数电课程设计- JK同步时序逻辑电路

贵州大学明德学院课程设计报告

课程名称： 同步时序电路设计

系 部： 机械与电气工程系

专业班级： 电信081班

小组成员： 宋亚雄、彭涛、毛晓龙

指导教师： 吴锐老师

完成时间： 2010年 1月 9日

报告成绩： 评阅教师 日期

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目 录

一、设计要求 ........................................................................................3

二、设计的作用、目的 ........................................................................3

三、设计的具体实现 ............................................................................4

1、系统概述 .....................................................................................4 2、电路分析与设计 .........................................................................7 ⑴ 与门逻辑电路 ........................................................................7 ⑵ 异或门逻辑电路 ....................................................................8 ⑶ 下降沿JK触发器 ..................................................................8 ⑷ 电路分析 ..............................................................................10 ⑸ 发展及应用 .......................................................................... 11

四、心得体会及建议 ..........................................................................12

五、附录 ..............................................................................................14

六、参考文献 ................................................................................................................................... 15

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同步时序电路课程设计报告

一、设计要求

课程设计的基本任务，是着重提高动手能力及在字集成电路应用方面的实践技能，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。各组人员可分别通过设计图纸，上网查找资料以及撰写报告这几个过程来锻炼逻辑思维能力及实际动手能力。从实际操作中学习知识，思考存在的问题以及解决问题。

提交的文件包括：

1、一份用WORD完成的课程设计报告，要求打印，格式见后面的附件， 2、设计图纸（A2图纸）手绘或使用相关绘图软件皆可。设计图的元器件要求全部用与、或、非门实现并用虚线框表明模块名称。

题目如下：

用JK触发器设计一同步时序电路，其状态表如下：

n?1Q1n?1Q0/Y Q1nQ0n 00 01 10 11 A = 0 01/0 10/0 11/0 00/1 表1.1

A = 1 11/0 00/0 01/0 10/1 二、设计的作用、目的

随着时代的发展,电子技术的日新月异，数字系统越来越广泛地运用于各个领域，而时序电路逻辑的正确性及稳定性是数字系统成败的关键。我们作为电子信息工程工程专

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业的学生，就应该抓住时代的脉搏，在自己的专业课程上下功夫，在理论知识丰富的情况下，更要加强动手能力，努力提高我们自身的综合素质。

我们本次设计应该要达到以下几点：

⑴ 通过本次课程设计，巩固所学知识，掌握同步时序电路的组成，分析。 ⑵ 掌握各类型触发器的特性方程，以及相互之间的转换。

⑶ 熟练分析时序电路，能写出已知电路的时钟方程，激励方程，输出方程，特性方程，能够列出真值表，画出状态图、时序图。

三、设计的具体实现

1、系统概述

同步时序电路的设计是电路分析的逆过程，即是由逻辑问题的描述，产生实现逻辑功能的电路，其主要设计步骤如下：

第一步：根据问题的逻辑要求，建立原始流程表。

A、 明确电路的输入条件和相应的输出要求，分别确定输入变量

和输出变量的数目和符号；

B、找出可能的状态和状态转换之间的关系； C、根据原始状态图建立原始状态表。

第二步；将原始流程表简化，去掉多余的状态过程，得到最简流程表。

第三步：对最简流程表进行状态分配及不稳定状态的输出指定。

A、确定状态编码的位数； B、确定每个状态的编码。

第四步：选择触发器类型。

第五步：写出激励状态和输出状态表达式。

第六步：画出逻辑电路图，并检查自启动能力。

具体过程如下：

首先，根据设计要求中的状态表（表1.1）和JK触发器的激励表，可列出状态

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转换真值表和对各触发器的激励信号，如（表1.2）。

Q1n Q0n A Q1n?1 Q0n?1 Y 0 0 0 1 0 0

0 0 1 1 1 0

0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0

1 0 0 1 1 0

0 1 0 1 0 1

1 0 0 0 1 1

然后，根据状态表,设电路的初始状态为Q1n1 1 1 1 0 1

表1.2

Q0n=00，可画出状态图以及时序图，

0 CP 00 01 A 1 0 1 1 0 Q0 1 Q1 11 10 Y 0 (a) 状态图 (b) 时序图 由状态图和时序图可以看出，我们需要设计的是一个可逆二进制计数器。A = 0时，进行加计数，每来一个时钟脉冲，计数器值Q1nQ0n加1，依次为00-01-10-11。每经过

4个时钟脉冲作用，电路的状态循环一次。当A = 1时，进行减1计数，依次为

11-10-01-00。Y端在Q1Q0为11时输出1。

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nn

再者，根据（表1.2）画出两触发器J、K和电路输出端Y的卡诺图；

最后，由上面的卡诺图分别写出输出方程和激励方程组，化简激励方程组得：

J01 1 × × × × 1 1 0 1 0 1 × × × × J1 Q0 K1 Q0 Q1 × × × × A

Q1 0 1 0 1 A

J0 Q0 K0 Q0 Q1 1 1 × × A Q1 × × 1 1 A Y 0 0 0 0 A Q0 0 1 0 1 = K0= 1

J1= K1

输出方程为：

= A

?Q0Y

= Q1Q0

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我们将J0、K0、J1、K1、A 分别取值代入激励方程组和输出方程， 得出下表（1.3）： J0

与题目要求的状态符合，故可以根据激励方程组和输出方程构建逻辑电路图。

K0 J1K1 Q1nQ0n A Q1n?1 n?1Q0 Y

1 × 0 × 0 0 0 0 1 0 1 × 1 × 0 0 1 1 1 0 × 1 1 × 0 1 0 1 0 0 × 1 0 × 0 1 1 0 0 0 1 × × 0 1 0 0 1 1 0 1 × × 1 1 0 1 0 1 0 × 1 × 1 1 1 0 0 0 1 × 0 × 0 1 1 1 1 0 1

表1.3

2、电路分析与设计 ⑴ 与门逻辑电路

“只有当一件事的几个条件全部具备之后，这件事才发生”，这种关系就称为与逻辑。

逻辑表达式可表示为： L

逻辑符号为：

?A?B

A B &

Y 7

⑵ 异或门逻辑电路

异或的逻辑关系是：当两个信号输入相同时，输出为0；当两个输入信号不同时，输出为1。

表达式如下：

Y?A?AB?AB?B?AB?AB?A?B逻辑符号为：

A B

& & & & Y

A B

=1

Y ⑶ 下降沿JK触发器

由于所需涉及到的电路只有四种状态，我们就可以选用两个下降沿触发的JK触发器。在所有类型的触发器中，只有JK触发器具有最强的逻辑功能，它能执行置1、置0、保持和翻转四种操作，并可用简单的附加电路转换为其它功能的触发器。

Q Q & & 1 & & ≥1 ≥1 K & D 1 & & & & 1 J CP 边沿JK触发器

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JK触发器的特性方程为：

nn?1Q0=JQ+KQn

Q Q Q Q CP J K J CP K曾用符号Q Q C1 1J 1K J CP K国标符号边沿JK触发器逻辑符号

J=0 K=× 0 J=1 K=× J=× 1 K=0 J=× K=1 JK触发器的状态图

由JK触发器的状态图和特性方程都可以看出，当J=1，K=0时，触发器的下一状态将被置1（Qn?1=1）；当J=0,K=1时，触发器状态将被置0；当J=K=0时，触发器状态

n?1n=Qn）；J=K=1时，触发器翻转（Q=Q）。

保持不变（Q

n?1 9

⑷ 电路分析

根据上面所推算出的输出方程和激励方程组，我们可以画出相应的逻辑电路图。 A. 由输出方程 ：

Y

B．由激励方程

= Q1Q0可得：

Q1 Q0 &

Y

J0= K0= 1得；

1 1J C1 1K Q0

CP

Q0 J1= K1= A?Q0得：

A

=1 1J Q1 Q0 CP C1 1K

Q1

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将三个方程所得出电路连接后就是我们所需要的同步时序逻辑电路电路图。

⑸ 发展及应用

数字电路是以二值数字逻辑为基础的，其工作信号是离散的数字信号。电路中的电子晶体管工作于开关状态，时而导通，时而截止。数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

数字集成器件所用的材料以硅材料为主，在高速电路中，也使用化合物半导体材料，例如砷化镓等。逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路 。TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展,TTL的主导地位受到了动摇，有被CMOS器件所取代的趋势。

而这次，我们设计的是同步时序可逆二进制计数器。在当代计数器的应用范围相当广泛，运用于工业、交通、军事、广播电视等几乎所有领域，近些年消费电子的发展方兴未艾，数字电路在此领域大放异彩。其中，计数器被广泛应用于广告，照明，机械，机床制造业及纺织，造纸轻工，食品，化工，矿业，冶金，航空工业，电力保安，汽车工业，船舶交通运输，建筑，地铁等各行各业。

在医学上：有免疫计数器、电子血细胞计数器等。

在工业上：有PLC高速计数器、点焊计数器等。

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在生活上：有出租车上的计程器、电子表等。

近年来,可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用更灵活。

四、心得体会及建议

这几天的连续奋斗的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

本次课程设计让我受益匪浅，通过这次的课程设计，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

在这个过程中，我也因为实践经验的缺乏到处查资料，也因为思路豁通而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。虽然这只是一次较为简单的课程设计，可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞开发的技术人才，才意识到实践是多么的重要，自己以后该走的路。

在这次设计过程中，由于我心急回家，在老师布置好题目后，刚回到寝室就开始分工设计。经过小组成员的搜集资料，我们在当晚6：30开始探讨设计思路。到熄灯时，我们已完成了设计的框架。而后，在后面的大图设计上，一开始没有考虑到“与非门”被老师所“禁用”，而在大功告成之时而反工。尽管如此，我们还是以本班第一的速度完成了这次的设计。当我们组完成的消息在班里传开时，这使得我们班其他设计组热情高涨，大大缩短了我们班课程设计的总体完成时间。

通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们3个分工合作积极讨论，总感觉这次设计让我长大了许多，对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

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但是，这次设计依然只停留在虚拟的设计，没有真正的去发挥我们自己动手能力，只能说我们的理论知识进一步得到巩固！

（电信081班——宋亚雄）

1、通过这次课程设计，加强了我动手，思考，寻找解决问题的能力，在整个设计过程中，我们通过这个方案用JK触发器设计了一个同步时序电路。

2、此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，这为以后打下了很好的基础。

3、课程设计，至今我仍感触颇多，从选题到完成，从理论到实践可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。但是通过大量的查阅质料和与同学的交流，最后终于完成了。

4、这次数电课程设计虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我的逻辑思维能力，使我在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增加了对一些常见逻辑器件的了解。2、让我明白了遇到困难的时候应该多与老师同学请教交流以及查阅质料。

5、总的说来，就和吴老师说的一样，这次的课程设计让我对未来的看法更加明朗。这次设计已经成为了我人生的一笔财富。

（电信081班——彭涛）

通过这次同步时序电路的设计，本人在多方面都有所提高。通过这次时序电路的设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次同步时序逻辑电路的设计工作的实际训练。这是要培养出我们的良好的空间想象能力。从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了数字电路设计等课程所学的内容，掌握时序逻辑电路设计的方法和步骤，掌握时序逻辑电路设计的基本的门电路和画图技能懂得了怎样分析电路特性功能，怎样确定设计方案，了解了时序逻辑电路的基本结构，提高了画图分析能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力

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也有了提高。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。还有，门电路的设计和绘图时，也遇到了一些棘手的问题，时间花了到没什么，关键是做好，但是就是按要求用的门电路和实现的功能来设计考虑，也是让我周折了半天。但是经过查阅相关资料和利用互联网和平时老师交给我们的方法和设计教程的内容，最后克服了这些诸多的问题。那是的喜悦是无比的，很欣慰！

在此感谢我们的吴锐老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次时序逻辑电路设计的每个实验细节和每个数据和绘图，都离不开老师您平时里给我们的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，还有你教会我们学习的高效方法和做人做事的风格和态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢我们一起设计的小组成员，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本我们的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，我们将万分感谢。

（电信081班——毛晓龙）

五、附录

元器件明细表

与门元器件：

或门元器件：

A B

&

Y

A B

≥1

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Y

非门元器件：

异或门模块：

JK触发器模块：

A B

1 Y

A B

=

Y

Q Q Q Q CP J K J CP K曾用符号Q Q C1 1J 1K J CP K国标符号六、参考文献

[1] 康华光.《电子技术基础》（数字部分）. 高等教育出版社,2010.5 [2] 毕满清.《电子技术实验与课程设计》（第三版）. 机械工业出版社,2009.1 [3] 吴锐. 数字电路教学PPt. 2010.12

[4] 樊东燕. 同步时序逻辑电路的时钟脉冲及稳定输出的设计策略.《电脑开发与应用》[M].2003年9期

[5] (美)Thomas L.Floyd David M. Buchla . 电子技术基础(数字部分) . 清华大学出版社 2006.05

[6] 康华光 . 《电子技术基础》（数字部分第四版） . 高等教育出版社 . 2000-06-04 [7] 侯建军 . 《数字电子技术基础》(第2版) . 高等教育出版社 . 2007-12-1

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[8] 李哲英 . 《电子技术及其应用基础》(数字部分) 高等教育出版社 . 2003-07-01 [9] 唐程山 . 《电子技术基础》 . 高等教育出版社 . 2004-05-08

[10] 电子技术基础 出 版 社： 高等教育出版社 作者： 张龙兴 出版时间： 2001-07-01 [11] 秦臻 . 《电子技术基础（数字部分）重点难点题解指导考研指南》 . 高等教育出

版社 . 2007-06-01

[12] 王汉桥 . 《电子技术基础(下册)数字部分》 . 中国电力出版设 . 2006-09-01 [13] 伍时和 . 《数字电子技术基础》 . 清华大学出版社 . 2010-7-28

[14] 臧春华/郑步生/刘方/崔晓平 . 《现代电子技术基础》(数字部分) . 北京航空航天大

学出版社 . 2005-02

[15] http://www.docin.com/p-47447374.html . 2011/1/09 [16] http://www.xuehi.com/docs/52151.html . 2011/1/09

[17] http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/150905bfc77da26925c5b0ca.html . 2011/1/09 [18] http://baike.http://www.wodefanwen.com//view/3278426.htm . 2011/1/09

[19] http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/75a66cd528ea81c758f57826.html . 2011/1/09

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[8] 李哲英 . 《电子技术及其应用基础》(数字部分) 高等教育出版社 . 2003-07-01 [9] 唐程山 . 《电子技术基础》 . 高等教育出版社 . 2004-05-08

[10] 电子技术基础 出 版 社： 高等教育出版社 作者： 张龙兴 出版时间： 2001-07-01 [11] 秦臻 . 《电子技术基础（数字部分）重点难点题解指导考研指南》 . 高等教育出

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[12] 王汉桥 . 《电子技术基础(下册)数字部分》 . 中国电力出版设 . 2006-09-01 [13] 伍时和 . 《数字电子技术基础》 . 清华大学出版社 . 2010-7-28

[14] 臧春华/郑步生/刘方/崔晓平 . 《现代电子技术基础》(数字部分) . 北京航空航天大

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[15] http://www.docin.com/p-47447374.html . 2011/1/09 [16] http://www.xuehi.com/docs/52151.html . 2011/1/09

[17] http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/150905bfc77da26925c5b0ca.html . 2011/1/09 [18] http://baike.http://www.wodefanwen.com//view/3278426.htm . 2011/1/09

[19] http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/75a66cd528ea81c758f57826.html . 2011/1/09

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