第11章组合逻辑电路与时序逻辑电路

数电基础：时序逻辑电路虽然每个数字电路系统可能包含有，但是在实际应⽤中绝⼤多数的系统还包括，我们将这样的系统描述为时序电路。

时序电路是由最基本的加上反馈逻辑回路（输出到输⼊）或器件组合⽽成的电路，与最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。

1. 简介是数字逻辑电路的重要组成部分,时序逻辑电路⼜称,主要由 存储电路 和 组合逻辑电路 两部分组成。

它和我们熟悉的其他电路不同,其在任何⼀个时刻的输出状态由当时的输⼊信号和电路原来的状态共同决定,⽽它的状态主要是由存储电路来记忆和表⽰的。

同时时序逻辑电路在结构以及功能上的特殊性,相较其他种类的数字逻辑电路⽽⾔,往往具有难度⼤、电路复杂并且应⽤范围⼴的特点 。

在数字电路通常分为和时序逻辑电路两⼤类，组合逻辑电路的特点是输⼊的变化直接反映了输出的变化，其输出的状态仅取决于输⼊的当前的状态，与输⼊、输出的原始状态⽆关，⽽是⼀种输出不仅与当前的输⼊有关，⽽且与其输出状态的原始状态有关，其相当于在组合逻辑的输⼊端加上了⼀个反馈输⼊，在其电路中有⼀个存储电路，其可以将输出的状态保持住，我们可以⽤下图的框图来描述时序电路的构成。

从上⾯的图上可以看出，其输出是输⼊及输出前⼀个时刻的状态的函数，这时就⽆法⽤组合逻辑电路的函数表达式的⽅法来表⽰其输出函数表达式了，在这⾥引⼊了现态（Present state)和次态（Next State)的概念,当现态表⽰现在的状态（通常⽤Qn来表⽰），⽽次态表⽰输⼊发⽣变化后其输出的状态 （通常⽤Qn+1表⽰），那么输⼊变化后的输出状态表⽰为Qn+1=f(X,Qn)，其中：X为输⼊变量。

组合电路和存储元件互联后组成了时序电路。

存储元件是能够存储信息的电路。

存储元件在某⼀时刻存储的⼆进制信息定义为该时刻存储元件的状态。

时序电路通过其输⼊端从周围接受⼆进制信息。

时序电路的输⼊以及存储元件的当前状态共同决定了时序电路输出的⼆进制数据，同时它们也确定了存储元件的下⼀个状态。

第11章数字电路综合案例内容提要前面的章节介绍了数字电路的基本知识、基本理论、常用器件，以及数字电路分析和设计的基本方法。

本章涉及到复杂数字系统的设计。

数设计对象从译码器、计数器等这些基本逻辑功能电路到了数字钟等综合的数字逻辑系统的设计；设计方法也由采用真值表到求逻辑表达式、画出电路图的方式到通过确定总体方案，采取从局部到整体，用各种中、大规模集成电路来满足要求的数字电路系统的方式。

本章结合数字钟这一实际的案例来介绍数字电路系统的设计方法，进一步提高学生的综合能力和解决实际问题的能力。

基本教学要求1.了解中小规模集成电路的作用及实用方法。

2.了解数字钟电路的原理。

3.掌握综合数字电路系统的设计流程和设计方法。

11.1概述数字系统的设计，采用从整体到局部，再从局部到整理的设计方法。

首先对系统的目标、任务、指标要求等进行分析，确定系统的总体方案；然后把系统的总体方案分成若干功能部件，绘出系统的方框图；之后运用数字电路的分析和设计方法分别进行设计，或者是直接选用集成器件去构成功能部件；最后把这些功能部件连接组合起来，便构成了完整的数字系统，通过对电路的分析和测试修改，完善与优化整个系统。

这是传统的数字系统的设计方法，也是下面要介绍的内容。

随着计算机技术的发展，电子设计自动化EDA成为了现代电子系统设计与仿真的重要手段，对于复杂系统的设计十分有效，尤其是硬件描述语言的使用，使硬件软件化，让数字系统的设计更加方便、高效。

下面以数字钟系统设计为例，介绍综合数字电路系统的设计方法。

数字钟是一种用数字电子技术实现时、分、秒计时的装置，与传统的机械式时钟相比具准确、直观、寿命长等特点。

目前广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

数字钟也是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。

通过数字钟的设计进一步了解数字系统设计时用到的中小规模集成电路的使用方法，进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

简述组合逻辑电路和时序逻辑电路的特点组合逻辑电路和时序逻辑电路都是数字电路，组合逻辑电路与时序逻辑电路的区别体现在输入输出关系、有无存储（记忆）单元、结构特点上。

本文主要介绍了组合逻辑电路和时序逻辑电路比较，以及组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别是什么。

组合逻辑电路与时序逻辑电路的区别体现在输入输出关系、有无存储（记忆）单元、结构特点上。

1、输入输出关系组合逻辑电路是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。

时序逻辑电路是不仅仅取决于当前的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与以前的输入有关。

2、有没有存储（记忆）单元3、结构特点女团逻辑电路只是涵盖了电路，但是时序逻辑电路涵盖了女团逻辑电路+存储电路，输入状态必须意见反馈至女团电路的输出端的，与输出信号共同同意女团逻辑的输入。

常用组合逻辑电路——算术运算电路1、半加器两个数a、b相加，只求本位之和，暂不管低位送来的进位数，称之为“半加”。

顺利完成半提功能的逻辑电路叫做半加器。

实际并作二进制乘法时，两个加数通常都不能就是一位，因而不考量低位位次的半加器就是无法解决问题的。

2、全加器两数相乘，不仅考量本位之和，而且也考量低位去的入位数，称作“全加”。

同时实现这一功能的逻辑电路叫做全加器。

3、四位串行加法器如t。

优点：电路直观、相连接便利。

缺点：运算速度不低。

最低位的排序，必须要到所有低位依此运算完结，送去位次信号之后就可以展开。

为了提升运算速度，可以使用全面性位次方式。

4、超前进位加法器所谓全面性位次，就是在作乘法运算时，各位数的位次信号由输出的二进制数轻易产生。

组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别
一、输入输出关系
组合逻辑电路是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。

而时序逻辑电路不仅仅取决于当前的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与以前的输入有关。

二、结构特点
组合逻辑电路只包含门电路。

而时序逻辑电路是组合逻辑电路+存储电路结合；输出状态必须反馈到组合电路的输入端，与输入信号共同决定组合逻辑的输出..
三、分析方法
组合逻辑电路是从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式，最后得到表示输出与输入关系的逻辑函数式。

然后用公式化简法或者卡诺图化简法得到函数式的化简或变换，以使逻辑关系简单明了。

有时还可以将逻辑函数式转换为真值表的形式。

时序逻辑电路：。

组合逻辑电路和时序逻辑电路
组合逻辑电路和时序逻辑电路都是数字电路中的重要部分。

组合逻辑电路只依赖于输入信号，通过逻辑门实现特定的逻辑功能。

常见的组合逻辑电路包括加法器、比较器、多路选择器等。

时序逻辑电路则不仅依赖于输入信号，还依赖于系统当前的状态。

它包括了存储元件和时钟信号。

常见的时序逻辑电路包括触发器、计数器、寄存器等。

组合逻辑电路和时序逻辑电路可以相互组合，构成更加复杂的数字电路，如CPU、微控制器等。

在数字系统设计中，我们需要考虑电路的正确性、时序性、功耗、面积等多个方面，在优化设计的过程中，需要平衡这些不同的需求。

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组合逻辑电路和时序逻辑电路
组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别：组合逻辑电路可以有若个输入变量和若干个输出变量，其每个输出变量是其输入的逻辑函数，其每个时刻的输出变量的状态仅与当时的输入变量的状态有关，与本输出的原来状态及输入的原状态无关，也就是输入状态的变化立即反映在输出状态的变化。

时序逻辑电路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。

也就是说，组合逻辑电路没有记忆功能，而时序电路具有记忆功能。

时序逻辑电路简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路(输出到输入)或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。

时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。

它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。

第六章时序逻辑电路时序逻辑电路简称时序电路，与组合逻辑电路并驾齐驱，是数字电路两大重要分支之一。

本章首先介绍时序逻辑电路的基本概念、特点及时序逻辑电路的一般分析方法。

然后重点讨论典型时序逻辑部件计数器和寄存器的工作原理、逻辑功能、集成芯片及其使用方法及典型应用。

最后简要介绍同步时序逻辑电路的设计方法。

6.1 时序逻辑电路的基本概念一．时序逻辑电路的结构及特点时序逻辑电路——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，还与电路的原状态有关。

时序电路中必须含有具有记忆能力的存储器件。

存储器件的种类很多，如触发器、延迟线、磁性器件等，但最常用的是触发器。

由触发器作存储器件的时序电路的基本结构框图如图6.1.1所示，一般来说，它由组和电路和触发器两部分组成。

1 X i X Z1 Z jÊäÈëÐźÅÐźÅÊä³ö·¢Æ÷´¥·¢ÆÐźÅÊä³öÐźÅͼ6.1.1 ʱÐòÂß¼­µç·¿òͼ二．时序逻辑电路的分类按照电路状态转换情况不同，时序电路分为同步时序电路和异步时序电路两大类。

按照电路中输出变量是否和输入变量直接相关，时序电路又分为米里（Mealy）型电路和莫尔（Moore）型电路。

米里型电路的外部输出Z既与触发器的状态Q n有关，又与外部输入X有关。

时序逻辑和组合逻辑的详解时序逻辑和组合逻辑是数字电路设计的两种基本逻辑设计方法，它们在数字系统中起着至关重要的作用。

时序逻辑是一种依赖于时钟信号的逻辑设计方法，通过定义在时钟信号上升沿或下降沿发生的动作，来确保逻辑电路的正确性和稳定性。

而组合逻辑则是一种不依赖时钟信号的逻辑设计方法，其输出只取决于当前的输入状态，不受到时钟信号的控制。

本文将分别对时序逻辑和组合逻辑进行详细的阐释，并比较它们在数字电路设计中的应用和特点。

时序逻辑首先来看时序逻辑，它是一种将输入、输出和状态信息随时间推移而改变的逻辑系统。

时序逻辑的设计需要考虑到时钟信号的作用，时钟信号的传输速率影响了时序逻辑电路的稳定性和响应速度。

时钟信号的频率越高，电路的工作速度越快，但同时也会增加功耗和故障率。

因此，在设计时序逻辑电路时，需要充分考虑时钟频率的选择，以及如何合理地控制时钟信号的传输和同步。

时序逻辑电路通常由触发器、寄存器、计数器等组件构成，这些组件在特定的时钟信号下按照预定的顺序工作，将输入信号转换成输出信号。

时序逻辑电路的设计需要满足一定的时序约束，确保信号在特定时间内的传输和处理。

时序约束包括激发时序、保持时序和时序延迟等，这些约束在设计时序逻辑电路时至关重要，一旦违反可能导致电路不能正常工作或产生故障。

时序逻辑的一个重要应用是时序控制电路，它在数字系统中起着至关重要的作用。

时序控制电路通过时序逻辑实现对数据传输、状态转换和时序控制的精确控制，保证系统的正确性和稳定性。

时序控制电路常用于时序逻辑电路的设计中，例如状态机、序列检测器、数据通路等，它们在计算机、通信、工控等领域都有广泛的应用。

时序逻辑还常用于时序信号的生成和同步，如时钟信号、复位信号、使能信号等。

时序信号的生成需要考虑电路的稳定性和同步性，确保各个部件在时钟信号的控制下协调工作。

时序信号的同步则是保证各个时序逻辑电路之间的数据传输和处理是同步的，避免数据冲突和错误。