东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称： 计算机结构与逻辑设计实验
第 三 次实验
实验名称： 时序逻辑电路 院 （系）： 吴健雄学院 专 业： 工科试验班 姓 名： 学 号： 实 验 室: 103 实验组别： 同组人员： 实验时间： 2018年11月 15 日 评定成绩： 审阅教师：
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一、 实验目的
1.掌握时序逻辑电路的基本原理，会用多种方法设计简单的时序逻辑电路（触发器、计数器、移位寄存器等）。
2.熟悉动态验证的操作，会使用示波器和逻辑分析仪分析时序逻辑电路的运行状况。 3.知道自启动现象的产生原因，能够进行合理设计避免。
二、 实验原理
1.时序逻辑电路设计的基本步骤。
2.信号发生器、示波器、逻辑分析仪的使用。
三、 实验内容
必做实验：
① 广告流水灯
用触发器、组合函数器件和门电路设计一个广告流水灯，该流水灯由8个LED组成，工作时始终为1暗7亮，且这一个暗灯循环右移。
(1) 写出设计过程，画出设计的逻辑电路图，按图搭接电路 (2) 将单脉冲加到系统时钟端，静态验证实验电路
(3) 将TTL连续脉冲信号加到系统时钟端，用示波器观察并记录时钟脉冲CP、触发器的输出端Q2、Q1、Q0和8个LED上的波形。
答：实验数据
① 设计电路（真值表、卡诺图、函数表达式、逻辑电路图）(预习时完成)：
真值表：
Q2 0 0 0 0 1 1 1 1
nPS nQ1 0 0 1 1 0 0 1 1 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 nQ2 0 0 0 1 1 1 1 0 n+1NS n+1Q1 0 1 1 0 0 1 1 0 Q0 1 0 1 0 1 0 1 0 n+12
卡诺图逻辑化简
Q0n1的卡诺图
可以得到：
Q0n1Q0n
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Q1n1的卡诺图：
Q1n1Q1nQ0n
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Q2n1的卡诺图：
Q2nQ2n
(Q1nQ0n)
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逻辑电路图
实物搭建图
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② 静态验证(预习时完成)： 答：
Q2n 0 0 0 0 1 1 1 1
Q1n 0 0 1 1 0 0 1 1 Q0n 0 1 0 1 0 1 0 1 L0 亮 暗 暗 暗 暗 暗 暗 暗 L1 暗 亮 暗 暗 暗 暗 暗 暗 L2 暗 暗 亮 暗 暗 暗 暗 暗 L3 暗 暗 暗 亮 暗 暗 暗 暗 L4 暗 暗 暗 暗 亮 暗 暗 暗 L5 暗 暗 暗 暗 暗 亮 暗 暗 L6 暗 暗 暗 暗 暗 暗 亮 暗 L7 暗 暗 暗 暗 暗 暗 暗 亮
数据分析：
①八个状态，所以需要3个触发器
②符合真值表和预估情况。
③ 动态验证：
答： 逻辑分析仪波形记录：
DIN11为时钟端，DIN10,DIN9,DIN8分别为Q2n
数据分析：
示波器和逻辑分析仪显示的波形都需要有时钟信号作为参照。
Q1nQ0n,DIN0-7分别为L0-L7
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② 序列发生器
用MSI计数器和移位寄存器设计一个具有自启动功能的01011序列信号发生器， (1) 写出设计过程，画出电路逻辑图
(2) 搭接电路，并用单脉冲静态验证实验结果
(3) 加入TTL连续脉冲，用示波器观察观察并记录时钟脉冲CLK、序列输出端的波形。 答：实验数据
① 设计电路（真值表、卡诺图、函数表达式、逻辑电路图）(预习时完成)： 1）MSI计数器
画出真值表：
Q2 0 0 0 0 1
逻辑化简：
Q1 0 0 1 1 0 Q0 0 1 0 1 0 Z 0 1 0 1 1 Zm(1,3,4)
逻辑电路图：
2）移位寄存器： 画出真值表：
分析：因为要输出01011，而两位二进制码只有四种组合，不符合要求；故先对三位二进制码进行分析：
Q2 Q1 Q0 0 1 0 1 0 1 7
0 1 1 1 1 1 0 Q0 1 1 0 1 0 0 1 发现有两行均为101，即存在重复，故改用四位。 Q3 Q2 Q1 0 1 0 1 1 真值表： 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 Q3n 0 1 0 1 1 逻辑化简： Q2n 1 0 1 1 0 Q1n 0 1 1 0 1 Q0n 1 1 0 1 0 Q3n+1 1 0 1 1 0 Q2n+1 0 1 1 0 1 Q1n+1 1 1 0 1 0 Q0n+1 1 0 1 0 1 Q0n+1卡诺图
Q0n+1=Q3n+Q0n=Q0nQ3n
根据移位寄存器的性质可知：
Q3n+1=Q2n，Q2n+1=Q1n，Q1n+1=Q0n
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逻辑电路图：
考虑自启动问题：
按函数表达式修改卡诺图：
Q1nQ0n 00 01 11 10 Q3nQ2n 00 01 11 10 此时可以自启动。
② 静态验证(预习时完成)： 答：
①msi计数器：
产生第n个脉冲信号 数码管示数 1 2 3 4 5
②用移位寄存器：
产生第n个脉冲信号 数码管示数 1 2 9
1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 3 4 5
数据分析： 符合真值表
③ 动态验证： 答： 1)MSI计数器 波形记录：
逻辑分析仪
0 1 1
示波器
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2）移位寄存器： 逻辑分析仪：
示波器
数据分析：
信号序列必须在有时钟信号的对比下才能看出来01011
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实物搭接图
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可调速的广告流水灯
在内容1广告流水灯的基础上设计一个速度控制器，实现广告流水灯的循环速度的变化，具体功能如下
1、 速度分4档，电平开关A决定加档还是减档，当A置‘1’时，每按一次单步脉冲按
钮B加一档，当A置‘0’时，每按一次单步脉冲按钮B减一档，档位值用一个数码管显示
2、 如果速度加到了最高挡，再按单步脉冲按钮B无效 3、 如果速度减到了最低挡，再按单步脉冲按钮B无效
4、 用一个电平开关C实现循环方向的正反转控制（扩展部分，选作）
答：实验数据
① 设计电路（真值表、卡诺图、函数表达式、逻辑电路图）(预习时完成)：
1.用触发器实现不同频率的输入信号： 真值表：
A=0为减档位，A=1为加档位。 A Q1n 0 0 1 1 0 0 1 1 Q0n 0 1 0 1 0 1 0 1 Q1n1 0 0 0 1 0 1 1 1 Q0n1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
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Q0n1的卡诺图：
所以Q0n1=AQ0n+AQ1n+Q1nQ0n
Q1n1的卡诺图：
所以Q1n1=AQ0n+AQ1n+Q1nQ0n 逻辑电路图
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2.用计数器实现不同速度： 真值表：
Q1nQ0n为描述速度的状态，Q3Q2Q1Q0为计数器输出端，Z3-Z0对应速度0-3档
Q3 Q2 Q1 Q0 Z3 Z2 ZQ1Q01 0 0 1 x x x 1 0 0 0 1 x 1 x x 0 1 0 1 0 x x 1 x 0 0 1 1 1 x x x 1 0 0 0 nnZ0 0 0 0 1 逻辑化简： Z0=Q1Q0Q0
nnQ1Q0Z1=Q1, nnQ1Q0Z2=Q2
nnZ3=Q1Q0Q3 令Z=Z0+Z1+Z2+Z3，即
nnZZ0Z1Z2Z3，Z即为流水灯的时钟端。
逻辑电路图：（为1、2相连的电路图）
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3.用一个电平开关C实现循环方向的正反转控制： C=0为暗灯右移，C=1为暗灯左移。
C0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
逻辑化简： C的卡诺图为
QC 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 QB 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 QA 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0
C=C0QC
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B的卡诺图为
B=C0 QB
A的卡诺图为
A=C0QA 逻辑电路图：
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整体电路图：
② 静态验证(预习时完成)： 答：（自拟表格） 速度变化：
A 加脉冲前速度档位 加脉冲后 1 0 1 1 1 2 1 3 0 3 0 2 0 1 0 0 流水灯：
方向控制端C 速度档位 流水灯速度 流水灯转向 0 0 0 0 1 1 1 1
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1 2 3 3 2 1 0 0 0 1 2 3 0 1 2 3 最慢 慢 快 最快 最慢 慢 快 最快 右移 右移 右移 右移 左移 左移 左移 左移 数据分析： 1）符合真值表。
2）用计数器实现流水灯比触发器简单。
3）因为有四个速度档位，所以用两个触发器，给速度编号，再利用计数器的特点进行频率变化的设计。
动态验证： ①速度为0档
②速度为1档
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③速度为2档：
④速度为3档
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○4实物搭接
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四、实验总结
1）时序逻辑电路的设计可以有多种方案，如流水灯使用计数器远比使用触发器简单，产生信号序列可以有多种方法，其中计数器的思路较为简单。 2）异步时序会产生毛刺，设计时要尽量避免。
3）像实验三这种需要实现多项功能的实验设计，可以分模块进行设计，实现和检查时也可以分模块进行。
4）示波器操作时要注意幅值、频率、偏移量的调节。
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五、实验建议（欢迎大家提出宝贵意见）
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