時序邏輯路是數字電路的一種，時序邏輯電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸出不僅取決于當時的輸入信號，而且還取決于電路原來的狀態，或者說，還與以前的輸入有關。

　　時序邏輯路的結構

　　時序邏輯電路由組合電路和存儲電路兩部分組成，通過反饋回路將兩部分連成一個整體。時序邏輯電路的一般結構如圖1所示。

　　圖中，X1，…，Xn為時序邏輯電路的輸入信號，又稱為組合電路的外部輸入信號；Z1，…，Zm為時序邏輯電路的輸出信號，又稱為組合電路的外部輸出信號；y1，…，ys為時序邏輯電路的“狀態”，又稱為組合電路的內部輸入信號；Y1，…，Yr為時序邏輯電路中的激勵信號，又稱為組合電路的內部輸出信號，它決定電路下一時刻的狀態；CP為時鐘脈沖信號，它是同步時序邏輯電路中的定時信號。

　　時序邏輯電路的狀態y1，…，ys是存儲電路對過去輸入信號記憶的結果，它隨著外部信號的作用而變化。在對電路功能進行研究時，通常將某一時刻的狀態稱為“現態”，記yn，簡記為y；而把在某一現態下，外部信號發生變化時即將到達的新的狀態稱為“次態”，記作yn+1。

　　時序邏輯電路具有如下特征：

　?、?電路由組合電路和存儲電路組成，具有對過去輸入進行記憶的功能；

　?、?電路中包含反饋回路，通過反饋使電路功能與“時序”相關；

　?、?電路的輸出由電路當時的輸入和狀態（過去的輸入）共同決定。

　　時序邏輯電路的分類

　　一、按“功能、用途”分為：

　　1、寄存器；

　　2、計數（分頻）器；

　　3、順序（序列）脈沖發生器；

　　4、順序脈沖檢測器；

　　5、碼組變換器；

　　二、按各觸發器的“動作特性” 分為：

　　1、同步時序電路：電路中所有觸發器的狀態變化同步進行。其時鐘方程：CP1= CP2=…= CPK= CP↓（或CP↑）。即：所有CP端聯在一起，由CP信號同一有效沿觸發。

　　2、異步時序電路：

　　3、電路中根本沒有CP同步信號。

　　4、各觸發器不是用同一CP脈沖的同一有效沿觸發的。

　　三、摩爾（Moore）型和米里（Mealy）型

　　1、摩爾型：電路的輸出Yn，只取決于各觸發器的輸出Q n，而與外輸入X n無關。即：Yn＝F（Q n）。

　　2、米里型：電路的輸出Yn，不僅取決于各觸發器的輸出Q n，而且還與外輸入X n有關。即：Yn＝F（Q n，X n）。

　　四、“完全描述的”和“非完全描述的”含有K個狀態變量（K個觸發器）的時序電路，最多可描述K個不同狀態。

　　1、若電路功能必須用 個狀態來描述，則稱之為“完全描述的”（二進制的）；

　　2、若只用 個狀態中的一部分來描述，則稱之為“非完全描述的”（非二進制的）。

　　時序邏輯電路特點：

　　功能特點：電路在某采樣周期內的穩態輸出Y（n），不僅取決于該采樣周期內的“即刻輸入X（n）”，而且還與電路原來的狀態Q（n）有關。（通常Q（n）記錄了以前若干周期內的輸入情況）

　　結構特點：除含有組合電路外，時序電路必須含有存儲信息的有記憶能力的電路：觸發器、寄存器、計數器等。

　　時序邏輯電路框圖

　　常用的時序邏輯電路

　　常用時序邏輯電路有計數器和寄存器兩種。寄存器分為數據寄存器和移位寄存器。計數器種類較多，有同步計數器、異步計數器；有二進制計數器、十進制計數器、任意進制計數器；二進制計數器又有加法計數器、減法計數器等。

　　（1）寄存器

　　數字電路中用來存放數碼或指令的部件稱為寄存器。寄存器具有以下邏輯功能：可在時鐘脈沖作用下將數碼或指令存入寄存器（稱為寫入），或從寄存器中將數碼或指令取出（稱為讀出）。由于一個觸發器只能寄存1位二進制數，要存多位數時，就得用多個觸發器。常用的有4位、8位、16位等。

　　寄存器存放和取出數碼的方式有并行和串行兩種。并行方式就是數碼各位同時從各對應位輸入端輸入到寄存器中，或同時出現在輸出端；串行方式就是數碼逐位從一個輸入端輸入到寄存器中，或由一個輸出端輸出。

　　寄存器根據功能的不同可分為數碼寄存器和移位寄存器兩種。

　　（a） 數碼寄存器：這種寄存器只有寄存數碼和清除數碼的功能。圖1所示是由D觸發器組成的4位數碼寄存器。該數碼寄存器的工作方式為并行輸入、并行輸出。

　　圖1 4位數碼寄存器

　　（b）移位寄存器：移位寄存器不僅能存放數碼而且有移位功能。根據數碼在寄存器內移動的方向又可分為左移移位寄存器和右移移位寄存器兩種。

　　在移位寄存器中，數碼的存入或取出也有并行和串行兩種方式。

　　圖2所示是由J—K觸發器組成的4位左移移位寄存器。F0接成D觸發器，數碼由D端串行輸入；也可由d0～d3作并行輸入。從4個觸發器的Q端得到并行的數碼輸出。也可從Q3端逐位串行輸出。

　　圖2 4位左移移位寄存器

　?。?）計數器

　　因為計數器是最常用而又典型的時序邏輯電路，其分析方法即為一般時序邏輯電路的分析方法。常用計數器有多種類型，重點掌握以下幾種。

　　①二進制計數器：二進制計數器能按二進制的規律累計脈沖的數目，也是構成其它進制計數器的基礎。一個觸發器可以表示l位二進制數，表示n位二進制數就得用n個觸發器。

　?。╝）異步二進制加法計數器：圖3所示邏輯電路是由4個J—K觸發器組成的4位異步二進制加法計數器。圖中各觸發器輸入端均為“1”（懸空）即計數狀態。只要有時鐘脈沖就會翻轉，但前級觸發器的輸出作為后級觸發器的時鐘脈沖，只有在前級觸發器翻轉后，后級觸發器才能翻轉，故為異步計數器。其狀態真值表見圖4。

　　可見，在第16個時鐘脈沖到來后，計數器循環一周回到原態，因此也稱為十六進制計數器。其波形圖如圖5所示，由圖可知，各觸發器輸出端Q0，Q1，Q2，Q3的脈沖頻率分別為時鐘脈沖的1／2，l／4，l／8，1／16，也稱分頻器。

　　圖3 4位異步二進制加法計數器

　　圖4異步計數器狀態真值表

　　圖5 十六進制計數器波形圖

　?。╞）同步二進制加法計數器：異步二進制計數器線路簡單，工作速度較慢。同步計數器工作速度較快，電路較復雜。圖6所示為同步4位二進制加法計數器的邏輯電路圖。從圖中可以看出計數脈沖同時供給各觸發器，它們的狀態變換和計數脈沖同步。圖中每個觸發器有多個J端和K端，各J端或各K端之間都是“與”邏輯關系。

　　各觸發器輸入端的邏輯表達式（驅動方程）為

　　J0=K0=1

　　J1=K1=Q0

　　J2=K2=Q1Q0

　　J3=K3= Q2Q1Q0

　　該計數器的狀態表和波形圖與異步4位二進制加法計數器相同。分析可知，n位二進制加法計數器能計的最大十進制數為2n－1。

　　圖6 同步4位二進制加法計數器的邏輯電路圖

　　②十進制計數器：從4位二進制數碼的16種狀態中任取10種狀態，來表示1位十進制數，可有多種組合，也稱編碼。常用的編碼形式是8421加權碼，相應的計數器稱8421十進制計數器。圖7所為同步十進制加法計數器。

　　圖7 同步十進制加法計數器

　?、奂捎嫈灯鳎簩⒍鄠€觸發器構成的計數器做在一塊中規模芯片上構成集成計數器，用它可構成所需模數的各種計數器。

　?、苡弥幸幠＜捎嫈灯鹘M成任意進制計數器，通常有兩種方法：

　　（a）反饋復位法（或稱反饋“清0”法）：它是利用中規模組件進行正常計數，當計數器達到N進制進位要求時，形成復位脈沖，并用此脈沖反饋到組件的異步復位（/）端，使計數器復位（“清0”），實現N進制計數功能。

　?。╞）反饋置數法（或稱反饋預置法）：根據74LSl6l等通用計數器的功能，可將任意狀態譯碼后反饋到置數命令端（），并在下一個脈沖時給計數器并行輸入0000～1111之間的任意一個狀態，從而實現任意計數方法的N進制計數器。例如當計數器計到1001時發出反饋信號給，下一個脈沖將計數器置成0100，于是計數器便成為六進制計數器，其狀態由0100到1001循環變化。這種方法稱反饋預置法。