电子技术数字电子技术基础第 6 章 时序电路的分析与设计

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第 6 章 时序电路的分析与设计
第 6 章 时序电路的分析与设计
6.1 时序电路概述
6.2 同步时序逻辑电路的分析
6.3 异步时序电路的分析方法
6.4 同步时序电路的设计方法
第 6 章 时序电路的分析与设计
6.1 时序电路概述
6.1.1 时序电路的特点
逻辑电路分为两类：一类是组合逻辑电路，另一
类是时序逻辑电路。在组合逻辑电路中，任一时刻的输出仅
与该时刻输入变量的取值有关，而与输入变量的历史情况无
关；在时序逻辑电路中，任一时刻的输出不仅与该时刻输入
变量的取值有关，而且与电路的原状态，即与过去的输入情
况有关。
第 6 章 时序电路的分析与设计
图 6-1 时序逻辑电路的结构框图
与组合逻辑电路相比，时序逻辑电路有两个特点：第一，
时序逻辑电路包含组合逻辑电路和存储电路两部分，存储电路
具有记忆功能，通常由触发器组成；第二，存储电路的状态反
馈到组合逻辑电路的输入端，与外部输入信号共同决定组合逻
辑电路的输出。组合逻辑电路的输出除包含外部输出外，还包
含连接到存储电路的内部输出，它将控制存储电路状态的转移。
存储电路
组合逻辑电路
… …
……
x
1
x
n
z
1
z
m
q
1
q
j
y
1
y
k
第 6 章 时序电路的分析与设计
在图 6-1 时序逻辑电路的结构框图中， X（x1, x2,
…, xn）为外部输入信号； Q（q1, q2, …, qj）为存储电路
的状态输出， 也是组合逻辑电路的内部输入； Z（z１, z2,
…, zm）为外部输出信号； Y（y1, y2, …, yk）为存储电路的
激励信号，也是组合逻辑电路的内部输出。在存储电路中，
每一位输出 qi(i = 1, 2, … ，j ) 称为一个状态变量，
j个状
态变量可以组成 2j个不同的内部状态。时序逻辑电路对于
输入变量历史情况的记忆就是反映在状态变量的不同取值
上，即不同的内部状态代表不同的输入变量的历史情况。
第 6 章 时序电路的分析与设计
),,,,,,,(
),,,,,,,(
),,,,,,,(
2121
212122
212111
n
j
nnn
n
nn
m
n
m
n
j
nnn
n
nnn
n
j
nnn
n
nnn
qqqxxxfz
qqqxxxfz
qqqxxxfz
…
),,,,,,,(
),,,,,,,(
),,,,,,,(
2121
212122
212111
n
j
nnn
n
nn
k
n
k
n
j
nnn
n
nnn
n
j
nnn
n
nnn
qqqxxxgy
qqqxxxgy
qqqxxxgy
),,,,,,,(
),,,,,,,(
),,,,,,,(
2121
1
21212
1
2
21211
1
1
n
j
nnn
k
nn
j
n
j
n
j
nnn
k
nnn
n
j
nnn
n
nnn
qqqyyyhq
qqqyyyhq
qqqyyyhq
……
第 6 章 时序电路的分析与设计
其中，第一个方程组称为输出方程，第二个方程组称为驱动
方程（或激励方程） , 第三个方程组称为状态方程。方程中
的上标 n和n+1 表示相邻的两个离散时间（或称相邻的两个
节拍），如 表示存储电路中每
个触发器的当前状态（也称现状态或原状态），
表示存储电路中每个触发器的
新状态（也称下一状态或次状态）。 以上三个方程组可写
成如下形式：
n
j
nn
qqq 、、、
21
11
2
1
1
n
j
nn
qqq 、、、
),(
),(
),(
1nnn
nnn
nnn
QYHQ
QXGY
QXFZ
第 6 章 时序电路的分析与设计
从以上关系式不难看出：时序逻辑电路某时刻的输
出Zn决定于该时刻的外部输入 Xn和内部状态 Qn；而时序逻
辑电路的下一状态 Qn+1 同样决定于 Xn和Qn。时序逻辑电路
的工作过程实质上就是在不同的输入条件下，内部状态不断
更新的过程。 以上三个方程人们习惯写成如下形式：
),(
),(
),(
1
QYHQ
QXGY
QXFZ
n
第 6 章 时序电路的分析与设计
6.1.2 时序电路的分类
图 6-2 同步二进制加法计数器
1J
C1
1K
1J
C1
1K
1J
C1
1K
& &
FF
1
FF
0
FF
2
Z
CP
Q
2
Q
1
Q
0
第 6 章 时序电路的分析与设计
图 6-3 异步二进制加法计数器
1J
C1
1K
1J
C1
1K
1J
C1
1K
&
FF
1
FF
0
FF
2
CP
Z
Q
2
Q
1
Q
0
第 6 章 时序电路的分析与设计
时序电路按输出信号的特点又可以分为米里（ M
ealy ）型和摩尔 (Moore) 型时序电路两种。 Mealy 型时序
电路的输出函数为 Z= F（X，Q），即某时刻的输出决
定于该时刻的外部输入 X和内部状态 Q，如图 6-4 所示的
Mealy 型串行加法器电路。在该电路中， ai、bi为串行数
据输入， si为串行数据输出， si=ai+bi+ci-1 ，或 si= ai+bi+Q。
Moore 型时序电路的输出函数为 Z = F（Q），如图 6-5
所示的 Moore 型串行加法器电路。在该电路中串行数据输
出si=Q1。Mealy 型串行加法器电路和 Moore 型串行加法
器电路具有相同的逻辑功能，但 Moore 型串行加法器电路
的输出比 Mealy 型串行加法器的输出迟一个节拍。
摘要：

第6章时序电路的分析与设计第6章时序电路的分析与设计6.1时序电路概述6.2同步时序逻辑电路的分析6.3异步时序电路的分析方法6.4同步时序电路的设计方法第6章时序电路的分析与设计6.1时序电路概述6.1.1时序电路的特点逻辑电路分为两类：一类是组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路。在组合逻辑电路中，任一时刻的输出仅与该时刻输入变量的取值有关，而与输入变量的历史情况无关；在时序逻辑电路中，任一时刻的输出不仅与该时刻输入变量的取值有关，而且与电路的原状态，即与过去的输入情况有关。第6章时序电路的分析与设计图6-1时序逻辑电路的结构框图与组合逻辑电路相比，时序逻辑电路有两个特点：第一，时序逻辑电路包...

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