东南大学数字电路实验：时序逻辑电路设计与分析

"东南大学的数字电路实验教材，专注于第4章——时序逻辑电路，涵盖了实验目的、原理、内容及具体实验案例，如广告流水灯的设计。" 在数字电路领域，时序逻辑电路是至关重要的组成部分，它们在各种电子设备和计算机系统中广泛使用。时序逻辑电路的主要特点是具有记忆功能，即当前的输出不仅仅取决于即时的输入，还依赖于电路之前的状态。这与组合逻辑电路形成鲜明对比，后者仅根据当前输入确定输出。 实验中提到的时序逻辑电路设计过程包括以下几个关键步骤： 1. 理解设计要求：例如，广告流水灯实验要求设计一个8个LED组成的流水灯，始终保持1个LED熄灭，其余7个点亮，并按顺序右移。 2. 选择基本单元：时序逻辑电路的基础是触发器，本实验中使用的是D触发器。D触发器能保持其状态，直到接收到新的输入信号，是构建状态机的基础。 3. 时钟管理：同步和异步时钟在时序电路中起着核心作用。同步时序电路的每个状态变化都与时钟信号同步，而异步时钟则不受时钟信号约束。同步时序电路更常见，但在特定情况下，如实现特定模数的计数器，可能需要异步控制。 4. 时序功能块：计数器（如74161）和移位寄存器（如74194）是常见的时序功能块。计数器可以实现任意进制的计数，而移位寄存器则用于数据的串行移位，两者都可以用来创建序列发生器。 5. 实验操作：设计过程中，需要绘制逻辑电路图，搭建实际电路，并通过示波器和逻辑分析仪观察和分析波形，以验证设计是否符合预期。在广告流水灯实验中，需要关注时钟脉冲、触发器输出以及LED的状态变化。 6. 时序分析：时序逻辑电路的时延分析很重要，它涉及到电路响应速度和稳定性的评估。通常，时序电路对时钟信号的频率和定时有严格要求，确保在时钟周期内完成状态转换。 7. 调试技巧：在实验过程中，可能需要调整电路或改变时序来解决设计问题，如确保计数器或移位寄存器能够正确启动和运行。 8. 状态机分析：在实验中，通过3个D触发器的输出连接到3-8译码器，可以实现8种状态的流水灯效果。每个触发器的新状态由前一个触发器的输出和时钟信号共同决定，这样就形成了一个有限状态机。 通过这样的实验，学生不仅能掌握时序逻辑电路的基本原理，还能提升逻辑分析、设计和调试技能，对数字电路的理解更加深入。同时，使用现代电子工具如示波器和逻辑分析仪，有助于培养实际操作能力和问题解决能力。