组合逻辑电路设计（根据组合逻辑电路的设计步骤，分别写出各个组合逻辑电路的设计步骤。） 1、设计一个举重裁判表决器。设举重比赛有三个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判（其中必须有主裁判）
判明成功时，表示“成功”的灯才亮。（要求用与非门实现） 设输入变量：主裁判为A ，副裁判分别为B ，C ，按下按钮为1，不按为0；输出变量：表示成功与否用Y 表示，灯亮为1，不亮为0，根据题意可以列出如图的真值表。 Y=AB == *AC == 2、某设备有开关A 、B 、C ，要求仅在开关A 接通的条件下，开关B 才能接通；开关C 仅在开关B 接通的条件下才能接通。违反这一规程，则发出报警信号。设计一个由与非门组成的能实现这一功能的报警控制电路。（要求用与非门实现） 设输入变量：开关分别为A ，B ，C ；输出变量：报警器为Y ，报警为1，不报警为0，根据题意可以列出如图的真值图。 Y=AC -= *AB -= *BC -=
第六章时序逻辑电路 内容提要 【熟悉】触发器四种电路结构及动作特点,四种逻辑功能及其逻辑关系、逻辑符号,逻辑功能的四种描述方法 【掌握】时序电路的特点和一般分析方法 【熟悉】寄存器的功能、分类及使用方法, 双向移位寄存器的级联【掌握】计数器的功能和分类,级联法、置位法构成N进制计数器【掌握】555定时器构成三种电路的工作特点、连接方法及主要参数一．一．网上导学 二．二．典型例题 三．三．本章小结 四．四．习题答案 网上导学 §6.1时序逻辑电路的特点 时序逻辑电路的特点：任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而 且还和电路原来的状态有关，所以时序电路具有记 忆功能。 在第五章中，向大家介绍了组合电路。 组合电路的特点是其任意时刻的输出状态仅取决于该时刻的输入状态。 ２．时序电路逻辑功能描述方法 在上面给出的时序电路结构框图中，包括组合逻辑电路和具有记忆功能的存储电路。 输出变量y1，y2，y3。。。。y b，合称输出矢量Y(t)。 输入变量x1，x2，x3。。。。x a，合称输入矢量X(t)。 同样，存储电路的输入、输出称之为矢量P(t)和矢量Q(t)
按照结构图，我们可以列出三组方程：设tn+1，tn分别为相邻的两个离散的时间瞬间。 矢量Y(tn)是X(tn)，Q(tn)的函数，称输出方程。 矢量P(tn)是X(tn)，Q(tn)的函数，称驱动方程。 矢量Q(tn+1)是P(tn)，Q(tn)的函数，称状态方程。 本节问答题 1．1．什么叫组合逻辑电路？ 2．2．什么叫时序逻辑电路？ 3．3．它们在逻辑功能和电路结构上各有什么特点？ 4．4．在时序电路中，时间量tn+1，tn各是怎样定义的？描述时序电路功能需要几个方程，它们各表示什么含义？ §６.２触发器 在这一节中,向大家介绍一种最基本的存储电路触发器（flip-flop）。触发器具有以下基本特点： （１）具有两个稳定的（０和１）状态，能存储一位二进制信息； （２）根据不同的输入，可将输出置成０或１状态； （３）当输入信号消失后，被置成的状态能保存下来。 ６.2.1 基本ＲＳ触发器 一．电路结构及逻辑符号 在本书第三章里，我们讲了各种门电路，若把两个反相器按照a 图的形式连接起来，可以看出，A点和B点信号是反相的，而A点和C点始终保持同一电平。这样，可以把A，C视为同一点（下面的b 图和c图）。在C图中，A，B两点始终反相，而且电路状态稳定，在没有外界干扰或者触发的状态下，电路能够保持稳定的输出。(这一
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*2 Q 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。
()()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 1 1 1 1 010110 11+=⊕=+=⊕=++ 输出方程 ()01Q Q X Z ⊕= 1、 状态转换表，如表所示。状态转换图，略。 CP X Z
组合逻辑电路的分析实例 下面将对一些实际组合电路进行分析，进一步加深对分析方法的理解和运用。 例1 分析图10.1（a ）和（b ）所示电路。 解 由图10.1（a ）写出逻辑函数表达式，并进行化简 cd d cd c ab b ab a G ?⊕?= ()()[]()()[] ()() d c b a d c d c b a b a d c d d c c b a b b a a ⊕⊕⊕=+⊕+=+++⊕+++= 由表达式求出真值表1： 表1 真值表 真值表1表明：在图10.1（a ）所示电路中，当a 、b 、c 、d 中有奇数个1时，G 为1；反之G 为0。这显然是采用偶校验位产生电路。 图1（a ）所示电路使用与非门太多，连线也多，既不经济也不可靠，改用图1（c ）所示电路，同样可以实现产生偶校验位的功能。 （a ） （b ） （c ） 图1 例1电路图
由图1（b ）可写出F 的表达式 F = G ⊙d c b a ⊕⊕⊕ 该表达式表明，在图10.1（b ）所示电路中，当收到a 、b 、c 、d 和G 五位码元之后，若F 为1，即判定码组a 、b 、c 、d 正确；若F 为0，即判定码组发生错误，显然是偶校验检测器。 例2 分析图2所示电路的逻辑功能。 解 由图2可见该电路有三个输入信号A 0、A 1、A 2，三个控制信号G 1、A G 2、B G 2和八个输出信号0Y 、1Y 、2Y 、3Y 、4Y 、5Y 、6Y 、7Y 。 （1）根据给定电路图写出输出信号的逻辑函数表达式： B A G G G A A A Y 2210120= B A G G G A A A Y 2210121= B A G G G A A A Y 2210122= B A G G G A A A Y 2210123= B A G G G A A A Y 2210124= B A G G G A A A Y 2210125= B A G G G A A A Y 2210126= B A G G G A A A Y 2210127= （2）根据表达式可以得到如表2所示的真值表。由表达式可见，当G 1为0时，无论其它输入信号为什么状态，70~Y Y 均为1，同理A G 2和B G 2只要有一个为1时，70~Y Y 也都为1。为了列表方便，通常将A G 2和B G 2用下式表示：B A G G G 222+=。 图2 74LS138逻辑图
时序逻辑电路的应用 ●实验目的： 1．实现0-9十进制数计数（使用74LS90，74LS47芯片）；2．实现六进制数计数（使用74LS90，74LS47芯片，异步置零）；3．实现0 2 4 6 8 1 3 5 7 9 的计数。 ●实验原理： 1．要使数字显示译码器显示0-9的计数，必须在输入端接入74LS47译码器的输出，而该译码器需要在输入端引入 8421BCD码； 这样以来，需要用74LS90输出8421BCD码，可通过以下过程 实现：时钟信号 CP1（输入） Q0（输出） CP2 （输入） Q3Q2Q1Q0（输出8421BCD码，Q3为最高位）。 电路图如图一： 图表1
2． 列出74LS90的输出的8421BCD 码与数字显示译码器译码器显 示数字之间的关系： 从这张表格我们可以看到：当输出为0110时，输出应该自动清零；同时我们发现，该时刻Q 2 Q 1同时为一，之前的其它组合并没有这个特点；而且74LS90有两个清零端RV1和RV2，当同时为一是，便自动清零。于是我们只需要将Q 2 Q 1反馈到RV1 RV2，同时74LS4 D 端接地，便 能实现六进制数计数。 电路图如图二： 图表 2 3． 列出74LS90的输入与数字显示译码器译码器显示数字之间 Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 显示 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 1 1 0 0（6）
的关系和5421BCD 码： 观察以上两张表：将右表的Q 0列移动至最后一列，便得到左表，由此我们可以用74LS90产生5421BCD 码，然后将最高位接入74LS47的最低位A 端，其余依次由高到低接入D C B 。 5421BCD 码的产生方法为：时钟信号 CP 2（输入） Q 3 （输出） CP 1（输入） Q 0Q 3Q 2Q 1（输出5421BCD 码，Q 0为最高位）。 电路图如下图： Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 显示 0 0 0 0 0 0 0 1 0 2 0 1 0 0 4 0 1 1 0 6 1 0 0 0 8 0 0 0 1 1 0 0 1 1 3 0 1 0 1 5 0 1 1 1 7 1 1 9 Q 0 Q 3 Q 2 Q 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1
一．目的 由逻辑图得出逻辑功能 二．方法（步骤） 1．列逻辑式： 由逻辑电路图列输出端逻辑表达式； （由输入至输出逐级列出） 2．化简逻辑式： 代数法、卡诺图法； （卡诺图化简步骤保留） 3．列真值表： 根据化简以后的逻辑表达式列出真值表；4．分析逻辑功能(功能说明)： 分析该电路所具有的逻辑功能。 （输出与输入之间的逻辑关系）； （因果关系） （描述函数为1时变量取值组合的规律） 技巧：先用文字描述真值表的规律（即叙述函数值为1时变量组合所有的取值），然后总结归纳电路实现的具体功能。 5．评价电路性能。 三．思路总结：
四．注意： 关键：列逻辑表达式； 难点：逻辑功能说明 1、逻辑功能不好归纳时，用文字描述真值表的规律。（描述函数值为1时变量组合所有的取值）。 2、常用的组合逻辑电路。 （1）判奇（偶）电路； （2）一致性（不一致性）判别电路； （3）相等（不等）判别电路； （4）信号有无判别电路； （5）加法器（全加器、半加器）； （6）编码器、优先编码器； （7）译码器； （8）数值比较器； （9）数据选择器； （10）数据分配器。 3、多输出组合逻辑电路判别： 1）2个输出时考虑加法器:2输入半加；3输入全加。 2)4输出时考虑编码器：4输入码型变换；编码器。
五．组合逻辑电路分析实例 例1 电路如图所示，分析电路的逻辑功能。 A B Y 解： （1）写出输出端的逻辑表达式：为了便于分析可将电路自左至右分三级逐级写出Z 1、Z 2、Z 3和Y 的逻辑表达式为： 321 3121Z Z Y BZ Z AZ Z AB Z ==== （2）化简与变换：将Z 1、Z 2、和Z 3代入到公式Y 中进行公式化简得： B A B A BZ AZ BZ AZ Z Z Z Z Y +=+=+=+==11113232 （3）列出真值表：根据化简以后的逻辑表达式列出真值表如表所示。
第8章 触发器和时序逻辑电路及其应用习题解答 8.1 已知基本RS 触发器的两输入端D S 和D R 的波形如图8-33所示，试画出当基本RS 触发器初始状态分别为0和1两种情况下，输出端Ｑ的波形图。 图8-33 习题8.1图 解：根据基本RS 触发器的真值表可得：初始状态为0和1两种情况下，Ｑ的输出波形分别如下图所示： 习题8.1输出端Ｑ的波形图 8.2 已知同步RS 触发器的初态为0，当S 、R 和CP 的波形如图8-34所示时，试画出输出端Ｑ的波形图。 图8-34 题8.2图 解：根据同步RS 触发器的真值表可得：初始状态为0时，Ｑ的输出波形分别如下图所示：
习题8.2输出端Ｑ的波形图 8.3 已知主从JK触发器的输入端CP、J和K的波形如图8-35所示，试画出触发器初始状态分别为0时，输出端Ｑ的波形图。 图8-35 习题8.3图 解：根据主从JK触发器的真值表可得：初始状态为0情况下，Ｑ的输出波形分别如下图所示： 习题8.3输出端Ｑ的波形图 8.4 已知各触发器和它的输入脉冲CP的波形如图8-36所示，当各触发器初始状态均为1时，试画出各触发器输出Ｑ端和Q端的波形。
图8-36 习题8.4图 解：根据逻辑图及触发器的真值表或特性方程，且将驱动方程代入特性方程可得状态方程。即：（a ）J ＝K ＝1；Ｑn ＋ 1＝n Ｑ，上升沿触发 （ｂ）J ＝K ＝1；Ｑn ＋ 1＝n Ｑ， 下降沿触发 （ｃ）K ＝0，J ＝1；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝1，上升沿触发 （ｄ）K ＝1，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０·Ｑn ＝n Ｑ，上升沿触发 （ｅ）K ＝Ｑn ，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０＝n Ｑ，上升沿触发 （ｆ）K ＝Ｑn ，J ＝n Ｑ；Ｑn ＋ 1＝J n Ｑ＋K Ｑn ＝n Ｑn Ｑ＋０＝n Ｑ，下降沿触发， 再根据边沿触发器的触发翻转时刻，可得当初始状态为1时，各个电路输出端Ｑ的波形分别如图（a ）、（b ）、（c ）、（d ）、（e ）和（f ）所示，其中具有计数功能的是：（a ）、（b ）、（d ）、（e ）和（f ）。各个电路输出端Ｑ的波形与相应的输出端Ｑ的波形相反。 习题8.4各个电路输出端Ｑ的波形图
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。
组合逻辑电路的分析与设计 实验报告 院系：电子与信息工程学院班级：电信13-2班 组员姓名: 一、实验目的 1、掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法。 2、掌握组合逻辑电路的设计方法。 二、实验原理 通常逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。电路在任何时刻，输出状态只取决于同一时刻各输入状态的组合，而与先前的状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。 1.组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：①由逻辑图写输出端的逻辑表达式；②写出真值表；③根据真值表进行分析，确定电路功能。 2.组合逻辑电路一般设计的过程为图一所示。 图一组合逻辑电路设计方框图 3.设计过程中，“最简”是指按设计要求，使电路所用器件最少，器件的种类最少,而且器件之间的连线也最少。 三、实验仪器设备 数字电子实验箱、电子万用表、74LS04、74LS20、74LS00、导线若干。 74LS00 74LS04 74LS20 四、实验内容及方法
1 、设计4线-2线优先编码器并测试其逻辑功能。 数字系统中许多数值或文字符号信息都是用二进制数来表示，多位二进制数的排列组合叫做代码，给代码赋以一定的含义叫做编码。 (1)4线-2线编码器真值表如表一所示 4线-2线编码器真值表 (2)由真值表可得4线-2线编码器最简逻辑表达式为 1Y =((I 0′I 1′I 2I 3′)′(I 0′I 1′I 2′I 3)′) ′ 0Y =((I 0′I 1I 2′I 3′)′( I 0′I 1′I 2′I 3)′)′ (3)由最简逻辑表达式可分析其逻辑电路图 4线-2线编码器逻辑图 （4）按照全加器电路图搭建编码器电路，注意搭建前测试选用的电路块能够正常工作。 （5）验证所搭建电路的逻辑关系。 0I =1 1Y 0Y =0 0 1I =1 1Y 0Y =0 1 2I =1 1Y 0Y =1 0 3I =1 1Y 0Y =1 1 2、设计2线-4线译码器并测试其逻辑功能。
时序逻辑电路应用举例 1 抢答器 在智力竞赛中，参赛者通过抢先按动按钮，取得答题权。图1是由4个D触发器和2个“与非”门、1个“非”门等组成的4人抢答电路。抢答前，主持人按下复位按钮SB，4个D触发器全部清0，4个发光二极管均不亮，“与非”门G1输出为0，三极管截止，扬声器不发声。同时，G2输出为1，时钟信号CP经G3送入触发器的时钟控制端。此时，抢答按钮SB1~SB4未被按下，均为低电平，4个D 触发器输入的全是0，保持0状态不变。时钟信号CP可用555定时器组成多谐振荡器的输出。 当抢答按钮SB1~SB4中有一个被按下时，相应的D触发器输出为1，相应的发光二极管亮，同时，G1输出为1，使扬声器响，表示抢答成功，另外G1输出经G2反相后，关闭G3，封锁时钟信号CP，此时，各触发器的时钟控制端均为1，如果再有按钮被按下，就不起作用了，触发器的状态也不会改变。抢答完毕，复位清零，准备下次抢答。图1四人抢答器
2。八路彩灯控制器 八路彩灯控制器由编码器、驱动器和显示器（彩灯）组成，编码器根据彩灯显示的花型按节拍送出八位状态编码信号，通过驱动器使彩灯点亮、熄灭。图2给出的八路彩灯控制器电路图中，编码器用两片双向移位寄存器74LS194实现，接成自启动脉冲分配器（扭环形计数器），其中D1为左移方式，D2为右移方式。驱动器电路如图3，当寄存器输出Q为高电平时，三极管T导通，继电器K通电，其动合触点闭合，彩灯亮；当Q为低电平时，三极管截止，继电器复位，彩灯灭。 图2 八路彩灯控制器电路
工作时，先用负脉冲清零，使寄存器输出全部为0，然后在节拍脉冲（可由555定时器构成的多谐振荡器输出）的控制下，寄存器的各个输出Q按下表所示的状态变化，每8个节拍重复一次。这里假定8路彩灯的花型是：由中间向两边对称地逐次点亮，全亮后，再由中间向两边逐次熄灭。 图3 驱动器电路 寄存器输出状态