《数字电路设计原理》课件

数字电路设计原理欢迎学习数字电路设计原理！本课程将带领大家深入了解数字电路的基本概念、设计方法和应用技术数字电路是现代电子技术的基础，广泛应用于计算机、通信设备和各种智能系统中通过系统学习，你将掌握从基础逻辑门到复杂数字系统的设计原理，具备独立分析和设计数字电路的能力无论你是工程专业的学生，还是对数字世界背后的技术原理感兴趣的爱好者，这门课程都将为你打开数字世界的大门课程概述课程目标学习内容考核方式本课程旨在帮助学生掌握数字电路的基课程内容包括数字系统基础、逻辑代数、课程考核采用过程评价与终结性评价相本原理与设计方法，培养学生的逻辑思组合逻辑电路、时序逻辑电路、可编程结合的方式，包括平时作业（）、实20%维能力和工程实践能力通过理论学习逻辑器件、存储器以及数模转换等每验报告（）和期末考试（）平30%50%和实验操作相结合，使学生能够独立分个部分都包含理论讲解和相应的设计实时作业主要考察基础知识掌握情况，实析和设计基本的数字系统，为后续专业例，帮助学生全面理解数字电路设计的验报告重点评价动手能力，期末考试综课程和工程实践打下坚实基础各个方面合检验理论知识和应用能力第一章数字系统基础模拟信号vs数字信号数字系统的优势模拟信号是连续变化的，可以取任意值，如语音、温度等自然界数字系统相比模拟系统具有多项优势抗干扰能力强，不易受环中的大多数信号模拟信号对噪声和干扰敏感，且在传输和处理境影响；精度高，可通过增加位数提高；易于存储和复制，无衰过程中容易衰减和失真减和失真；设计灵活，可编程实现复杂功能；集成度高，体积小，功耗低数字信号则只有有限个离散值，最常见的是二进制信号，只有0和两种状态这种表示方式使数字信号具有抗干扰能力强、处这些优势使数字技术在现代电子设备中占据主导地位，从智能手1理方便等特点机到航天器，几乎所有电子设备都离不开数字电路数制与编码二进制八进制与十六进制BCD码与格雷码二进制是数字系统的基八进制使用八个数字，码（二进制编码十进0-7BCD础，只使用和两个数每位权重是的幂次十制）用位二进制表示01841字由于电子器件容易六进制使用和共位十进制数，便于与十0-9A-F实现两种稳定状态（如个符号，每位权重是进制数的转换格雷码16通断、高低电平），的幂次这些进制便是一种相邻码字只有一//16二进制成为数字电路的于二进制的分组表示，位不同的编码，主要用首选表示方式在二进每位二进制可表示为于减少状态转换时的错31制中，每个位置的权重位八进制，每位二进制误，在旋转编码器等装4是的幂次，如可表示为位十六进制置中广泛应用22^0,2^1,1等2^2进制转换十进制转其他进制1将十进制数转换为其他进制的基本方法是除基取余法具体步骤是用目标进制的基数（如二进制为，八进制为）不断除十进制数，记录每步的余数，最后将余数从下往上排列即得结28果例如，将十进制数转换为二进制余，余，余，余，余，2525÷2=12112÷2=606÷2=303÷2=111÷2=01因此的二进制表示为2511001其他进制转十进制2将其他进制转换为十进制采用按权展开求和法将每一位上的数字乘以该位的权值（基数的幂次），然后求和得到十进制数例如，将二进制数转换为十进制101101×2^4+0×2^3+1×2^2+1×2^1+0×2^0=16+0+4+2+0=22二进制、八进制、十六进制互相转换3这三种进制之间的转换可以通过分组法快速实现二进制转八进制时，每位二进制分为一组；3二进制转十六进制时，每位二进制分为一组反之亦然4例如，二进制转换为八进制；转换为十六进制10110111010|110|111=2671011|0111=B7第二章逻辑代数基础1布尔代数的基本概念2基本公理与定理布尔代数是由英国数学家乔治布布尔代数的基本公理包括交换律、·尔创立的代数系统，是数字逻辑设结合律、分配律等重要定理有德计的理论基础它处理的是逻辑变摩根定律的非等于的非的A·B A+B量，这些变量只能取两个值真非，的非等于的非的非此A+B A·B（）或假（）布尔代数具有自外，还有吸收律，10A+A·B=A己的运算规则和定理，这些规则对，这些定理在逻辑化简A·A+B=A于简化逻辑表达式和优化数字电路中非常有用设计至关重要3逻辑变量和逻辑函数逻辑变量是只能取或的变量逻辑函数是由逻辑变量通过基本逻辑运算构成01的表达式，它对每一组输入变量的取值都有确定的输出值例如，是一个三变量逻辑函数，它描述了输入、、与输出之间的FA,B,C=A·B+C A B CF关系基本逻辑运算或运算（OR）与运算（AND）或运算符号为，只要有一个输入为，+1输出就为例如，，，，10+0=00+1=11+0=1与运算符号为，只有当所有输入均为·1在电路中，或门实现或运算1+1=1时，输出才为1例如，0·0=0，0·1=0，21，在电路中，与门实现与运1·0=01·1=1算非运算（NOT）非运算符号为或，输入与输出相反¯′3例如，，在电路中，非门实现非0̄=11̄=0同或运算（XNOR）5运算同或运算是异或的取反，当输入相同时输异或运算（XOR）出为例如，⊙，⊙，⊙，4100=101=010=0异或运算符号为，当输入中有奇数个⊙常用于比较两个信号是否相同⊕111=1时，输出为例如，，，10⊕0=00⊕1=1，常用于检测奇偶性1⊕0=11⊕1=0逻辑函数的表示方法真值表真值表是最直观的表示方法，它列出逻辑函数所有可能的输入组合及对应的输出值对于个变量的函数，真值表有行例如，两变量函数有行，三变量函数有行n2^n48真值表完整地定义了函数的行为，但当变量增多时表格变得庞大逻辑表达式逻辑表达式用布尔代数形式表示逻辑函数，通常包括最小项表达式（标准与或式）和最大项表达式（标准或与式）最小项表达式形如F=Σm0,1,5,7，表示函数在最小项m

0、m

1、m

5、m7为1时输出为1最大项表达式形如F=ΠM2,3,4,6，表示函数在最大项M

2、M

3、M

4、M6为0时输出为1逻辑图逻辑图是用标准逻辑门符号表示逻辑函数的图形方法它直观地展示了信号的流向和处理过程，便于电路实现在逻辑图中，输入变量经过各种逻辑门处理后产生输出逻辑图可以直接转换为实际电路，是硬件设计的重要工具卡诺图化简二变量、三变量卡诺图四变量卡诺图卡诺图是一种图形化方法，用于简化逻辑表达式二变量卡诺图是的方格，四变量卡诺图是的方格矩阵，共有个格子对应种输入组合在四变量2×24×41616三变量卡诺图是或的方格每个方格对应真值表中的一个组合，相邻方卡诺图中，不仅相邻方格是相邻的，而且上下边缘和左右边缘也是相邻的，2×44×2格只有一个变量取值不同形成了一个环形结构，这使得更多的组合成为可能在卡诺图中，我们将函数值为的格子圈成最大可能的矩形组，这些组必须包在四变量卡诺图中，最大可能的组是或的矩形，这样的组只包含一个变18×24×4含的幂次个格子（如、、、等）每个组对应一个简化的乘积项，最终量或完全不包含变量，对应最简单的表达式熟练使用四变量卡诺图可以高效21248表达式为所有组的逻辑和解决大多数实际电路的化简问题无关项的应用无关项的概念无关项是指在逻辑函数中输出值无所谓（可以为也可以为）的输入组合01这通常发生在某些输入组合在实际中不可能出现，或者系统对这些组合的输出不关心的情况下在卡诺图中，无关项用或表示×φ无关项的识别无关项的来源主要有两种一是物理上不可能出现的状态，例如在计数器电路中，某些编码组合可能永远不会出现；二是功能上不需要考虑的状态，例如在某些控制系统中，某些输入组合的输出结果不会影响系统的正常工作使用无关项进行化简无关项的巧妙之处在于我们可以将其视为或，取最有利于化简的10值在卡诺图中，我们可以选择将无关项视为，以形成更大的群组，1从而获得更简单的表达式这种灵活性使得含有无关项的函数通常可以获得比没有无关项时更简单的实现第三章组合逻辑电路分析与设计原则1遵循系统化的方法识别和构建电路典型组合逻辑电路2编码器、译码器、多路器、加法器等组合逻辑电路的基本特征3任一时刻的输出仅由当前输入决定组合逻辑电路是数字电路的基础类型之一，其最本质的特点是任一时刻的输出仅由当前的输入信号组合决定，而与电路的历史状态无关这种无记忆特性使组合逻辑电路特别适合于数据处理和运算组合逻辑电路的分析方法通常包括确定电路的逻辑功能、建立真值表、写出逻辑表达式等步骤而设计方法则是从问题要求出发，确定输入输出变量，建立真值表，得到逻辑表达式，并进行化简和优化，最后使用基本逻辑门实现电路常见的组合逻辑电路包括各种编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、加法器和比较器等这些基本模块可以组合成更复杂的功能电路，满足各种数字系统的需求编码器编码器是一种将多路输入信号编码成位数较少的二进制代码的组合逻辑电路最基本的是线到线的二进制编码器，其中，它将个输入中的一个有效输入转换为其对n m n=2^mn应的位二进制代码m常见的二进制编码器有线线、线线（十进制到）等然而，基本编码器存在一个问题当多个输入同时有效时，输出结果不确定为解决这个问题，引入了优先8-310-4BCD编码器优先编码器在多个输入同时有效时，按照预先确定的优先级产生对应于最高优先级输入的编码例如，线线优先编码器中，输入具有最高优先级，输入最低优先编8-370码器广泛应用于中断控制系统中，用于确定多个中断请求的处理顺序译码器2^n1/n输出线数输出选通信号译码器输出线数通常是的幂次，如、、、等，对应不同的译码能力通常只有一个输出线有效，激活率为，这是译码器的基本工作原理2248161/2^n73/8七段译码器输出常见译码器类型常见的七段显示译码器控制个段，可显示数字和部分字母译码器是最基本的类型之一，将位二进制码译成个输出信号7LED0-93-838译码器是编码器的逆操作设备，它将二进制码转换为对应的单一输出信号典型的译码器有个输入和个输出，只有一个输出是有效的，对应于输入二进制码的值译码器通常还有使能输入，只n-2^n n2^n有在使能信号有效时才进行译码操作译码器的应用非常广泛，主要包括地址译码（在存储器寻址中）、指令译码（在中）、显示驱动（七段显示器）等七段显示译码器是一种特殊的译码器，它将位码转换为控制七段显示器的CPU4BCD LED7个信号，用于显示数字0-9数据选择器（多路复用器）2选1多路复用器选多路复用器具有两个数据输入、，一个选择输入和一个输出当21D0D1S Y时，被选通至输出；当时，被选通至输出其逻辑功能可表示为S=0D0S=1D1，是最简单的多路复用器结构Y=D0·S̄+D1·S4选1多路复用器选多路复用器有四个数据输入，两个选择输入、和一个输出41D0-D3S0S1Y、的组合确定哪个输入被选通至输出其逻辑功能可表示为S0S1，常用于数据传输路径的选择Y=D0·S̄1·S̄0+D1·S̄1·S0+D2·S1·S̄0+D3·S1·S0多路复用器的应用多路复用器的应用非常广泛，包括数据选择（如从多个传感器中选择一个信号进行处理）、时分复用（在通信系统中将多个信号在不同时间片上传输）、以及实现逻辑函数（将多路复用器作为通用逻辑单元使用）数据分配器（多路分配器）结构特点1分2分配器多路分配器是多路复用器的逆操作设备，将一分分配器有一个数据输入，一个选择输入，121个输入信号分配到多个可能的输出线中的一条两个输出选择信号决定数据输入被分配到哪2个输出主要应用1分4分配器4多路分配器广泛用于数据分配、地址译码和信分分配器有一个数据输入，两个选择输入，143号路由等场合，是数字系统中的重要功能单元四个输出选择信号的组合确定数据输向哪个输出数据分配器与多路复用器的工作原理相反，它将单一输入信号按照选择信号的指示，分配到多个可能的输出信号中的一个从结构上看，多路分配器可以视为一个矩阵开关，控制输入与特定输出之间的连接多路分配器的典型应用包括地址译码（访问不同存储单元）、数据分配（将数据发送到不同的处理单元）、总线控制（在多处理器系统中分配CPU总线访问权）等在实际实现中，多路分配器常常使用与非门或三态门来控制输出的有效性加法器并行加法器1多位二进制数的高效加法运算全加器2处理三个输入和进位A,B半加器3基本的两输入加法单元加法器是数字系统中最基本的算术运算电路，用于二进制数的加法运算半加器是最简单的加法器，它有两个输入（和）和两个输出（和和进位）半加A BS C器的缺点是无法处理来自低位的进位输入，限制了其在多位加法中的应用全加器弥补了半加器的不足，它有三个输入（、和进位输入）和两个输出（和和进位输出）全加器能够处理来自低位的进位，是构建多位加法器A BCin SCout的基本单元一个位并行加法器由个全加器级联而成，进位从最低位传播到最高位n n在高速加法器设计中，进位传播延迟是主要的性能瓶颈为解决这个问题，发展出了进位跳跃加法器、超前进位加法器等改进结构，它们通过优化进位传播路径，显著提高了加法运算的速度比较器一位数值比较器多位数值比较器比较器的应用一位数值比较器用于比较两个一位二进制多位数值比较器用于比较两个多位二进制数值比较器在数字系统中有广泛的应用，数和的大小关系，产生三种可能的输出数的大小最直观的实现方式是从最高位包括大小判断、相等检测、范围检查等AB状态、或开始逐位比较，一旦发现不相等的位，就例如，在计算机中，比较器用于实现条件AB A=B A可以确定大小关系；如果所有位都相等，分支指令；在控制系统中，比较器用于监一位比较器的真值表很简单当，A=1B=0则两数相等测信号是否超过阈值；在排序算法中，比时，为；当，时，AB1A=0B=1A较器是基本的操作元件实现多位比较器的另一种方法是采用级联结构，将多个一位比较器连接起来，低位在实际应用中，比较器通常与其他电路结的比较结果作为高位比较的输入条件这合使用，如与寄存器配合实现数据监控，种结构易于扩展，但比较速度受到级联延与计数器配合实现定时触发等功能迟的限制第四章时序逻辑电路时钟控制记忆特性电路结构时序逻辑电路通常在时时序逻辑电路最显著的时序逻辑电路的典型结钟信号的控制下工作，特点是具有记忆功能，构由组合逻辑部分和存时钟提供了系统的节奏即电路的输出不仅与当储元件组成组合逻辑和同步机制时钟信号前输入有关，还与电路部分处理输入和当前状的上升沿或下降沿触发的历史状态有关这种态，产生下一状态和输状态更新，保证系统有记忆特性通过反馈环路出；存储元件（如触发序运行在同步时序电实现，使得电路能够存器）在时钟控制下保存路中，所有状态变化都储信息并根据存储的状状态信息这种结构使严格按照时钟信号发生，态做出相应的响应这时序电路能够实现更复这提高了系统的可靠性是时序逻辑电路与组合杂的功能，如计数、存和可预测性逻辑电路的根本区别储、状态转换等锁存器SR锁存器D锁存器锁存器是最基本的锁存器类型，有两个输锁存器是对锁存器的改进，只有一个数SR D SR入（）和（）以及两个输出和据输入和一个使能输入，消除了锁存S SetR ResetQ Q̄D ENSR当，时，输出被置为；当，器中的禁用状态问题当时，的值被S=1R=0Q1S=0R=1EN=1D时，输出被置为；当，时，保持当传输到输出；当时，锁存器保持当前Q0S=0R=0Q EN=0前状态；当，时，为禁用状态，在不状态不变，不管如何变化S=1R=1D同实现中可能导致不确定的输出锁存器解决了锁存器的不确定状态问题，DSR使用更方便，但需要更多的逻辑门实现D锁存器可以用与非门或或非门实现，实现锁存器常用于数据存储和数据传输的控制SR简单但存在时的不确定状态，这是其S=R=1主要缺点锁存器的特点锁存器是电平触发的，只要使能信号有效，输入的变化就会直接影响输出，这使得锁存器对干扰较为敏感当使能信号无效时，锁存器能够保持状态，实现数据的存储功能锁存器在数字系统中主要用于暂时存储数据、数据缓冲、消除输入毛刺等场合在现代数字系统设计中，锁存器已逐渐被边沿触发的触发器取代，但在一些特定应用中仍有其独特的价值触发器边沿触发的概念1边沿触发是触发器区别于锁存器的关键特性边沿触发的触发器仅在时钟信号的特定边沿（上升沿或下降沿）采样并存储输入数据，而在其他时间输入的变化不会影响输出状态这种特性提高了系统的抗干扰能力和时序可靠性边沿触发通常通过两个级联的锁存器（主从结构）来实现，第一个锁存器在时钟的一个电平采样数据，第二个锁存器在时钟的另一个电平更新输出2D触发器触发器是最常用的触发器类型，有一个数据输入和一个时钟输入，以及输出和在时钟D DCLK QQ̄上升沿（或下降沿，取决于设计），的值被传送到；在其他时间，保持不变，不受变化的D QQ D影响触发器通常还具有异步复位（）和置位（）输入，可以在不考虑时钟信号的情况下强D ResetSet制改变触发器的状态这在系统初始化和错误恢复中非常有用触发器的应用3触发器是数字系统中最基本的存储元件，广泛应用于各种时序电路中它们用于构建寄存器（存储多位数据）、计数器（记录事件发生的次数）、状态机（控制系统的行为）等在同步数字系统中，所有触发器在同一时钟信号控制下更新状态，这确保了系统的有序运行触发器的引入使数字系统能够记住过去的事件，实现更复杂的时序行为触发器和触发器JK T触发器是一种比触发器功能更强大的触发器类型，有两个输入（置位）和（复位），以及时钟输入和输出触发器的特点是当时，输出在时钟上升沿翻转（由变或JK DJ KCLK QJK J=K=1Q01由变），实现翻转功能；当，时，置为；当，时，置为；当时，保持当前状态不变10J=1K=0Q1J=0K=1Q0J=K=0触发器（翻转触发器）有一个输入和时钟输入，以及输出当时，在时钟上升沿翻转；当时，保持当前状态不变触发器可以看作是触发器中的特例，其主要用T TCLK Q T=1QT=0T JKJ=K=T途是构建计数器，因为它可以实现频率分频功能触发器和触发器在许多应用中非常有用，尤其是在需要频繁状态翻转的场合它们可以用触发器和一些组合逻辑来实现，也可以直接使用集成电路形式在现代设计中，虽然触发JK TD D器更为常用，但和的概念仍然重要JK T主从触发器主从结构主从触发器由两个级联的锁存器组成，第一个是主锁存器，第二个是从锁存器两个锁存器由同一个时钟信号的互补相位控制，确保数据在两个锁存器间的有序传递这种结构是实现边沿触发的经典方法工作原理当时钟为高电平时，主锁存器被使能，采样并存储输入数据，而从锁存器被禁用，保持之前的状态；当时钟转为低电平时，主锁存器被禁用，从锁存器被使能，从主锁存器接收数据并更新输出这样，数据的传输只在时钟的下降沿完成，实现了下降沿触发特点与应用主从触发器的主要优点是能够防止输入信号的变化直接影响输出，增强了系统的抗干扰能力此外，主从结构还解决了简单锁存器可能出现的竞争冒险问题，提高了电路的可靠性主从触发器广泛应用于需要精确时序控制的数字系统中寄存器寄存器定义串行输入/串行输出寄存器寄存器是由多个触发器组成的电路单串行输入串行输出寄存器又称为移/元，用于存储多位二进制数据在数位寄存器，数据以位为单位依次输入字系统中，寄存器是实现数据暂存、和输出它由多个触发器串联构成，缓冲和处理的基本部件，相当于每个时钟脉冲使数据向一个方向移动CPU内部的小型存储单元寄存器的位数一位串行寄存器结构简单，连接线通常与系统的数据总线宽度相匹配，少，但数据传输速度较慢，常用于串如位、位、位等行通信和数据格式转换场合81632并行输入/并行输出寄存器并行输入并行输出寄存器允许多位数据同时进出，大大提高了数据传输效率它/由多个相同的触发器并联组成，每个触发器存储一位数据并行寄存器在中广CPU泛用作数据缓冲区，通用寄存器和特殊功能寄存器，是现代计算机系统的核心组件之一移位寄存器左移寄存器左移寄存器在每个时钟脉冲将所有数据向左移动一位，数据从最右端进入，从最左端输出左移操作相当于乘以（对无符号二进制数而言），因此左移寄存器常用于简单的乘2法运算此外，左移寄存器也广泛应用于数据序列化传输的发送端右移寄存器右移寄存器在每个时钟脉冲将所有数据向右移动一位，数据从最左端进入，从最右端输出右移操作相当于除以（无符号数），因此可用于简单的除法运算右移寄存2器还常用于数据的反序列化接收和位序调整双向移位寄存器双向移位寄存器结合了左移和右移的功能，可以根据控制信号选择移动方向这种灵活性使其能够适应更复杂的数据处理需求双向移位寄存器通常有方向控制输入和多路选择器，增加了电路复杂度但提供了更强的功能移位寄存器的应用非常广泛，除了基本的数据移位，还可以实现数据的串并转换、延时线、环形计数器等功能在数字通信中，移位寄存器是实现串行数据传输的关键组件；在数字信号处理中，它们用于实现各种数字滤波器；在密码学中，线性反馈移位寄存器是生成伪随机序列的重要工具计数器定义与特点同步计数器1计数器是一种能够按预设序列计数的时序逻辑电路，所有触发器同时接收相同的时钟信号，状态变化严格由触发器组成2同步，稳定性高应用场景异步计数器4频率分频、事件计数、定时器和各种序列控制是计数前一级触发器的输出作为后一级的时钟，结构简单但3器的主要应用领域存在延时累积问题计数器是数字系统中最常用的时序逻辑电路之一，它根据输入脉冲产生特定的计数序列根据其内部连接方式，计数器分为异步计数器（纹波计数器）和同步计数器两大类异步计数器中，只有第一个触发器直接接收时钟信号，其余触发器以级联方式连接；而同步计数器中，所有触发器同时接收时钟信号同步计数器虽然电路较复杂，但具有速度快、状态稳定的优点，适用于高速系统异步计数器结构简单，但随着位数增加，延时累积导致高位状态变化滞后，产生竞争冒险问题，限制了其在高速系统中的应用根据计数进制，计数器可分为二进制计数器、十进制计数器（计数器）和任意进制计数器BCD可编程计数器预置功能1可编程计数器具有预置（预装载）功能，允许在任何时刻将一个预定义的值加载到计数器中作为起始值这通常通过一组并行数据输入端和一个预置使能信号实现预置功能使计数器可以从任意值开始计数，大大增强了其灵活性预置操作可以是同步的（在时钟边沿发生）或异步的（不考虑时钟状态），取决于具体的设计需求异步预置通常用于系统初始化和紧急重置场合可变模计数器2可变模计数器能够根据编程设定不同的计数模值（循环周期）例如，一个位计数器通常有416个状态（模），但通过适当的反馈连接，可以实现模、模或其他任意模值的计数161012实现可变模计数的常见方法包括提前清零法（当计数达到设定值时复位计数器）和状态跳变法（利用组合逻辑使计数器从特定状态直接跳转到初始状态）应用场景3可编程计数器在数字系统中有着广泛的应用在定时器中，它们用于产生可变的时间延迟；在频率合成器中，用于产生不同频率的信号；在通信系统中，用于帧同步和数据率控制；在控制系统中，用于产生复杂的控制序列许多微控制器和可编程逻辑器件都集成了可编程计数器定时器模块，为系统设计提供了极大的/灵活性第五章时序逻辑电路的分析与设计状态表描述状态表是状态图的表格形式，它列出当前状态、输入条件、下一状态和输出值之间的关系状态表虽然不如状态图直观，但更适合状态图表示系统化的电路设计和计算机处理从状态表2状态图是描述时序逻辑电路行为的图形可以直接推导出电路的逻辑方程，是设计时工具，它用圆圈表示状态，箭头表示状序电路的重要工具态转换每个状态圆圈内标注状态名称1和输出值，箭头上标注导致状态转换的时序逻辑电路的组成输入条件状态图直观地展示了系统在时序逻辑电路由状态存储单元（触发器）和不同输入条件下的状态转换过程3组合逻辑网络组成组合逻辑计算下一状态和输出，触发器存储当前状态这种反馈结构使电路的输出不仅与当前输入有关，还与电路的历史状态有关，从而能够实现更复杂的功能有限状态机（）FSMMealy型状态机Moore型状态机两种模型的比较与选择型状态机的输出不仅与当前状态有型状态机的输出仅与当前状态有关，选择使用型还是型状态机取决Mealy MooreMealy Moore关，还与当前输入有关在状态图中，输与当前输入无关在状态图中，输出值标于具体应用需求对于需要快速响应输入出值标注在状态转换箭头上，表明输出是注在状态圆圈内，表明输出完全由状态决变化的场合，型更为适合；对于要Mealy状态转换的函数这种结构使机在定这种结构使机的输出更稳定，求输出稳定、无毛刺的场合，型更Mealy MooreMoore输入变化时可以立即产生相应的输出，响不会因输入的瞬态变化而产生毛刺为适合应更快在实际设计中，也可以采用混合型状态机，型状态机的输出逻辑方程形式为型状态机的输出逻辑方程形式为即部分输出依赖于状态和输入（Mealy YMoore YMealy，其中是当前状态，是当前，其中是当前状态由于输出只型），部分输出仅依赖于状态（=fS,X SX=fS SMoore输入由于输出直接依赖于输入，依赖于状态，机通常需要更多的状型），以兼顾响应速度和输出稳定性现Mealy Moore机通常需要较少的状态来实现相同的功能，态来实现相同的功能，但输出更为稳定，代数字系统设计中，状态机是实现控制逻但输出可能包含由输入变化引起的毛刺更容易调试和验证辑的核心工具。