1
第六章 时序逻辑电路
第一节 概述
第二节 时序逻辑电路的分析方法
第三节 常用的时序逻辑电路
第四节 时序逻辑电路的竞争冒险现象
第五节 时序逻辑电路设计
第六节 序列信号发生器
2
内容提要
时序逻辑电路的分析方法和设计方法
寄存器、计数器、检测器、序列发生器的
工作原理和使用方法
时序逻辑电路的竞争冒险现象
3
第一节 概述
时序逻辑电路：电路在某一给定时刻
的输出信号不仅决定于该时刻电路的输
入信号，而且还取决于该时刻电路所处
的状态，这种电路称为时序逻辑电路。
时序逻辑电路的组成：组合逻辑电路和
存储器组成。
4
{x1,x2,…, xL}表示
时序逻辑电路的外输入逻辑
变量；
{z1,z2,…, zm}表示
时序逻辑电路的外输出逻辑
变量；
{w1,w2,…, wk}表
示存储器的输入逻辑变量；
{y1,y2,…, yj}表示
电路所处的状态。
图 6－ 1－ 1 一般化框图
5
与组合逻辑电路不同，一般时序逻辑电路的
逻辑功能需要三个方程组来描述，即
输出方程组
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激励方程组
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7
按各触发器接受时钟信号的不同 分类,
同步时序电路,各触发器状态的变化都在同一时
钟信号作用下同时发生 。
异步时序电路,各触发器状态的变化不是同步发
生的, 可能有一部分电路有公共的时钟信号, 也可能
完全没有公共的时钟信号 。
一、同步时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路 的分析：根据给定的 时序 逻
辑电路图，分析电路状态和它的输出在输入
信号和时钟信号作用下的变化规律。
第二节 时序逻辑电路的分析方法
9
分析步骤：
（ 1） 写驱动方程和输出方程 。
（ 2） 将驱动方程代入触发器的特性方程, 求出
电路的状 态方程 （ Qn+1表达式 ） 。
（ 3） 列电路的状态转换表, 并画状态转换图和
时序图 。
(4)检查能否自启动
（ 5） 说明的 时序逻辑电路 逻辑功能 。
10
例 6-1 分析图 6-2所示同步时序逻辑电路
解 （ 1） 根据给定的逻辑图写出驱动方程和输出方程
图 6-2
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11
（ 2）将驱动方程代入 JK触发器的特性方程
可以得到各触发器的状态方程组
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nnnn
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1
Qz 3?
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12
（ 3）列出状态转换表,画出状态转移图以及该
电路的时序图
表 6－ 2－ 1 例 6-1电路的状态转换
Qn3 Qn2 Qn1 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 z
0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 1 0 0
0 1 0 0 1 1 0
0 1 1 1 0 0 0
1 0 0 1 0 1 0
1 0 1 0 0 0 1
1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 0 1 0 1
1 1 1 0 0 0 1
13
图 6－ 2－ 3 例 6－ 1 状态转移图
用圆圈表示电路的各个状
态, 以箭头表示状态转移的方
向, 同时在箭头旁注明状态转
移前的输入变量取值, 这种图
形称为状态转移图, 简称状态
图 。
图 6－ 2－ 4 例 6－ 1电路的时序图
14
无效状态,时序电路中未使用的状态，称为无效状态。
无效循环：时序电路在 CP脉冲作用下，在无效状态间的循环，称为
无效循环。
（ 4） 检查能否自启动
有效状态,时序电路中所使用的状态，称为有效状态。
有效循环：时序电路在 CP脉冲作用下，在有效状态间的循环，称为
有效循环。
自启动,时序电路当电源接通或由于干扰信号的影响，进入到
无效状态。在 CP脉冲作用下，电路能进入到有效状态则称电路能够
自启动。否电路不能够自启动。
15
（ 5）结论：该电路是一个同步的能够自启动的五进
制加法计数器。
显然，电路能
够自启动。故可以
画出完整的状态画。 图 6－ 2－ 3 例 6－ 1 电路的完整时序图
下面检查例 6-1电路能否自
启动：
设电路的初态为 101，则次
态为 010,Z=1。
设电路的初态为 110，则次
态为 010,Z=1 。
设电路的初态为 111，则次
态为 000,Z=1 。
16
例 试分析图 6-6所示电路的逻辑功能。
同步时序逻辑电路图
17
解,
（ 1）根据给定的逻辑图写出驱动方程和输出方程
（ 2）将驱动方程代入 JK触发器的特性方程，可以得到
各触发器的状态方程
18
（ 3）填 Qn+1卡诺图及计数器的状态卡诺图
计数器的状态卡诺图
（ a） Q2n+1卡诺图 （ b） Q1n+1卡诺图
（ c） Q0n+1卡诺图 （ d）计数器的状态卡诺图
19
（ 4）列出状态转换表
电路的状态转换表
Qn3 Qn2 Qn1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Y
0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 1 0 0
0 1 0 0 1 1 0
0 1 1 1 0 0 0
1 0 0 1 0 1 0
1 0 1 1 1 0 0
1 1 0 0 0 0 1
1 1 1 0 0 0 1
0 0 0 0 0 1 0
画状态转换图
20
能自启动 7个有效状
态构成计
数环
电路的状态转换图
21
（ 5）说明计数器的逻辑功能
是一个同步七进制加法计数器，
Y为进位脉冲，
能够自启动。
22
P230 6-1
6-2
6-3
作业
23
二、异步时序逻辑电路分析方法
分析时要注意：每次电路状态发生转移
时，只有那些有时钟信号的触发器才需
要用状态方程去计算次态，而没有时钟
信号的触发器将保持原来的状态不变。
24
例 6－ 3 分析图 6－ 2－ 7
所示的异步时序逻辑电路。
图 6－ 2－ 7 例 6－ 3电路图
25
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J
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QQJ
k
kQ
k
解
（ 1）由电路写出各个触发器的激励方程、时钟
方程。
26
(2) 将上式代入 JK触发器的特性方程
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得到电路的状态方程
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27
（ 3）根据电路写出输出方程
QQz 2 3?
28
(4)状态图
（ 5）检查自启动
设电路的初态为 111 000
(6)结论,该电路是一个异步的能够自启动的七进制加法器。
29
作业题
6-1
6-3
6-4
6-5
第六章 时序逻辑电路
第一节 概述
第二节 时序逻辑电路的分析方法
第三节 常用的时序逻辑电路
第四节 时序逻辑电路的竞争冒险现象
第五节 时序逻辑电路设计
第六节 序列信号发生器
2
内容提要
时序逻辑电路的分析方法和设计方法
寄存器、计数器、检测器、序列发生器的
工作原理和使用方法
时序逻辑电路的竞争冒险现象
3
第一节 概述
时序逻辑电路：电路在某一给定时刻
的输出信号不仅决定于该时刻电路的输
入信号，而且还取决于该时刻电路所处
的状态，这种电路称为时序逻辑电路。
时序逻辑电路的组成：组合逻辑电路和
存储器组成。
4
{x1,x2,…, xL}表示
时序逻辑电路的外输入逻辑
变量；
{z1,z2,…, zm}表示
时序逻辑电路的外输出逻辑
变量；
{w1,w2,…, wk}表
示存储器的输入逻辑变量；
{y1,y2,…, yj}表示
电路所处的状态。
图 6－ 1－ 1 一般化框图
5
与组合逻辑电路不同，一般时序逻辑电路的
逻辑功能需要三个方程组来描述，即
输出方程组
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按各触发器接受时钟信号的不同 分类,
同步时序电路,各触发器状态的变化都在同一时
钟信号作用下同时发生 。
异步时序电路,各触发器状态的变化不是同步发
生的, 可能有一部分电路有公共的时钟信号, 也可能
完全没有公共的时钟信号 。
一、同步时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路 的分析：根据给定的 时序 逻
辑电路图，分析电路状态和它的输出在输入
信号和时钟信号作用下的变化规律。
第二节 时序逻辑电路的分析方法
9
分析步骤：
（ 1） 写驱动方程和输出方程 。
（ 2） 将驱动方程代入触发器的特性方程, 求出
电路的状 态方程 （ Qn+1表达式 ） 。
（ 3） 列电路的状态转换表, 并画状态转换图和
时序图 。
(4)检查能否自启动
（ 5） 说明的 时序逻辑电路 逻辑功能 。
10
例 6-1 分析图 6-2所示同步时序逻辑电路
解 （ 1） 根据给定的逻辑图写出驱动方程和输出方程
图 6-2
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可以得到各触发器的状态方程组
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（ 3）列出状态转换表,画出状态转移图以及该
电路的时序图
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图 6－ 2－ 3 例 6－ 1 状态转移图
用圆圈表示电路的各个状
态, 以箭头表示状态转移的方
向, 同时在箭头旁注明状态转
移前的输入变量取值, 这种图
形称为状态转移图, 简称状态
图 。
图 6－ 2－ 4 例 6－ 1电路的时序图
14
无效状态,时序电路中未使用的状态，称为无效状态。
无效循环：时序电路在 CP脉冲作用下，在无效状态间的循环，称为
无效循环。
（ 4） 检查能否自启动
有效状态,时序电路中所使用的状态，称为有效状态。
有效循环：时序电路在 CP脉冲作用下，在有效状态间的循环，称为
有效循环。
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无效状态。在 CP脉冲作用下，电路能进入到有效状态则称电路能够
自启动。否电路不能够自启动。
15
（ 5）结论：该电路是一个同步的能够自启动的五进
制加法计数器。
显然，电路能
够自启动。故可以
画出完整的状态画。 图 6－ 2－ 3 例 6－ 1 电路的完整时序图
下面检查例 6-1电路能否自
启动：
设电路的初态为 101，则次
态为 010,Z=1。
设电路的初态为 110，则次
态为 010,Z=1 。
设电路的初态为 111，则次
态为 000,Z=1 。
16
例 试分析图 6-6所示电路的逻辑功能。
同步时序逻辑电路图
17
解,
（ 1）根据给定的逻辑图写出驱动方程和输出方程
（ 2）将驱动方程代入 JK触发器的特性方程，可以得到
各触发器的状态方程
18
（ 3）填 Qn+1卡诺图及计数器的状态卡诺图
计数器的状态卡诺图
（ a） Q2n+1卡诺图 （ b） Q1n+1卡诺图
（ c） Q0n+1卡诺图 （ d）计数器的状态卡诺图
19
（ 4）列出状态转换表
电路的状态转换表
Qn3 Qn2 Qn1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Y
0 0 0 0 0 1 0
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画状态转换图
20
能自启动 7个有效状
态构成计
数环
电路的状态转换图
21
（ 5）说明计数器的逻辑功能
是一个同步七进制加法计数器，
Y为进位脉冲，
能够自启动。
22
P230 6-1
6-2
6-3
作业
23
二、异步时序逻辑电路分析方法
分析时要注意：每次电路状态发生转移
时，只有那些有时钟信号的触发器才需
要用状态方程去计算次态，而没有时钟
信号的触发器将保持原来的状态不变。
24
例 6－ 3 分析图 6－ 2－ 7
所示的异步时序逻辑电路。
图 6－ 2－ 7 例 6－ 3电路图
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（ 1）由电路写出各个触发器的激励方程、时钟
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(2) 将上式代入 JK触发器的特性方程
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（ 3）根据电路写出输出方程
QQz 2 3?
28
(4)状态图
（ 5）检查自启动
设电路的初态为 111 000
(6)结论,该电路是一个异步的能够自启动的七进制加法器。
29
作业题
6-1
6-3
6-4
6-5
