數(shù)字電子基礎(chǔ)4

1、13.6.13.6.1 時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)及組成時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)及組成 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）存儲(chǔ)電路，因而具有記憶能力。）存儲(chǔ)電路，因而具有記憶能力。2 2）電路的輸出不僅與當(dāng)時(shí)的輸入有關(guān)，而且還與）電路的輸出不僅與當(dāng)時(shí)的輸入有關(guān)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。電路原來的狀態(tài)有關(guān)。 3.6 3.6 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路2組成組成: :由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成。由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成。組合電路組合電路存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)電路Z1ZjY1YrQ1QrX1Xi輸輸入入信信號(hào)號(hào)輸輸出出信信號(hào)號(hào)存存儲(chǔ)儲(chǔ)電電路路的的輸輸入入輸輸出出狀狀態(tài)態(tài)邏輯電路中存在反饋，時(shí)序電路的輸出由邏輯電路中存

2、在反饋，時(shí)序電路的輸出由電路的輸入和電路原來的狀態(tài)共同決定。電路的輸入和電路原來的狀態(tài)共同決定。3邏輯關(guān)系方程：邏輯關(guān)系方程： 組合邏輯電路組合邏輯電路 X1 Xi Z1 Zj 存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)電路 Q1 Qr Y1 Yr X(X1，Xi)Q(Q1，Qr)Y(Y1，Yr)Z(Z1，Zj)各信號(hào)之間的邏輯關(guān)系方程組：各信號(hào)之間的邏輯關(guān)系方程組：ZF1(X，Qn) 輸出方程輸出方程 YF2(X，Qn) 驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程Qn+1F3(Y，Qn) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程4分類：分類：時(shí)序電路時(shí)序電路同步：同步：異步：異步：存儲(chǔ)電路里所有觸發(fā)器有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘源存儲(chǔ)電路里所有觸發(fā)器有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘源沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘

3、脈沖沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖 CP X 1J C1 1K 1J C1 1K =1 Q1 “1” Q2 Y & Q2 Q1 FF1 FF2 C1 1D C1 1D & Q2 Q2 Q1 & Y CP2 CP1 Q1 CP FF1 FF2 56783.6.23.6.2時(shí)序邏輯電路的分析步驟和方法時(shí)序邏輯電路的分析步驟和方法一般步驟一般步驟:（1 1）根據(jù)給定的時(shí)序電路圖寫出下列邏輯方程式：）根據(jù)給定的時(shí)序電路圖寫出下列邏輯方程式：1)1)各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CPCP的邏輯表達(dá)式；的邏輯表達(dá)式；2)2)時(shí)序電路的輸出方程；時(shí)序電路的輸出方程；3)3)各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方

4、程；各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程；（2 2）將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特征方程，求得各）將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特征方程，求得各觸發(fā)器的次態(tài)方程，也就是時(shí)序邏輯電路狀態(tài)方程。觸發(fā)器的次態(tài)方程，也就是時(shí)序邏輯電路狀態(tài)方程。（3 3）根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程，列出該時(shí)序電路的狀）根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程，列出該時(shí)序電路的狀態(tài)圖，畫出狀態(tài)圖或時(shí)序圖。態(tài)圖，畫出狀態(tài)圖或時(shí)序圖。（4 4）用文字描述給定時(shí)序電路邏輯功能的邏輯功能。）用文字描述給定時(shí)序電路邏輯功能的邏輯功能。9【例】分析下圖所示的同步邏輯電路。10解：（解：（1 1）寫出各邏輯方程寫出各邏輯方程1 1）輸出方程）輸出方程 nQZ00nQZ11nQZ2

5、22 2）驅(qū)動(dòng)方程）驅(qū)動(dòng)方程nnQQD100nQD01nQD12（2 2）驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)的）驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)的D D觸發(fā)器的特征方程，得各觸發(fā)器的特征方程，得各D D觸觸發(fā)器的次態(tài)方程發(fā)器的次態(tài)方程nnnQQDQ10010nnQDQ0111nnQDQ121211（3 3）列出狀態(tài)表、畫出狀態(tài)圖和時(shí)序圖）列出狀態(tài)表、畫出狀態(tài)圖和時(shí)序圖這里要注意是：nnnQQQZZZ012321且沒有輸入信號(hào)X。 000001001010010100011110100001101010110100111110nQ1nQ2nQ012nQ11nQ10nQ12狀態(tài)圖與時(shí)序圖狀態(tài)圖與時(shí)序圖13（4）功能分析 由時(shí)序圖可

6、以看出：在正常情況下，各觸發(fā)器輪流出現(xiàn)一個(gè)寬度為CP周期的脈沖信號(hào)，稱為脈沖分配器或節(jié)拍脈沖產(chǎn)生器。另外從狀態(tài)圖可看出：電路如處于其他5個(gè)狀態(tài)為無效狀態(tài)時(shí)，在CP脈沖的作用下，電路可回到有效序列，這種能力稱為電路具有自啟動(dòng)能力。14【例】分析下圖所示邏輯電路。（異步時(shí)序）15解：（解：（1 1）寫出各邏輯方程式）寫出各邏輯方程式1 1）各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)的邏輯方程）各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)的邏輯方程CP0=CP（時(shí)鐘脈沖源），上升沿觸發(fā)。（時(shí)鐘脈沖源），上升沿觸發(fā)。CP1Q0，僅當(dāng)，僅當(dāng)Q0由由0101時(shí)，時(shí)，Q1改變，否則改變，否則Q1保持。保持。2 2）輸出方程）輸出方程 nnQQZ01nQD0

7、0nQD113 3）驅(qū)動(dòng)方程）驅(qū)動(dòng)方程 16（2）各觸發(fā)器的次態(tài)方程 CP由01時(shí)，有效nnQDQ0010nnQDQ1111Q0由01時(shí)，有效17（3）列出狀態(tài)表、畫出狀態(tài)圖和時(shí)序圖 /Z0011/001000/01001/011010/11011nnQQnQ1nQ00CP1CP18狀態(tài)圖與時(shí)序圖19（4 4）功能分析）功能分析 由狀態(tài)圖和時(shí)序圖可以看出：該電由狀態(tài)圖和時(shí)序圖可以看出：該電路是一個(gè)異步四進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，路是一個(gè)異步四進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，Z Z是借是借位信號(hào)。也可把該電路看作一個(gè)時(shí)序信位信號(hào)。也可把該電路看作一個(gè)時(shí)序信號(hào)發(fā)生器。輸出序列脈沖信號(hào)號(hào)發(fā)生器。輸出序列脈沖信號(hào)Z Z的重復(fù)周

8、的重復(fù)周期是期是4TCP4TCP，寬度為，寬度為1 TCP1 TCP。203.6.33.6.3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1.1.概念與功能概念與功能 用來計(jì)算時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)的電路，具有計(jì)數(shù)、分頻和定用來計(jì)算時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)的電路，具有計(jì)數(shù)、分頻和定時(shí)等功能。時(shí)等功能。2.2.分類分類（1 1）按計(jì)數(shù)的脈沖引入方式）按計(jì)數(shù)的脈沖引入方式 有同步和異步計(jì)數(shù)器；有同步和異步計(jì)數(shù)器；（2 2）按計(jì)數(shù)的變化規(guī)律）按計(jì)數(shù)的變化規(guī)律 有加法器、減法器和可逆計(jì)數(shù)有加法器、減法器和可逆計(jì)數(shù)器；器；（3 3）按計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)數(shù)制）按計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)數(shù)制 有二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制有二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。21【例】由JK觸發(fā)器

9、組成的同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖所示，試分析該電路的邏輯功能。例3-12解224.JK4.JK235 5同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器74LS16174LS161介紹介紹 74LS161是四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍是015，具有異步清零、同步置數(shù)、保持和二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)等邏輯功能。24邏輯功能示意圖邏輯功能示意圖 清零端清零端 置數(shù)端置數(shù)端使能端使能端 EP ET 進(jìn)位端進(jìn)位端 CCRLD輸入端輸入端D3D0輸出端輸出端Q3Q025輸入輸出邏輯真值表輸入輸出邏輯真值表 26邏輯功能邏輯功能 （1）異步清零。）異步清零。當(dāng)當(dāng)CR=0時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，與時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，與CP脈沖無關(guān)，脈沖無關(guān)，所以稱為異步清

10、零。所以稱為異步清零。（2）同步置數(shù)。）同步置數(shù)。當(dāng)當(dāng)LD=0，CR=1，CP脈沖上升沿到來時(shí)，脈沖上升沿到來時(shí)，并行輸入數(shù)據(jù)并行輸入數(shù)據(jù)d3d2d1d0被置入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器輸出為被置入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器輸出為d3d2d1d0。由于脈沖發(fā)生在。由于脈沖發(fā)生在CP的上升沿時(shí)刻，故稱為同步的上升沿時(shí)刻，故稱為同步置數(shù)。置數(shù)。（3）保持。）保持。當(dāng)且當(dāng)且EP =ET=0時(shí)，計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)，輸時(shí)，計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)，輸出不變。出不變。（4）二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。）二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。當(dāng)且當(dāng)且EP =ET=1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。隨著數(shù)狀態(tài)。隨著CP脈沖上升沿的到來，計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖上升沿的到來，計(jì)

11、數(shù)器對(duì)CP脈沖進(jìn)行脈沖進(jìn)行二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)，每來一個(gè)二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)，每來一個(gè)CP脈沖，計(jì)數(shù)值加脈沖，計(jì)數(shù)值加1。當(dāng)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到值達(dá)到15時(shí)，即時(shí)，即d3d2d1d0=1111時(shí)，進(jìn)位輸出時(shí)，進(jìn)位輸出C=1。27反饋清零法反饋清零法 只要在異步清零輸入端加一低電平，使只要在異步清零輸入端加一低電平，使CR=0，74LS161的輸出會(huì)立刻從當(dāng)時(shí)那個(gè)狀態(tài)回到的輸出會(huì)立刻從當(dāng)時(shí)那個(gè)狀態(tài)回到0000狀態(tài)。狀態(tài)。28反饋置數(shù)法。反饋置數(shù)法。 在計(jì)數(shù)過程中，可以將其輸出的任一狀態(tài)通過譯碼，在計(jì)數(shù)過程中，可以將其輸出的任一狀態(tài)通過譯碼，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置信號(hào)反饋至預(yù)置輸入端，使產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置信號(hào)反饋至預(yù)置輸入端，

12、使LD=0，在下一個(gè)脈，在下一個(gè)脈沖沖CP脈沖作用后，計(jì)數(shù)器就把預(yù)置輸入端的數(shù)據(jù)預(yù)置到計(jì)數(shù)脈沖作用后，計(jì)數(shù)器就把預(yù)置輸入端的數(shù)據(jù)預(yù)置到計(jì)數(shù)器，預(yù)置信號(hào)消失后，計(jì)數(shù)器就從被預(yù)置的狀態(tài)開始重新計(jì)器，預(yù)置信號(hào)消失后，計(jì)數(shù)器就從被預(yù)置的狀態(tài)開始重新計(jì)數(shù)。數(shù)。 293.6.4 3.6.4 寄存器寄存器 寄存器主要部件是觸發(fā)器，一個(gè)觸發(fā)寄存器主要部件是觸發(fā)器，一個(gè)觸發(fā)器可存器可存1 1位二進(jìn)制代碼，存儲(chǔ)位二進(jìn)制代碼，存儲(chǔ)n n位二進(jìn)制代位二進(jìn)制代碼的寄存器則需要碼的寄存器則需要n n個(gè)觸發(fā)器。常用左、個(gè)觸發(fā)器。常用左、右移位寄存器。右移位寄存器。 304 4位寄存器位寄存器CPCP上沿作用下，上沿作用下，

13、使使1D1D4D4D端數(shù)據(jù)端數(shù)據(jù)并行存入寄存器，并行存入寄存器，即寄存于輸出端即寄存于輸出端1Q-4Q1Q-4Q端。端。RDRD是是清零端。清零端。 31RDQDFF0d0Q0QDFF1d1Q1d2QDFF2Q2QDFF3d3Q3清零清零寄存指令寄存指令000011011101觸發(fā)器狀態(tài)不變觸發(fā)器狀態(tài)不變32四位右移寄存器四位右移寄存器33FF3FF1FF0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3FF2dQ0Q1Q2Q3FF3FF1FF0FF2d0d1d2d3Q3FF3FF1FF0FF2Q3dFF3FF1FF0FF234 3.7 3.7 脈沖波形的產(chǎn)生脈沖波形的產(chǎn)生3.7.13.7.1多諧振蕩器多諧振

14、蕩器 性質(zhì)：性質(zhì)：是一種自激振蕩電路，無穩(wěn)定的狀態(tài)。是一種自激振蕩電路，無穩(wěn)定的狀態(tài)。它在接通電源后無需外接觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生矩形脈它在接通電源后無需外接觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。沖信號(hào)。 主要用途：主要用途：信號(hào)源。信號(hào)源。 35RCRC環(huán)形多諧振蕩器環(huán)形多諧振蕩器363.7.23.7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種只有一個(gè)穩(wěn)定狀單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路。態(tài)的電路。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器須有一個(gè)觸發(fā)信號(hào)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器須有一個(gè)觸發(fā)信號(hào) RCRC環(huán)節(jié)，它決定暫態(tài)時(shí)間的長短。輸環(huán)節(jié)，它決定暫態(tài)時(shí)間的長短。輸出信號(hào)寬窄出信號(hào)寬窄用途：常用于脈沖波形變換（即寬窄波形用途：常用于脈沖波形變換（即寬窄波形的相互變換）、定時(shí)等。的相互變換）、定時(shí)等。 37383.8 3.8 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換3.8.1 D/A3.8.1 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 使用最多的使用最多的D/AD/A轉(zhuǎn)換器是轉(zhuǎn)換器是R-2RR-2R的的T T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 39)2(2)2222(30413223140iiREFREFiDRVDDDDRVi =vO= iRf= RRf)2(2304iiREFiDV二進(jìn)制數(shù)與模擬電壓vO成正比。 403.8.2 A/D3.8.2 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 （1 1