目录

  • 1 数字电路中的数和编码
    • 1.1 十进制数的二进制编码
      • 1.1.1 有权码和无权码
    • 1.2 格雷码
      • 1.2.1 8421BCD码的运算
    • 1.3 用补码表示负数
  • 2 数字逻辑基础
    • 2.1 逻辑变量和逻辑系统
      • 2.1.1 基本逻辑运算
      • 2.1.2 布尔代数公理及其他常用逻辑运算
      • 2.1.3 真值表
    • 2.2 逻辑代数的基本定律
      • 2.2.1 布尔代数的常用公式
      • 2.2.2 布尔代数的三个规则
    • 2.3 逻辑函数的标准表达式
      • 2.3.1 逻辑函数的最小项表达式
      • 2.3.2 逻辑函数的最大项表达式
      • 2.3.3 最小项表达式和最大项表达式的关系
      • 2.3.4 非标准表达式到标准表达式的转换
      • 2.3.5 任意项及其表示
    • 2.4 代数法化简逻辑函数
    • 2.5 卡诺图法化简逻辑函数
      • 2.5.1 逻辑函数的卡诺图表示
      • 2.5.2 卡诺图化简的步骤及举例
  • 3 组合逻辑电路
    • 3.1 组合逻辑电路的特点
    • 3.2 组合逻辑电路的分析
      • 3.2.1 组合逻辑电路的分析步骤
      • 3.2.2 组合逻辑电路分析举例
    • 3.3 组合逻辑电路的设计
      • 3.3.1 组合逻辑电路的设计步骤
      • 3.3.2 组合逻辑电路的实现方式
      • 3.3.3 组合逻辑电路设计举例
    • 3.4 中规模组合逻辑电路
      • 3.4.1 加法器和减法器
      • 3.4.2 编码器
      • 3.4.3 译码器
      • 3.4.4 数据选择器
      • 3.4.5 数值比较器
    • 3.5 中规模组合电路用于逻辑设计
      • 3.5.1 译码电路用作函数发生器
      • 3.5.2 用数据选择器作函数发生器
      • 3.5.3 用全加器作为数码转化器
    • 3.6 组合逻辑电路的竞争与冒险
      • 3.6.1 冒险的分类
      • 3.6.2 冒险的识别和消除
  • 4 集成触发器
    • 4.1 时序逻辑电路的特点
    • 4.2 触发器的基本特性
    • 4.3 触发器的记忆作用
    • 4.4 电位型触发器
      • 4.4.1 基本RS触发器
      • 4.4.2 可控RS触发器
      • 4.4.3 其他可控触发器
      • 4.4.4 可控电位型触发器的局限性
      • 4.4.5 电位型触发器的应用:锁存器
    • 4.5 钟控型触发器
      • 4.5.1 主从触发器
      • 4.5.2 边沿触发器
    • 4.6 触发器的逻辑符号
    • 4.7 CMOS触发器
      • 4.7.1 带使能端D触发器
      • 4.7.2 CMOS主从D触发器
      • 4.7.3 CMOS JK触发器
    • 4.8 触发器的转换
    • 4.9 集成触发器的时间参数
    • 4.10 钟控触发器构成的常用时序电路
      • 4.10.1 寄存器
      • 4.10.2 移位寄存器
      • 4.10.3 计数器
  • 5 时序逻辑电路
    • 5.1 时序电路的分类和描述
      • 5.1.1 时序电路的分类
      • 5.1.2 时序电路的描述
    • 5.2 同步时序电路的分析
      • 5.2.1 同步时序电路的一般框图
      • 5.2.2 序列信号发生器
    • 5.3 移位寄存器构成的时序电路
      • 5.3.1 环形计数器
      • 5.3.2 扭环形计数器
    • 5.4 常用时序电路的设计
      • 5.4.1 计数器的设计
      • 5.4.2 序列信号发生器的设计
      • 5.4.3 M序列发生器
    • 5.5 异步计数器
    • 5.6 中规模时序集成电路
      • 5.6.1 中规模同步计数器
      • 5.6.2 中规模计数器的应用
      • 5.6.3 中规模计数器的级联
      • 5.6.4 中规模移位寄存器
    • 5.7 计数器用于逻辑设计
    • 5.8 一般时序电路的分析
      • 5.8.1 一般时序电路的分析过程和特点举例
    • 5.9 一般时序电路的设计
      • 5.9.1 状态表的建立
      • 5.9.2 状态表的简化
      • 5.9.3 状态分配
  • 6 大规模数字集成电路
    • 6.1 大规模数字集成电路的概述
    • 6.2 存储器
      • 6.2.1 存储器的分类
      • 6.2.2 ROM作为逻辑器件
      • 6.2.3 存储器容量的扩展
    • 6.3 可编程逻辑阵列
    • 6.4 可编程阵列逻辑
    • 6.5 通用阵列逻辑
    • 6.6 复杂可编程逻辑器件
    • 6.7 现场可编程门阵列
    • 6.8 CPLD和FPGA的比较
时序电路的分类和描述

虽然每个数字电路系统可能包含有组合电路,但是在实际应用中绝大多数的系统还包括存储元件,我们将这样的系统描述为时序电路。

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二进制信息的电路。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。

逻辑设计领域主要有两种类型的时序电路,它们分类的标准取决于我们观察到的输入信息的时机和内部状态改变的时机。同步时序电路的行为可以根据其在离散的时间点上的信号信息来定义。而异步时序电路的行为则取决于任意时刻的输入信号以及输入信号在连续的时间内变化的顺序。

时序电路的行为是由输入、输出和电路当前状态决定的。输出和下一状态是输入和当前状态的函数。通过对时序电路进行分析,可以得到关于输入、输出和状态三者的时序的一个合理描述。

如果一个电路包含这样的触发器,该触发器的时钟输入是直接驱动或者有一个时钟信号间接驱动的,同时这个电路在正常执行时不需加载直接置位和间接置位,那么我们就称这个电路为同步时序电路。触发器可以是任何类型的,逻辑图可以包括也可以不包括组合逻辑。

输入方程

时序电路的逻辑图通常包括触发器和组合门。我们所使用地触发器类型和组合电路的一系列布尔函数为我们提供了绘制时序电路逻辑图所需要的全部信息。在组合逻辑电路中,触发器输入信号的产生,可以用一系列的布尔函数描述,我们称这些布尔函数为触发器的输入方程。在这里,我们同样将采用传统的表示方法,使用触发器的输入符号作为触发器输入方程中的变量,使用触发器的输出符号作为变量下标。在组合电路中,触发器的输入方程是一系列布尔表达式,下表变量是组合电路的输出符号。因为在电路中触发器的输出端始终与输入端相连,所以命名为“触发器的输入方程”。

触发器输入方程为指定时序电路的逻辑图提供了一种间接的代数表达方法。这些方程的字母符号隐含了所用的触发器的类型,同时完全确定了驱动触发器的组合逻辑电路。时间变量在触发器输入方程中没有指明,但是已经暗含在触发器C输入端的时钟之中。