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  • 2022-03-09 20:40:49

          组合逻辑存在竞争冒险,这将使得电路系统处在一个非常不稳定的状态。然而时序电路可以很好地避免这一缺点,从而很好地提高系统的稳定性。

          寄存器具有存储功能,一般是由D触发器构成,由时钟脉冲控制,每个D触发器能够存储一位二进制码。

           D触发器工作原理在一个脉冲信号(一般为晶振产生的时钟脉冲)上升沿或下降沿的作用下(一般使用上升沿),将信号从输入端D送到输出端Q,如果时钟脉冲的边沿信号未出现,即使输入信号改变,输出信号仍然保持原值,且寄存器拥有复位清零功能,其复位又分为同步复位和异步复位

           使用FPGA上的按键key1控制LED灯,按键未按下灯处于熄灭状态,,按键按下灯被点亮来验证。

         输入信号有时钟clk,复位rst_n低电平有效,按键key1,输出为led_out。(注:异步复位中,复位信号有效,立马执行复位。同步复位时,复位信号有效时,还要考虑时钟沿,只有到下一个上或下升沿时,才执行复位)。  时序电路中只有沿到来时才进行采样,并且有延迟一拍的效果。

     

         仿真结果与预期相吻合,仿真通过。

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  • 时序逻辑电路笔记

    2022-04-08 17:58:59
    时序逻辑电路笔记
    目录:
    一、概述
    二、触发器
    1、基本RS触发器
    1)状态转移真值表   2)状态方程(特征方程)   
    2、钟控触发器
    1)钟控RS触发器   2)钟控D触发器   3)钟控JK触发器   4)钟控T触发器   5)触发方式
    3、集成触发器
    1)触发方式   2)带有置位、复位触发器   3)边沿JK触发器
    三、时序逻辑电路分析
    1、概述
    2、同步时序电路分析
    3、异步时序电路分析
    四、常用逻辑电路
    1、数码寄存器
    2、移位寄存器
    3、计数器
    1)同步二制计数器   2)同步十进制计数器   3)异步二进制计数器   
    4)异步十进制计数器   5)用集成计数器构成任意进制计数器   6)移位寄存器型计数器
    五、时序逻辑电路的设计
    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    一、概述
    组合逻辑电路(无记忆):任意一时刻输出仅取决于该时刻输入,而与过去输入无关;
    时序逻辑电路(有记忆):任意任一时刻的稳定输出不仅与当时的输入有关,而与过去输入也有关。
    同步时序:各触发器有统一触发脉冲
    异步时序:各触发器无统一触发脉冲
    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    二、触发器
    (1)能够存储一位二进制数字信号的基本单元叫做触发器。
    (2)双稳态触发器:有两个稳定的状态0和1,当施加触发脉冲时,电路翻转,变为另一个稳态。触发脉冲撤销后,能够保持在这个稳定状态上,直到下一个触发脉冲的到来,才再次改变状态。
    (3)单稳态触发器:电路只能保持在一个稳定状态上,当施加触发脉冲时,电路翻转,变为另一个状态,但这个状态无法稳定。不管触发脉冲撤销与否,电路都要自动回到原来的稳定状态。下一个触发脉冲的到来,再次重复一下这个翻转又返回的动作。
    (5)按功能分类:RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器等。
    1、基本RS触发器

    SET与RESET同为0,用与非门构成的 RS 触发器,约束条件:R + S = 1。其实R、S 也可以同时为零,只是此时的输出,并非互补。那么,作为两个与非门,工作正常;作为触发器,工作不正常,状态非法。

    上电后二者均置为1再仿真。实际使用参见“电子元件-555时基芯片”。

    ------------------------------
    1)状态转移真值表
    现态电路在某个考察瞬间t^n时的状态Q^n;
    次态电路将要达到新的状态Q^(n+1)。

    ------------------------------
    2)状态方程(特征方程)

    ---------------------------------------------------------
    2、钟控触发器
    1)钟控RS触发器

    ------------------------------
    2)钟控D触发器

    ------------------------------
    3)钟控JK触发器

    JK触发器逻辑功能分析如下:
    当CP=0时,输入信号J、K被封锁,触发器状态不会改变;
    当CP=1时,控制门G3、G4开启,此时触发器的状态由输入信号J、K决定。

    ------------------------------
    4)钟控T触发器


    通常把在同一个CP脉冲作用下发生两次或两次以上翻转的现象称为触发器的“空翻”。为克服“空翻”,要求CP脉冲宽度:2Tpd
    ------------------------------
    5)触发方式
    电位、边沿触发方式
    ---------------------------------------------------------
    3、集成触发器
    1)触发方式

    ------------------------------
    2)带有置位、复位触发器

    ------------------------------
    3)边沿JK触发器
    ------------------------------
    4)触发器逻辑功能 的相互转换
    (1)D转换为JK

    (2)JK转换为D

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    三、时序逻辑电路分析
    1、概述
    时钟输入端与同一个时钟源相连,称为同步时序逻辑电路,否则就称为异步时序逻辑电路。前者速度高于后者,但结构一般经后者复杂。按输出信号特点,还可分为:
    米里型(Mealy):输出状态不仅与存储电路有关,还与输入有关。
    摩尔型(Moore):输出状态仅与存储电路的状态有关。
    时序逻辑电路分析步骤:
    (1)从给定的逻辑图中,写出每个触发器的驱动方程及电路的输出方程
    (2)求电路状态方程
    (3)由状态方程、输出方程列出状态转换表
    (4)画出完整的状态转换图或时序波形图
    (5)根据状态转换图或时序波形图分析逻辑功能
    ---------------------------------------------------------
    2、同步时序电路分析

    ---------------------------------------------------------
    3、异步时序电路分析

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    四、常用逻辑电路
    有数码寄存器、移位寄存器、计数器、顺序脉冲发生器及序列信号发生器等
    1、数码寄存器
    存放0、1数码的逻辑部件,它具有接收数码和寄存数码功能。
    一位触发器可存放一位二进制,n个触发器可以构成存放n位二进制的数码寄存器。
    74LS175逻辑图:

    ---------------------------------------------------------
    2、移位寄存器
    1)单向移位寄存器

    ------------------------------
    2)双向移位寄存器
    3)4位双向移位寄存器74LS194

    ---------------------------------------------------------
    3、计数器
    实现累计输入脉冲的个数,也可以用作定时、分频等。
    按计数脉冲引入的方式分为同步计数器、异步计数器;
    按计数进位制分类分为二进制(2^n进制)计数器;
    按计数增减趋势分为加法计数器、减法计数器、可逆计数器。
    1)同步二制计数器

    74LS161四位二进制计数器:
     二进制加法计数、异步清零、同步并行置数、计数保持控制等。

    真值表:

    ------------------------------
    2)同步十进制计数器

    ------------------------------
    3)异步二进制计数器

    极连:用前一级计数器的输出作为后一级计数器的时钟信号,把这种连接叫计数器级连。
    当把一个M1进制计数器和一个M2进制计数器级连时,可以构成M=M1*M2进制计数器。
    ------------------------------
    4)异步十进制计数器

    ------------------------------
    5)用集成计数器构成任意进制计数器
    集成计数器一般为4位、8位二进制或十进制计数器,当超过计数范围时,可用计数器的级连来实现。
    同步级连:时钟信号同时接到各片计数器的CP端,用前一级进位输出C来控制后级计数器的计数输入端。
    异步级连:用前一级的进位输出C或高位输出Q作为后级的时钟信号。
    (1)同步级连

    (2)异步级连

    (3)用置零法接成任意进制计数器
    在需要任意M

    (4)利用置数法(置位法)获得任意进制计数器
    通过给计数器重复置入某个值的方法跳过Mmax-M个状态,而获得模M计数器的。

    (5)利用计数器的进位输出信号C进行反馈置数

    ------------------------------
    6)移位寄存器型计数器
    (1)环形移位计数器

    (2)扭环形计数器

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    五、时序逻辑电路的设计
    同步时序电路的设计步骤:
    (1)建立原始状态图
    (2)确定触发器的数目
    一个二进制计数器至少需1个触发器,一个四进制计数器至少需2个触发器。
    设计一个N进制计数器至少需要n个触发器2^(n-1)
    (3)列状态表、求状态方程
    (4)触发器选型
    (5)检查电路的自启动特性
    例1:设计4分频电路
    (1)建立原始状态图

    (2)确定触发器数目需2个触发器
    (3)列状态表、求状态方程

    (4)D触发器实现

    (5)JK触发器实现

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    展开全文
  • led_out 1bit output 输出控制LED灯 2.2 代码编写 同步时序电路: `timescale 1ns / 1ps // // Company: 追逐者——桥的小作坊 // Engineer: // // Create Date: 2022/04/25 09:23:40 // Design Name: D触发器实现...

    前言

    学习说明此文档为本人的学习笔记,注重实践,关于理论部分会给出相应的学习链接。

    学习视频:是根据野火FPGA视频教程——第十一讲
    https://www.bilibili.com/video/BV1nQ4y1Z7zN?p=3

    学习资料:《数字电子技术基础》清华大学出版社

    理论学习

    相关数字电路基础理论学习请参考本人的另一个笔记,可以让你深刻理解相关知识。

    《数字电子技术基础》6.3 时序逻辑电路——寄存器和计数器功能介绍_追逐者-桥的博客-CSDN博客寄存器和移位寄存器、计数器功能介绍https://blog.csdn.net/ARM_qiao/article/details/124415549

    实战演练

    一、设计规划

    1.1 实验(项目)目标

    使用D触发器来控制LED灯,当按键未按下时led灯处于点亮状态;当按键被按下时led灯熄灭。

    1.2 硬件资源:

    二、程序设计

    2.1 模块框图及波形图  

    输入输出信号描述
    信号位宽类型功能描述
    sys_clk1bitinput工作时钟信号,频率50MHz
    sys_ret_n1bitinput复位信号,低电平有效
    key_in1bitinput按键输入信号
    led_out1bitoutput输出控制LED灯

    2.2 代码编写

    同步时序电路:

    `timescale 1ns / 1ps
    //
    // Company: 追逐者——桥的小作坊
    // Engineer: 
    // 
    // Create Date: 2022/04/25 09:23:40
    // Design Name: D触发器实现按键控制LED
    // Module Name: counter4
    // Project Name: 
    // Target Devices: 
    // Tool Versions: Vivado 2018_3
    // Description: 
    // 
    // Dependencies: 
    // 
    // Revision:
    // Revision 0.01 - File Created
    // Additional Comments:视频学习代码
    // 
    //
    
    module flip_flop(
        input wire sys_clk, sys_ret_n, key_in,
        output reg led_out
        );
        
        always@(posedge sys_clk)
            if(sys_ret_n == 1'b0)
                led_out <= 1'b0;
            else
                led_out <= key_in;    
    endmodule

    RTL视图 

    异步时序逻辑电路

    module flip_flop(
        input wire sys_clk, sys_ret_n, key_in,
        output reg led_out
        );
        
        always@(posedge sys_clk or negedge sys_ret_n)    //添加条件
            if(sys_ret_n == 1'b0)
                led_out <= 1'b0;
            else
                led_out <= key_in;    
    endmodule

    三、逻辑仿真

    3.1 仿真文件的编写

    `timescale 1ns / 1ns
    //
    // Company: 追逐者——桥的小作坊
    // Engineer: 
    // 
    // Create Date: 2022/04/25 09:23:40
    // Design Name: D触发器实现按键控制LED
    // Module Name: counter4
    // Project Name: 
    // Target Devices: 
    // Tool Versions: Vivado 2018_3
    // Description: 
    // 
    // Dependencies: 
    // 
    // Revision:
    // Revision 0.01 - File Created
    // Additional Comments:视频学习代码
    // 
    //
    module tb_flip_flop();
        reg sys_clk, sys_ret_n, key_in;
        wire led_out;
        initial begin
            sys_clk = 1'b1;
            sys_ret_n <= 1'b0;
            key_in <= 1'b0;
            #20
            sys_ret_n <= 1'b1;
            
            #210
            sys_ret_n <= 1'b0;
            
            #40
            sys_ret_n <= 1'b1;
        end
        always #10 sys_clk = ~sys_clk;  //模拟时钟,没10ns电平翻转一次,周期20ns,频率50MHz
        always #20 key_in <= {$random} % 2;
        initial begin
            $timeformat(-9, 0, "ns", 6);
            $monitor("@time %t:key_in=%b, led_out=%b", $time, key_in, led_out);
        end
        flip_flop ff_inst(sys_clk, sys_ret_n, key_in, led_out);
    endmodule
    

    3.2 仿真波形图对比

    从仿真图与波形图对比发现,输出未正常同步时序电路控制。 

    四、上板验证

    请参考之前按键控制LED灯的实战:

    二、3【FPGA】如何点亮LED灯_追逐者-桥的博客-CSDN博客FPGA开发 按键控制LED灯的亮灭Xilinx Artix7https://blog.csdn.net/ARM_qiao/article/details/123969251

    展开全文
  • 时序逻辑电路由两个部分组成,组合电路和存储电路,其中存储电路是必不可少的,并且存储电路的输出必须反馈到组合电路的输入端,与输入信号一起决定组合逻辑的输出。 而根据时序逻辑电路的输出信号的特点,又将其...

    时序逻辑电路

    在组合逻辑电路中,输出仅仅与输入有关;而在时序逻辑电路中,输出不仅与输入有关,还与之前的状态有关。

    其实,时序逻辑电路还有一个名字,那就是状态机(State Machine ,SM)或者有限状态机(Finite State Machine,FSM)。

    状态机Verilog设计实例

    时序逻辑电路由两个部分组成,组合电路和存储电路,其中存储电路是必不可少的,并且存储电路的输出必须反馈到组合电路的输入端,与输入信号一起决定组合逻辑的输出。
    在这里插入图片描述
    而根据时序逻辑电路的输出信号的特点,又将其分为Mealy型和Moore型
    Mealy型:输出不仅与存储电路的状态有关,还与输入有关;
    Moore型:仅与存储电路的状态有关。

    在时序电路的设计中,同步时序逻辑电路是使用最多的。

    同步时序逻辑电路

    同步时序逻辑电路就是时序逻辑电路中所有的触发器都工作在同一时钟下。

    分析同步时序逻辑电路的步骤如下:
    1、从给定的逻辑图中写出每个触发器的驱动方程(即每个触发输入端的方程,常用另外触发器的输出和最终输出表示);
    2、将驱动方程带入每个触发器的特性方程;
    3、根据逻辑图写出电路的输出方程。

    以下图为例

    在这里插入图片描述

    而为了能够直观地看出状态的变换,常常使用以下四种方式来观察:
    1、状态转换表
    在这里插入图片描述

    2、状态转换图
    在这里插入图片描述

    3、状态机流程图(SM图)
    在这里插入图片描述

    4、时序图(要注意触发器是电平触发还是边沿触发

    例图就是高电平触发
    在这里插入图片描述

    异步时序逻辑电路

    异步时序电路就是触发器的触发时钟不一致
    在这里插入图片描述

    异步时序电路的分析相对来说要稍难,步骤还是差不多,只是具体方法不一样
    1、写出驱动方程;
    2、将驱动方程带入特性方程(注意,这个时候的输出跟触发器的输入时钟有关了,用时序图分析最为直观)
    3、写出输出方程

    画时序图步骤:
    1、先画出初始Q0、Q1、Q2、Q3;
    2、画出clk0,在通过clk0的触发画出Q0的输出;
    3、画出clk1,再通过clk1的触发画出Q1;
    4、画出clk2,通过clk2的触发画出Q2;
    5、画出clk3,通过clk3的触发画出Q3;
    6、最后直接画出组合输出Y。

    常用时序电路

    1、移位寄存器

    在这里插入图片描述
    分析一下具体实现,假设CLK同时到达所有寄存器(D1依次输入1101),假设Q默认为0000
    1、第一个CLK上升沿到来,Q0 = D1 = 1,这时Q1、Q2、Q3还为默认值;
    2、第二个CLK上升沿到来,Q0 = D1 = 1,这时Q1 = Q0 = 1;Q2、Q3还为默认值;
    3、第三个CLK上升沿到来,Q0 = D1 = 0,这时Q1 = Q0 = 1;Q2 = Q1 = 1,Q3还为默认值;
    4、第四个CLK上升沿到来,Q0 = D1 = 1,这时Q1 = Q0 = 0;Q2 = Q1 = 1,Q3 = Q2 = 1。
    最终并行Q输出序列为1101 ,与串行D1输入一致

    可以看到最先输入的D1,是先到高位Q3

    2、计数器

    N进制计数器就是一种在每个时钟上升沿加1,并且又在等于N-1的时候清零。即在这个时钟沿检测到计数为N-1,就将计数清零。

    计数器分为同步计数器和异步计数器,其中,同步计数器使用最为广泛。

    同步计数器

    同步二进制计数器
    二进制计数器全名为N位二进制计数器。假设4位二进制计数器,那么计数到1111就会清零,并且输出计数标志。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    Q初始为0000,由状态方程可以知道:
    1、当第一个上升沿到来,Q0 = 1,Q1 = 0,Q2 = 0,Q3= 0;
    2、当第二个上升沿到来,将第1步的Q带入,Q0 = 0,Q1 = 1,Q2 = 0,Q3= 0;

    15、当第15个上升沿到来,将第14步的Q带入,Q0 = 1,Q1 = 1,Q2 = 1,Q3= 1;
    16、当第16个上升沿到来,将第15步的Q带入,Q0 = 0,Q1 = 0,Q2 = 0,Q3= 0;

    时序图如下,因为是同步,所以Q均在时钟边沿发生改变
    在这里插入图片描述
    同步十进制计数器

    同步十进制计数器就是计数到9(1001)的时候就清零,1010到1111的状态全部跳过。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    同步任意进制计数器
    其他进制计数器原理和同步十进制计数器类似

    异步计数器

    异步计数器原理和同步计数器原理一样,只是状态转换的时间不同,不同的Q在不同的时钟边沿输出。
    下面以异步二进制计数器为例
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    移位计数器

    环形计数器
    假设是4位环形移位计数器,那么其状态转换为0001—0010—0100—1000—0001;
    D0 = Q(n-1)
    在这里插入图片描述
    扭环形计数器(约翰逊计数器)
    D0 = Q(n-1)’
    4位扭环形计数器状态转换如下:0000—1000—1100—1110—1111—0111—0011—0001—0000
    在这里插入图片描述

    3、顺序脉冲发生器

    有时候系统需要按照事先规定的顺序进行一系列操作。顺序脉冲发生器是生成一组有先后顺序的脉冲信号。

    如下:可以看到Q0脉冲最先,其次是Q1、Q2、Q3;然后又是Q0。
    如果在Q的触发下进行操作,就可以实现顺序执行。
    在这里插入图片描述

    4、序列信号发生器

    有时候一个系统需要在指定的时间间隔下执行一定操作,这时候设计一个序列脉冲发生器就很必要了。

    假设一个系统要每1s内的,要产生一个序列组1011000101,这样,在1的时候执行操作。我们一般都是基于时钟来进行操作,而在这种情况下,因为时间间隔不等,没有规律,如果在时钟的触发下操作会显得麻烦。

    自启动

    自启动的意思就是,当芯片上电能马上进行计数等操作,而不会等待自己使能才开始执行计数等操作。

    假设设计一个10进制计数器,上电的时候不知道是在哪个状态,可能是0000,也可能是1111。
    但因为是10进制计数器在0000—1001之间进行状态转换,在这之中可以有序地转换。而当上电时处于1010—1111的时候,不知道该往哪个状态转换,会卡死。
    所以如果要设计自启动,就需要将1010—1111的下一个状态设计为0000—1001中的一个,一般设计为初始状态0000.

    展开全文
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    千次阅读 2020-04-10 10:06:01
    数字逻辑之时序图的总结 R对应Q非一端 S对应Q一端 Q为次态 Q’为现态 一.RS触发器: 输入为R非和S非 输入:0 0 输出: 不确定 输入:0 1 输出: 置0 输入:1 0 输出: 置1 输入:1 1 输出: 保持原态 Q = S+...
  • 同步时序电路和异步时序电路

    千次阅读 2021-08-23 19:24:23
    在同步时序电路中,各触发器的时钟端全部连接到同一个时钟源上,只有当时钟脉冲到来时,电路的状态才能改变。(注意不要求是同一时钟,而是同源时钟。所谓的同源时钟是指同一个时钟源衍生频率比值为2的幂次方,且初...
  • 寄存器和移位寄存器、计数器功能介绍
  • 数字电路-时序逻辑电路

    千次阅读 2020-03-04 17:25:50
    然后分别介绍了移位寄存器、计数器、顺序脉冲发生器等各类常用时序逻辑电路的工作原理和使用方法。在讲述了时序逻辑电路的设计方法后,初步介绍如何用硬件描述语言描述时序逻辑电路。最后从物理概念上讨论了时序逻辑...
  • 第8讲 时序逻辑电路的分析 及寄存器介绍;1.时序逻辑电路分析的任务 给定时序逻辑电路找出其变化规律 2.步骤 1写出驱动方程 2写出输出方程 3求状态方程把驱动方程代入触发器的特性方程 4计算状态转换表 5画状态转换图...
  • 同步时序电路与异步时序电路

    万次阅读 2018-03-18 17:34:19
    同步时序电路与异步时序电路的区别: 简而言之:  同步电路:存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源,因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。  异步电路:电路没有统一的时钟...
  • 目录时序逻辑概述2、时序逻辑电路的组成3、时序电路的分类时序逻辑电路分析1、时序逻辑电路分析步骤寄存器、移位寄存器1、数码寄存器2、移位寄存器移位寄存器的应用同步计数器1、同步二进制计数器2、二进制同步加/减...
  • 触发器和时序逻辑电路设计.ppt触发器和时序逻辑电路设计.ppt
  • 9、时序逻辑电路设计描述技巧

    千次阅读 2019-11-10 15:25:14
    时序逻辑电路设计描述技巧 目录 时序逻辑电路设计描述技巧 9.1、时序逻辑电路的特点和基本单元 (1)特点 (2)基本存储单元 9.2、常见时序逻辑电路的描述 (1)计数器 (2)时钟分频器 (3)通用移位...
  • 1)组合逻辑电路:输出只与当时的输入有关,如与门、非门、...3)时序逻辑电路:输出不仅与当时的输入有关,还与电路原来的状态有关,可以理解包含触发器的电路称作时序逻辑电路; 4)寄存器寄存器是CPU内部用来存
  • 同步时序电路

    2021-09-28 16:16:42
    同步时序电路概述 通过电路的输入、输出端、功能规范和时序规范可以定义一个电路。一个时序电路有一组有限的离散状态{S0,S1,…,Sk-1}。同步时序电路有一个时钟输入,它的上升沿表示电路状态转变发生的时间。我们...
  • 时序电路——DFF再理解

    千次阅读 多人点赞 2021-05-15 07:27:22
    之前对DFF的理解有些模糊,直到有次在实践中遇到了一些问题,含糊其词的也不能解决问题,于是乎就把DFF理解透彻透彻,毕竟这可是时序电路的基本概念。
  • 另 外,寄存器还应有执行数据接收和清除命令的 控制电路,一般由门电路构成。 按接收数码的方式不同,寄存器有双拍工 作方式和单拍工作方式两种。 双拍工作方式寄存器 一拍清零;一拍接受指令 给一个低...
  • 包含1.十进制计数器实验。2、六分频电路实验。3、移位寄存器实验。 4、多位十进制计数器实验。
  • 用JK触发器74LS73组成的四位移位寄存器实验电路multisim源文件,multisim10及以上版本可以正常打开仿真,是教材上的电路,可以直接仿真,方便大家学习。
  • 相关题目与解析时序信号是控制计算机各个部件协调工作的关键,时序...()计算机的时序电路中为什么要设置启停控制逻辑?该电路如何实现启停控制?计算机中常用的时序逻辑电路有______和______等。三级时序系统提供的三...

空空如也

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寄存器是时序电路