電子線路第五章時(shí)序邏輯電路

1、第五章第五章 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路5-1 概述概述5-2 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法5-3 若干常用的時(shí)序邏輯電路若干常用的時(shí)序邏輯電路5-4 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法5-1 5-1 概述概述1 1、時(shí)序電路的特點(diǎn)、時(shí)序電路的特點(diǎn)組合電路存儲(chǔ)電路X1XpY1YmQ1QtW1Wr輸入輸出時(shí)序電路在任何時(shí)刻的穩(wěn)定輸出，不僅與該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)。2 2、時(shí)序電路邏輯功能的表示方法、時(shí)序電路邏輯功能的表示方法時(shí)序電路的邏輯功能可用邏輯表達(dá)式、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖、時(shí)序圖和邏輯圖6種方式表示，這些表示方法在本質(zhì)上是相同的，可以互相

2、轉(zhuǎn)換。邏輯表達(dá)式有：tkQQQWWWHQrjQQQXXXGWmiQQQXXXFYnqnnrknknqnnpjjnqnnpii, 2 , 1 ),;,(, 2 , 1 ),;,(, 2 , 1 ),;,(2121121212121輸出方程狀態(tài)方程驅(qū)動(dòng)方程3 3、時(shí)序電路的分類(lèi)、時(shí)序電路的分類(lèi)（1） 根據(jù)時(shí)鐘分類(lèi)同步時(shí)序電路 中，各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖相同，即電路中有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，電路的狀態(tài)只改變一次。異步時(shí)序電路 中，各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖不同，即電路中沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖來(lái)控制電路狀態(tài)的變化，電路狀態(tài)改變時(shí)，電路中要更新?tīng)顟B(tài)的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，是異步進(jìn)行的。 *（2）根據(jù)

3、輸出分類(lèi)米利型時(shí)序電路 的輸出不僅與現(xiàn)態(tài)有關(guān)，而且還決定于電路當(dāng)前的輸入。穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路 的其輸出僅決定于電路的現(xiàn)態(tài)，與電路當(dāng)前的輸入無(wú)關(guān)；或者根本就不存在獨(dú)立設(shè)置的輸出，而以電路的狀態(tài)直接作為輸出。5-2 5-2 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法電路圖電路圖時(shí)鐘方程、時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程和驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)圖、狀態(tài)表或狀態(tài)表或時(shí)序圖時(shí)序圖判斷電路判斷電路邏輯功能邏輯功能12351. 同步時(shí)序邏輯電路的分析方法同步時(shí)序邏輯電路的分析方法計(jì)算計(jì)算4 YQ1Q1Q2Q21J C11K1J C11K1J C11K&Q0Q0FF0 FF1 FF2C

4、PCPCPCPCP012nnQQY21nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 時(shí)鐘方程：輸出方程：輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān)，為穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路。同步時(shí)序電路的時(shí)鐘方程可省去不寫(xiě)。驅(qū)動(dòng)方程：1寫(xiě)寫(xiě)方方程程式式2求狀態(tài)方程求狀態(tài)方程JK觸發(fā)器的特性方程：nnnQKQJQ1將各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQ202020000100101011111112121222212nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)輸 出nnnQQQ01

5、2 101112 nnnQQQY3計(jì)算、列狀態(tài)表計(jì)算、列狀態(tài)表nnnnnnnnQQYQQQQQQ122100111120 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 10 0 00 1 01 0 01 1 0000011000001000101112YQQQnnn0001010101112YQQQnnn0001001101112YQQQnnn0001011101112YQQQnnn1100100101112YQQQnnn1100110101112YQQQnnn0000101101112YQQQnnn0000111101112

6、YQQQnnn4畫(huà)狀態(tài)圖、時(shí)序圖畫(huà)狀態(tài)圖、時(shí)序圖 000001011/1/0100110111/0 /0/0 /0(a) 有效循環(huán)010 101(b) 無(wú)效循環(huán)/0/1排列順序： /Y nnnQQQ012狀態(tài)圖狀態(tài)圖CPQ0Q1Q2Y5電電路路功功能能時(shí)時(shí)序序圖圖有效循環(huán)的6個(gè)狀態(tài)分別是05這6個(gè)十進(jìn)制數(shù)字的格雷碼，并且在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，這6個(gè)狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：000001011111110100000所以這是一個(gè)用格雷碼表示的六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。當(dāng)對(duì)第6個(gè)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器又重新從000開(kāi)始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生輸出Y1。二、異步時(shí)序邏輯電路的分析二、異步時(shí)序邏輯電路的分析CPQ2Q

7、21D C11D C1Q1Q1FF0 FF1 FF21D C1Q0Q01電路沒(méi)有單獨(dú)的輸入，為穆?tīng)栃蜁r(shí)序電路。異步時(shí)序電路，時(shí)鐘方程：驅(qū)動(dòng)方程：1CPCPQCPQCP00112，nnnQDQDQD001122，2D觸發(fā)器的特性方程：DQn 1將各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：上升沿時(shí)刻有效上升沿時(shí)刻有效上升沿時(shí)刻有效CP Q Q 00100111112212nnnnnnQDQQDQQDQ3計(jì)算、列狀態(tài)表計(jì)算、列狀態(tài)表現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)注nnnQQQ012 101112nnnQQQ時(shí)鐘條件0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 10 0 00

8、 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 0CP0 CP1 CP2CP0CP0 CP1CP0CP0 CP1 CP2CP0CP0 CP1CP0CP Q Q 01001111212nnnnnnQQQQQQCP, 10Q, 10Q , 1010011112nnnQQQCP, 0100101112nnnQQQ不變不變CP, 10Q, 0101001112nnnQQQ不變CP, 0110101112nnnQQQ不變不變CP, 10Q, 10Q , 0110011112nnnQQQCP, 010 , 1101112nnnQQQ不變不變CP, 10Q, 0111001112nnnQQQ不變CP

9、, 0111101112nnnQQQ不變不變 000001010011 111110101100(a) 狀態(tài)圖(b) 時(shí)序圖CPQ0Q1Q2排列順序：nnnQQQ01245電路功能電路功能由狀態(tài)圖可以看出，在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，電路的8個(gè)狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：000111110101100011010001000電路具有遞減計(jì)數(shù)功能，是一個(gè)3位二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器。畫(huà)狀態(tài)圖、時(shí)序圖畫(huà)狀態(tài)圖、時(shí)序圖本節(jié)小結(jié)：時(shí)序電路的特點(diǎn)是：在任何時(shí)刻的輸出不僅和時(shí)序電路的特點(diǎn)是：在任何時(shí)刻的輸出不僅和輸入有關(guān)，而且還決定于電路原來(lái)的狀態(tài)。為了記憶輸入有關(guān)，而且還決定于電路原來(lái)的狀態(tài)。為了記憶電路的狀態(tài)

10、，時(shí)序電路必須包含有存儲(chǔ)電路。存儲(chǔ)電電路的狀態(tài)，時(shí)序電路必須包含有存儲(chǔ)電路。存儲(chǔ)電路通常以觸發(fā)器為基本單元電路構(gòu)成。路通常以觸發(fā)器為基本單元電路構(gòu)成。時(shí)序電路可分為同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路時(shí)序電路可分為同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路兩類(lèi)。它們的主要區(qū)別是，前者的所有觸發(fā)器受同一兩類(lèi)。它們的主要區(qū)別是，前者的所有觸發(fā)器受同一時(shí)鐘脈沖控制，而后者的各觸發(fā)器則受不同的脈沖源時(shí)鐘脈沖控制，而后者的各觸發(fā)器則受不同的脈沖源控制?？刂?。時(shí)序電路的邏輯功能可用邏輯圖、狀態(tài)方程、時(shí)序電路的邏輯功能可用邏輯圖、狀態(tài)方程、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖等狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖等6 6種方法來(lái)描述，種方法來(lái)描

11、述，它們?cè)诒举|(zhì)上是相通的，可以互相轉(zhuǎn)換。它們?cè)诒举|(zhì)上是相通的，可以互相轉(zhuǎn)換。時(shí)序電路的分析，就是由邏輯圖到狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)換。時(shí)序電路的分析，就是由邏輯圖到狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)換。5-3 若干常用的時(shí)序邏輯電路若干常用的時(shí)序邏輯電路5.3. 寄存器寄存器 寄存器：能夠存放數(shù)碼 移位寄存器：能夠存放數(shù)碼，還可以將 數(shù)碼移位。 寄存器（主要部件為觸發(fā)器） 1.數(shù)碼要存得進(jìn) 2.數(shù)碼要記得住 3.數(shù)碼要取得出 在數(shù)字電路中，用來(lái)存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路稱(chēng)為寄存器。 寄存器是由具有存儲(chǔ)功能的觸發(fā)器組合起來(lái)構(gòu)成的。一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1位二進(jìn)制代碼，存放n位二進(jìn)制代碼的寄存器，需用n個(gè)觸發(fā)器來(lái)構(gòu)成。 按照功能的不同，可

12、將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類(lèi)?；炯拇嫫髦荒懿⑿兴腿霐?shù)據(jù)，需要時(shí)也只能并行輸出。移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。5.3. 寄存器寄存器雙拍接收四位數(shù)據(jù)寄存器 RSRSRSRS & & &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取數(shù)控制一、雙拍工作方式基本寄存器一、雙拍工作方式基本寄存器雙拍接收四位數(shù)據(jù)寄存器 RSRSRSRS & &

13、 &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取數(shù)控制10000雙拍接收四位數(shù)據(jù)寄存器 RSRSRSRS & & &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取數(shù)控制20000001111000011雙拍接收四位數(shù)據(jù)寄存器 RSRSRSRS & & &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取數(shù)控制30000110011110011SR寄存控制Q3D3

14、&二、單拍工作方式基本寄存器二、單拍工作方式基本寄存器 &SRQ2D2 & &SRQ1D1 & &SRQ0D0 & &001100110011用用D D觸發(fā)器構(gòu)成的單拍工作方式基本寄存器觸發(fā)器構(gòu)成的單拍工作方式基本寄存器D11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CP無(wú)論寄存器中原來(lái)的內(nèi)容是什么，只要送數(shù)控制時(shí)鐘脈沖CP上升沿到來(lái)，加在并行數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)D0D3，就立即被送入進(jìn)寄存器中，即有：012310111213DDDDQQQQnnnn用用D觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)

15、器構(gòu)成的雙拍工作方式基本寄存器雙拍工作方式基本寄存器CPD11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CRRDRDRDRD000010111213nnnnQQQQ（1）清零。CR=0，異步清零。即有：012310111213DDDDQQQQnnnn（2）送數(shù)。CR=1時(shí)，CP上升沿送數(shù)。即有：（3）保持。在CR=1、CP上升沿以外時(shí)間，寄存器內(nèi)容將保持不變。5.3.2 移位寄存器移位寄存器一、單向移位寄存器一、單向移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2

16、 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位時(shí)鐘脈沖右移輸出右移輸入Q0 Q1 Q2 Q3并行輸出4位右移移位寄存器CPCPCPCPCP3210nnniQDQDQDDD2312010、nnnnnninQQQQQQDQ21311201110、時(shí)鐘方程：驅(qū)動(dòng)方程：狀態(tài)方程：Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位時(shí)鐘脈沖右移輸出右移輸入Q0 Q1 Q2 Q3輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ說(shuō)明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0

17、 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1連續(xù)輸入4個(gè) 1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3CP移位時(shí)鐘脈沖左移輸出左移輸入DiQ0 Q1 Q2 Q3并行輸出4位左移移位寄存器CPCPCPCPCP3210innnDDQDQDQD3322110、innnnnnnDQQQQQQ時(shí)鐘方程：驅(qū)動(dòng)方程：狀態(tài)方程：Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2

18、Q3CP移位時(shí)鐘脈沖左移輸出左移輸入DiQ0 Q1 Q2 Q3輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ說(shuō)明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 00 0 0 10 0 1 10 1 1 11 1 1 1連續(xù)輸入4個(gè) 1單向移位寄存器具有以下主要特點(diǎn)：（1）單向移位寄存器中的數(shù)碼，在CP脈沖操作下，可以依次右移或左移。（2）n位單向移位寄存器可以寄存n位二進(jìn)制代碼。n個(gè)CP脈沖即可完成串行輸入工作，此后可從Q0Qn-1端獲得并行的n位二進(jìn)制數(shù)碼，再用n個(gè)CP脈沖又可實(shí)現(xiàn)串行輸出操作。（3）若串行輸入端狀態(tài)為0，則n個(gè)CP脈沖后，

19、寄存器便被清零。二、雙向移位寄存器二、雙向移位寄存器 D0 D1 D2 D3FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3CPDSL&1&1&1&11DSRMQ0 Q1 Q2 Q3SLnnnnnnnnnSRnMDQMQMQQMQMQQMQMQDMQ21331122011110nnnnnnSRnQQQQQQDQ21311201110SLnnnnnnnDQQQQQQ=0時(shí)右移M=1時(shí)左移(a) 引腳排列圖 16 15 14 13 12 11 10 974LS194 1 2

20、3 4 5 6 7 8VCC Q0 Q1 Q2 Q3 CP M1 M0CR DSR D0 D1 D2 D3 DSL GND M1 M0 DSL 74LS194 Q0 Q1 Q2 Q3(b) 邏輯功能示意圖 D0 D1 D2 D3 CR CP DSR三、集三、集成雙向成雙向移位寄移位寄存器存器74LS19474LS194CPMMCR 01工作狀態(tài)0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 異步清零保 持右 移左 移并行輸入74LS194功能表 5.3.3 移位寄存器的應(yīng)用移位寄存器的應(yīng)用用雙向移位寄存器用雙向移位寄存器74LS194組成組成節(jié)日彩燈節(jié)日彩燈控制電路控制電路Q(chēng)0 Q1 Q2 Q