時序邏輯電路工作原理和方法

1、時序邏輯電路工作原理和方法用驅(qū)動方程、狀態(tài)方程和時序圖分析時序邏 了解：中規(guī)模集成移位寄存器的。掌握：輯電路的方法。集成時序邏輯電路器件功能表的讀法。單向、雙向及循環(huán)移位寄存器的邏輯功能。 熟悉：移位寄存器的工作原理。本章教學(xué)基本要求常用中規(guī)模計數(shù)器的。同步和異步二進(jìn)制、十進(jìn)制、N進(jìn)制及各種可逆計數(shù)器的工作原理的分析方法。 時序邏輯電路的特點任何時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入信號，而且與電路原有的狀態(tài)有關(guān)。邏輯功能特點：電路結(jié)構(gòu)特點：由存儲電路和組合邏輯電路組成。時序邏輯電路的類型同步時序邏輯電路 異步時序邏輯電路 所有觸發(fā)器的時鐘端連在一起。所有觸發(fā)器在同一個時鐘脈沖 CP 控制下同步工作

2、。時鐘脈沖 CP 只觸發(fā)部分觸發(fā)器，其余觸發(fā)器由電路內(nèi)部信號觸發(fā)。因此，觸發(fā)器不在同一時鐘作用下同步工作。概 述時序電路的一般方框圖如下：X(x1,x2xi)代表輸入信號Y(y1,y2yj)代表輸出信號Z(z1,z2zk)代表存儲電路的輸入信號Q(q1,q2ql)代表存儲電路的輸出這些信號之間的關(guān)系可以用三個向量函數(shù)表示: Y(tn) = FX(tn),Q(tn) 輸出方程 Q(tn+1) = GZ(tn),Q(tn) 狀態(tài)方程 Z(tn) = HX(tn),Q(tn) 驅(qū)動方程 tn ,tn+1表示相鄰的兩個離散時間。Q 稱為狀態(tài)向量。時序電路的表示一、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 將任何一組輸入變量及電路初

3、態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸出方程，即可算出電路的次態(tài)和輸出值。二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 以小圓圈表示電路的各個狀態(tài)，圓圈中填入存儲單元的狀態(tài)值，圓圈之間用箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，箭頭旁注明輸入變量取值和輸出值，輸入和輸出用斜線分開。三、時序圖 把在時鐘序列脈沖作用下存儲電路的狀態(tài)和輸出狀態(tài)隨時間變化的波形畫出來，稱為時序圖。 主要要求： 掌握同步時序邏輯電路的分析方法，了解異步時序邏輯電路的分析方法。理解時鐘方程、驅(qū)動方程、輸出方程、狀態(tài)方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖等概念及求取方法。時序邏輯電路的分析方法 一、同步時序邏輯電路的分析方法：基本步驟：1.根據(jù)給定電路寫出其時鐘方程、輸出方 程、2

4、.求狀態(tài)方程。3.進(jìn)行狀態(tài)計算。把電路的輸入和現(xiàn)態(tài)各種可能取值組合代入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行計算,得到相應(yīng)的次態(tài)和輸出。4.畫狀態(tài)圖(或時序圖)觸發(fā)器輸入信號的邏輯函數(shù)式驅(qū)動方程例時鐘方程：輸出方程：輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān)，為穆爾型時序電路。同步時序電路的時鐘方程可省去不寫。驅(qū)動方程：1寫方程式2求狀態(tài)方程JK觸發(fā)器的特性方程：將各觸發(fā)器的驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：3計算、列狀態(tài)表0 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 0000011004畫狀態(tài)圖、時序圖狀態(tài)圖5電路功能

5、時序圖有效循環(huán)的6個狀態(tài)分別是05這6個十進(jìn)制數(shù)字的格雷碼，并且在時鐘脈沖CP的作用下，這6個狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：000001011111110100000所以這是一個用格雷碼表示的六進(jìn)制同步加法計數(shù)器。當(dāng)對第6個脈沖計數(shù)時，計數(shù)器又重新從000開始計數(shù)，并產(chǎn)生輸出Y1。例輸出方程：輸出與輸入有關(guān)，為米利型時序電路。同步時序電路，時鐘方程省去。驅(qū)動方程：1寫方程式2求狀態(tài)方程T觸發(fā)器的特性方程：將各觸發(fā)器的驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：3計算、列狀態(tài)表45電路功能由狀態(tài)圖可以看出，當(dāng)輸入X 0時，在時鐘脈沖CP的作用下，電路的4個狀態(tài)按遞增規(guī)律循環(huán)變化，即：0001101100當(dāng)X

6、1時，在時鐘脈沖CP的作用下，電路的4個狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：0011100100可見，該電路既具有遞增計數(shù)功能，又具有遞減計數(shù)功能，是一個2位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器。畫狀態(tài)圖時序圖例: 分析圖示邏輯電路的邏輯功能,說明其用途.設(shè)初始狀態(tài)為“0000”。JJJKKK清零計數(shù)脈沖Q2Q1Q0F0F1F2解：分析： 從各觸發(fā)器的C端連接來看，這是一個異步工作方式的計數(shù)器。其中，F(xiàn)0 和 F2的C與計數(shù)脈沖相連，F(xiàn)1 的時鐘端C = Q0 ，即F1只有在Q0的狀態(tài)從1變?yōu)?時才能翻轉(zhuǎn)。（1）各J、K端的邏輯式（ Q0每從1變?yōu)?時， 翻轉(zhuǎn)一次）Q1（2）列表注意到F1只有在Q0的狀態(tài)從1變?yōu)?時

7、才能翻轉(zhuǎn)C012345K2111111J1111111J2000100K1111111J0111101K0111111Q2 Q1 Q00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 00 0 0這是一個五進(jìn)制的異步加法計數(shù)器。時序圖如下CQ0Q1Q21 2 3 4 5試分析圖示時序邏輯電路的邏輯功能，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。例解：圖示電路為1個異步摩爾型時序邏輯電路。寫時鐘方程：寫驅(qū)動方程：寫狀態(tài)方程： 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表： 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 異步十進(jìn)制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 10個有效狀態(tài)構(gòu)成計數(shù)環(huán) 能自啟動說明： 六種無效狀態(tài) 六種無效狀態(tài) 自啟動是指若計數(shù)器由于某種原因進(jìn)入無效狀態(tài)后，在連續(xù)

8、時鐘脈沖作用下，能自動從無效狀態(tài)進(jìn)入到有效計數(shù)狀態(tài)。 計數(shù)器的作用與分類 計數(shù)器(Counter)用于計算輸入脈沖個數(shù)，還常用于分頻、定時及進(jìn)行數(shù)字運算等。 計數(shù)器分類如下： 按時鐘控制方式不同分 異步計數(shù)器 同步計數(shù)器 同步計數(shù)器比異步計數(shù)器的速度快得多。異步計數(shù)器按計數(shù)器功能分加法計數(shù)器 減法計數(shù)器 加 / 減計數(shù)器(又稱可逆計數(shù)器) 對計數(shù)脈沖作遞增計數(shù)的電路。 對計數(shù)脈沖作遞減計數(shù)的電路。 在加 / 減控制信號作用下，可遞增也可遞減計數(shù)的電路。 按計數(shù)進(jìn)制分按二進(jìn)制數(shù)運算規(guī)律進(jìn)行計數(shù)的電路 按十進(jìn)制數(shù)運算規(guī)律進(jìn)行計數(shù)的電路 二進(jìn)制計數(shù)器 十進(jìn)制計數(shù)器 任意進(jìn)制計數(shù)器(又稱 N 進(jìn)制計數(shù)

9、器)二進(jìn)制和十進(jìn)制以外的計數(shù)器 計數(shù)順序 電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)Q2 Q1 Q0012345678 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0012345670一、異步二進(jìn)制加法計數(shù)器三位二進(jìn)制加法計數(shù)器狀態(tài)表異步計數(shù)器的分析方法FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11CPRD1. 電路構(gòu)成與工作原理FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11CPRD11J1K1J1K1J1K1J1KC1CPC1Q0C1Q1C1Q2 JK

10、 觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制加法計數(shù)器 輸入第“1”個計數(shù)脈沖時，計數(shù)器輸出為0001”；輸入第“2”個計數(shù)脈沖時，計數(shù)器輸出為“0010”。輸入第“15”個脈沖時，輸出“1111”，當(dāng)輸入第“16”個脈沖時，輸出返回初態(tài)“0000”，且 Q3 端輸出進(jìn)位信號下降沿。因此，該電路構(gòu)成 4 位二進(jìn)制加法計數(shù)器。00010010CPQ3Q0Q1Q20000來一個 CP 翻轉(zhuǎn)一次 來一個 Q0 翻轉(zhuǎn)一次 來一個 Q1 翻轉(zhuǎn)一次 來一個 Q2 翻轉(zhuǎn)一次 11110000依次輸入脈沖時，計數(shù)狀態(tài)按 4 位二進(jìn)制數(shù)遞增規(guī)律變化。 工作原理 下面總結(jié)一下用不同種類觸發(fā)器構(gòu)成異步二進(jìn)制計數(shù)器的方法。2. 異步二進(jìn)

11、制計數(shù)器的構(gòu)成方法CPi = Qi - 1CPi = Qi - 1減法計數(shù) CPi = Qi - 1CPi = Qi - 1加法計數(shù) 下降沿觸發(fā)式 上升沿觸發(fā)式 計數(shù)觸發(fā)器的觸發(fā)信號接法計數(shù)規(guī)律 將觸發(fā)器接成計數(shù)觸發(fā)器，然后級聯(lián)，將計數(shù)脈沖CP 從最低位時鐘端輸入，其他各位時鐘端接法如下表：計數(shù)器為什么能用作分頻器？怎么用？模 M 計數(shù)器也是一個 M 分頻器， M 分頻器的輸出信號即為計數(shù)器最高位的輸出信號。CPQ3Q0Q1Q24 位二進(jìn)制加法計數(shù)器工作波形 3. 計數(shù)器用作分頻器“000 1”不夠減，需向相鄰高位借“1”，借“1”后作運算“1000 1 = 111”。 按此則返回 P23Q0

12、Q1Q2計 數(shù) 狀 態(tài)計數(shù)順序000810070106110500141013011211110000Q0Q1Q2計 數(shù) 狀 態(tài)計數(shù)順序000810070106110500141013011211110000Q0Q1Q2計 數(shù) 狀 態(tài)計數(shù)順序000810070106110500141013011211110000三位二進(jìn)制減法計數(shù)器狀態(tài)表二、異步二進(jìn)制減法計數(shù)器下降沿動作的T觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制減法計數(shù)器上降沿動作的T觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制減法計數(shù)器上升沿動作的二進(jìn)制減法的時序圖 異步十進(jìn)制計數(shù)器與異步二進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)規(guī)律有何不同？ 它們的構(gòu)成方法有何不同？1. 十進(jìn)制計數(shù)器與 4 位二進(jìn)

13、制計數(shù)器的比較8421BCD 碼十進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計思想：在 4 位二進(jìn)制計數(shù)器基礎(chǔ)上引入反饋，強迫電路在計至狀態(tài) 1001 后就能返回初始狀態(tài) 0000，從而利用狀態(tài) 0000 1001 實現(xiàn)十進(jìn)制計數(shù)。 三、 異步十進(jìn)制計數(shù)器 四位二進(jìn)制加法計數(shù)器態(tài)序表 00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序十進(jìn)制計數(shù)器態(tài)序表 000010100190001811107011061010500104110030100210

14、00100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序十進(jìn)制計數(shù)器與4 位二進(jìn)制計數(shù)器比較 只利用了 4 位二進(jìn)制加法計數(shù)器的前十個狀態(tài) 0000 1001。8421 碼十進(jìn)制加法計數(shù)器計數(shù)規(guī)律Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序10019000181110701106101050010411003010021000100001000000異步十進(jìn)制加法計數(shù)器邏輯圖十進(jìn)制加法計數(shù)器時序圖異步十進(jìn)制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖計數(shù)的最大數(shù)目稱為計數(shù)器的“?！?，用 M 表示。模也稱為計數(shù)長度或計數(shù)容量。 N 進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)規(guī)律舉例具有 5 個獨立的狀態(tài)，計滿 5 個計數(shù)脈沖后，電路狀態(tài)自動進(jìn)入循

15、環(huán)。故為五進(jìn)制計數(shù)器。 五進(jìn)制計數(shù)器也稱模 5 計數(shù)器；十進(jìn)制計數(shù)器則為模 10 計數(shù)器；3 位二進(jìn)制計數(shù)器為模 8 計數(shù)器。 n 個觸發(fā)器有 2n 種輸出，最多可實現(xiàn)模 2n 計數(shù)。 Q0Q1Q2計 數(shù) 狀 態(tài)計數(shù)順序000500141103010210010000異步2510進(jìn)制計數(shù)器74LS290 74LS290的外引腳圖、邏輯符號及邏輯功能圖5-31 74LS290 2510進(jìn)制計數(shù)器 (a) 外引腳圖 (b) 邏輯符號 輸出CP輸入異步置數(shù)基本工作方式 （1）二進(jìn)制計數(shù)：將計數(shù)脈沖由CP0輸入，由Q0輸出計數(shù)順序計數(shù)器狀態(tài)CP0Q0001120R0（1）R0（2）S9（1）S9（2）

16、Q3Q2Q1Q01 10 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 計數(shù) 計數(shù) 計數(shù) 計數(shù)74LS290功能表 （2）五進(jìn)制計數(shù)：將計數(shù)脈沖由CP1輸入，由Q3 、Q2、 Q1 輸出五進(jìn)制計數(shù)器 計數(shù)順序計數(shù)器狀態(tài)CP1Q3 Q2 Q1 00 0 010 0 120 1 030 1 141 0 050 0 0 （3） 8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)：將Q0與CP1相連,計數(shù)脈沖CP由CP0輸入 圖5-32(c) 8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)器 計數(shù)計 數(shù) 器 狀 態(tài)順序Q3 Q2 Q1 Q000 0 0 010 0 0 120 0 1 030 0 1 140 1 0

17、050 1 0 160 1 1 070 1 1 181 0 0 091 0 0 1100 0 0 0二進(jìn)制五進(jìn)制 同步與異步計數(shù)器的根本區(qū)別是時鐘控制方式不同，導(dǎo)致電路構(gòu)成也不同。同步計數(shù)器與異步計數(shù)器有何不同？1. 同步與異步二進(jìn)制加法計數(shù)器比較 一、 同步二進(jìn)制計數(shù)器 態(tài)序表和工作波形一樣電路結(jié)構(gòu)不同：異步二進(jìn)制加法計數(shù)器的構(gòu)成方法：將觸發(fā)器接成計數(shù)觸發(fā)器；最低位觸發(fā)器用計數(shù)脈沖 CP 觸發(fā)，其他觸發(fā)器用鄰低位輸出的下降沿觸發(fā)。同步二進(jìn)制加法計數(shù)器的構(gòu)成方法：將觸發(fā)器接成 T 觸發(fā)器；各觸發(fā)器都用計數(shù)脈沖 CP 觸發(fā)，最低位觸發(fā)器 的T 輸入為 1，其他觸發(fā)器的 T 輸入為其低位各觸發(fā)器輸

18、出信號相與。同步計數(shù)器同步計數(shù)器為什么要那樣構(gòu)成呢？ 通過分析同步二進(jìn)制加法計數(shù)規(guī)律就可明白。 因此，應(yīng)將觸發(fā)器接成 T 觸發(fā)器；并接成 T0 = 1， T1 = Q0n ， T2 = Q1n Q0n ， T3 = Q2n Q1n Q0n 。即：最低位觸發(fā)器 T 輸入為 1，其他觸發(fā)器 T 輸入為其低位輸出的“與”信號。這樣，各觸發(fā)器當(dāng)其低位輸出信號均為 1 時，來一個時鐘就翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q

19、3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序根據(jù)態(tài)序表分析同步二進(jìn)制加法計數(shù)規(guī)律Q0來一個時鐘就翻轉(zhuǎn)一次。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序Q1在其低位Q0輸出為 1 時，來一個時鐘就翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀

20、態(tài)計數(shù)順序1100Q2在其低位Q0和Q1均為 1 時，來一個時鐘翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序10Q3在其低位Q0 、Q1和Q2均為 1 時，來一個時鐘翻轉(zhuǎn)一次，否則狀態(tài)不變。同步二進(jìn)制加法計數(shù)器CO = Q3n Q2n Q1n Q0n進(jìn)位輸出信號FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11CPRDCOFF01J1K1FF1

21、1J1KQ0nFF21J1KQ0nQ1n&FF31J1KQ0nQ2n&Q1nQ0Q1Q2Q3CO&RDRRRR計數(shù)開始前先清零CPC1C1C1C1 各觸發(fā)器都用 CP 觸發(fā)2、同步二進(jìn)制加法計數(shù)器電路與工作原理CO = Q3n Q2n Q1n Q0n，因此，CO在計數(shù)至“15”時 躍變?yōu)楦唠娖?，在計至?6”時輸出進(jìn)位信號的下降沿。0100000000000000000000COQ0Q1Q2Q3 輸 出計 數(shù) 器 狀 態(tài)計 數(shù)順 序1601511401311201111009180716051402031110110011001100110011110000111100001111111100

22、00000四位二進(jìn)制加法計數(shù)器態(tài)序表00001610001501001411001300101210101101101011109000181001701016110150011410113011121111100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序?qū)⒂|發(fā)器接成 T 觸發(fā)器，并使 T0 = 1，Ti = Qi-1n Qi-2n Q0n，則可構(gòu)成同步二進(jìn)制減法計數(shù)器。同步二進(jìn)制減法計數(shù)器3、4、同步二進(jìn)制可逆計數(shù)器加減控制端S=1時，下面三個與非門被封鎖，進(jìn)行加計數(shù)S=0時，上面三個與非門被封鎖，進(jìn)行減計數(shù)加減可控計數(shù)器5、可預(yù)置同步二進(jìn)制計數(shù)器置數(shù)信號時鐘輸入輸出信號進(jìn)位輸出使能信

23、號清零信號數(shù)據(jù)輸入RD =0時異步清零。RD =1、LD=0時同步置數(shù)。RD = LD =1且EP=ET=1時，進(jìn)行同步二進(jìn)制計數(shù)。RD = LD =1且EPET=0時，計數(shù)器狀態(tài)保持不變。74LS163的引腳排列和74LS161相同，不同之處是74LS163采用同步清零方式。74LS161邏輯符號圖74LS161功能表 0 0 0 0 d0 d1 d2 d3 計 數(shù) 保 持 保 持 X X X X d0 d1 d2 d3 X X X X X X X X X X X X X XXX0111 X X X X 1 1 0 X X 00111112345Q0 Q1 Q2 Q3并行輸入D0 D1 D2

24、 D3時鐘CP置數(shù)LD使 能CTP CTT 清零CR 輸 出輸 入序號如果讓計數(shù)器從0000開始計數(shù)，可用兩個方法實現(xiàn)，一種是先清零后計數(shù),另一種是先預(yù)置0000然后計數(shù)。計 數(shù) 器 的 時 序 圖擴展為8位以上二進(jìn)制計數(shù)器的方法舉例說明如下:C0=1,2#才有CTP=CTT=1的條件, 高電平只持續(xù)一個周期,下一周期到來時,1#片的Q3Q2Q1Q0=0000,2#計數(shù)一次當(dāng)1#,2#都計數(shù)滿時,3#才具有計數(shù)條件,完成一次加1運算二. 同步十進(jìn)制計數(shù)器同步十進(jìn)制加法計數(shù)器的電路根據(jù)時序電路的分析方法,可以列出其驅(qū)動方程、輸出方程。再將驅(qū)動方程代入到JK觸發(fā)器的特性方程,得到狀態(tài)方程,并進(jìn)行狀

25、態(tài)計算。同步十進(jìn)制加法計數(shù)器采用的是8421BCD碼,其有效狀態(tài)從00001001共十個。如果進(jìn)入非有效狀態(tài) ，能夠自動返回到有效狀態(tài)。邏輯圖時序圖時序圖此電路的設(shè)計方法參見節(jié)8421碼同步十進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 常用的同步十進(jìn)制集成芯片很多，如各種LS和CMOS4000及HC系列的“160”“162”“190”“192”等。集成十進(jìn)制同步加法計數(shù)器74LS160/162RD =0時異步清零。RD = LD =1且ET=EP=1時，進(jìn)行同步二進(jìn)制計數(shù)。RD = LD =1且EPET=0時，計數(shù)器狀態(tài)保持不變。74LS162的引腳排列和74LS160相同，不同之處是74LS162采用同步清零方式

26、。RD =1、LD=0時同步置數(shù)。1、用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器2、用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（2）求歸零邏輯，即求同步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。（1）寫出狀態(tài)SN的對應(yīng)代碼。（2）求歸零邏輯，即求異步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。利用集成計數(shù)器的清零端和置數(shù)端實現(xiàn)歸零，從而構(gòu)成按自然態(tài)序進(jìn)行計數(shù)的N 進(jìn)制計數(shù)器。在前面介紹的集成計數(shù)器中，清零、置數(shù)均采用同步方式的有74LS162 74LS163 ；清零采用異步方式、置數(shù)采用同步方式的有74LS161、74LS160；74LS290

27、則具有異步清零和異步置數(shù)功能。N進(jìn)制計數(shù)器為什么？請看舉例說明。 用同步和異步置 0 功能構(gòu)成 N進(jìn)制計數(shù)器的方法一樣嗎？利用同步置 0 功能構(gòu)成 N 進(jìn)制計數(shù)器步驟相同(1) 寫出加反饋置 0 信號時所對應(yīng)的計數(shù)狀態(tài)。(2) 寫出反饋置 0 函數(shù)。(3) 畫連線圖。差別異步置 0 計數(shù)器加反饋置 0 信號時所對應(yīng)的計數(shù)狀態(tài)為 SN 。同步置 0 計數(shù)器加反饋置 0 信號時所對應(yīng)的計數(shù)狀態(tài)為 SN-1 。 同步和異步置 0 功能構(gòu)成 N 進(jìn)制計數(shù)器的方法比較 例 試?yán)?CT74LS161 和 CT74LS163 的置 0 功能 構(gòu)成六進(jìn)制計數(shù)器。 解題思路：“161”和“163”均為 4 位

28、二進(jìn)制計數(shù)器，其態(tài)序表為：00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序 在第 6 個計數(shù)脈沖輸入時，使計數(shù)器置 0，即可實現(xiàn)六進(jìn)制計數(shù)?！?61”為異步置 0，即只要置 0 端出現(xiàn)有效電平，計數(shù)器立刻置零。因此，應(yīng)在輸入第 6 個 CP 脈沖 后，用 S6 = 0110 作為控制信號去控制電路，產(chǎn)生置零信號加到異步置 0 端，使計數(shù)器立即置 0?！?63”為同步置 0，即置 0 端出現(xiàn)有效電平時，計數(shù)器不能立刻置

29、0，只是為置 0作好了準(zhǔn)備，需要再輸入一個 CP 脈沖 ，才能置 0。因此，應(yīng)在輸入第(6 -1)個 CP 脈沖 后，用 S6-1 = 0101 作為控制信號去控制電路，產(chǎn)生置 0 信號加到異步置零端。當(dāng)輸入第 6 個 CP 脈沖時，計數(shù)器置 0。CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP 根據(jù) S6 和 CR 的有效電平寫出 畫連線圖計數(shù)輸入輸出端(1) 用異步置 0 的 CT74LS161 構(gòu)成六進(jìn)制計數(shù)器解： 寫出 S6 的二進(jìn)制代碼S6 = 0110 寫出反饋置 0 函數(shù)11&(2) 用同步置 0 的 CT74LS163 構(gòu)成六進(jìn)制計數(shù)器CT74LS

30、163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP 畫連線圖輸出端 寫出 S6-1 的二進(jìn)制代碼S6-1 = S5 = 0101 寫出反饋置 0 函數(shù)11& 利用置數(shù)功能和置 0 功能構(gòu)成N 進(jìn)制計數(shù)器的原理有何異同？ 利用“161”和 “163”的同步置數(shù)功能也可以構(gòu)成 N 進(jìn)制計數(shù)器。利用置數(shù)功能構(gòu)成 N 進(jìn)制計數(shù)器置0法原理置數(shù)法原理當(dāng)輸入第 N 個計數(shù)脈沖時，利用置 0 功能對計數(shù)器進(jìn)行置 0 操作，強迫計數(shù)器進(jìn)入計數(shù)循環(huán)，從而實現(xiàn) N 進(jìn)制計數(shù)。這種計數(shù)器的起始狀態(tài)值必須是零。當(dāng)輸入第 N 個計數(shù)脈沖時，利用置數(shù)功能對計數(shù)器進(jìn)行置數(shù)操作，強迫計數(shù)器進(jìn)入計數(shù)循環(huán)，從而實

31、現(xiàn) N 進(jìn)制計數(shù)。這種計數(shù)器的起始狀態(tài)值就是置入的數(shù)，可以是零，也可以非零，因此應(yīng)用更靈活。置 0 有同步和異步之分，置數(shù)也有同步和異步之分。同步置數(shù)與異步置數(shù)的區(qū)別，和同步置 0 與異步置 0 的區(qū)別相似。同步置數(shù)與異步置數(shù)的區(qū)別異步置數(shù)與時鐘脈沖無關(guān)，只要異步置數(shù)端出現(xiàn)有效電平，置數(shù)輸入端的數(shù)據(jù)立刻被置入計數(shù)器。因此，利用異步置數(shù)功能構(gòu)成 N 進(jìn)制計數(shù)器時，應(yīng)在輸入第 N 個 CP 脈沖時，通過控制電路產(chǎn)生置數(shù)信號，使計數(shù)器立即置數(shù)。同步置數(shù)與時鐘脈沖有關(guān)，當(dāng)同步置數(shù)端出現(xiàn)有效電平時，并不能立刻置數(shù)，只是為置數(shù)創(chuàng)造了條件，需再輸入一個 CP 脈沖 才能進(jìn)行置數(shù)。 因此，利用同步置數(shù)功能構(gòu)成

32、 N 進(jìn)制計數(shù)器時，應(yīng)在輸入第(N 1)個 CP 脈沖時，通過控制電路產(chǎn)生置數(shù)信號，這樣，在輸入第 N 個 CP 脈沖 時，計數(shù)器才被置數(shù)。(1)確定 N 進(jìn)制計數(shù)器需用的 N 個計數(shù)狀態(tài)，并確定預(yù)置數(shù)。 利用置數(shù)功能構(gòu)成 N 進(jìn)制計數(shù)器的步驟(2)寫出加反饋置數(shù)時所對應(yīng)的計數(shù)器狀態(tài)：異步置數(shù)時， 寫出 SN 對應(yīng)的二進(jìn)制代碼；同步置數(shù)時，寫出 SN-1 對 應(yīng)的二進(jìn)制代碼。(3)寫出反饋置數(shù)函數(shù)：根據(jù) SN (或 SN-1)和置數(shù)端的有效 電平寫出置數(shù)信號的邏輯表達(dá)式。(4)畫連線圖。舉例(1)確定該十進(jìn)制計數(shù)器所用的計數(shù)狀態(tài)，并確定預(yù)置數(shù)。解：例 試?yán)?CT74LS161 的同步置數(shù)功能

33、構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。00001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計 數(shù) 器 狀 態(tài)計數(shù)順序CT74LS161 為 4 位二進(jìn)制計數(shù)器，有 16 個計數(shù)狀態(tài)。通常選用從“0000”開始計數(shù)的方式。利用其中任意十個連續(xù)的狀態(tài)均可實現(xiàn)十進(jìn)制計數(shù)?！?61”是同步置數(shù)，應(yīng)根據(jù) SN-1 求置數(shù)信號。(2)寫出 SN-1 的二進(jìn)制代碼 選擇計數(shù)狀態(tài)為 0000 1001，因此取置數(shù)輸入信號為 D3D2D1D0 = 0000。(3)寫出反饋置數(shù)函數(shù) (4

34、)畫連線圖 SN-1 = S10-1 = S9 = 1001LD = Q3 Q0 CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP輸出1&1例 試?yán)?CT74LS161 的同步置數(shù)功能構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。(1)確定該十進(jìn)制計數(shù)器所用的計數(shù)狀態(tài)，并確定預(yù)置數(shù)。解：“163”具有同步置 0 和同步置數(shù)功能，利用其中任一個都可實現(xiàn)十三進(jìn)制計數(shù)。下面分別用這兩種方法設(shè)計電路，請留意比較。例 試用 CT74LS163 構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器。解： 確定預(yù)置數(shù) 寫出 S13-1 的二進(jìn)制代碼 寫出反饋置數(shù)函數(shù) 畫電路圖D3 D2 D1 D0 = 0000S12-1 = S11 =

35、 1011LD = Q3 Q1 Q0 設(shè)從 Q3 Q2 Q1 Q0 = 0000 開始計數(shù)，則(1) 利用同步置數(shù)端 LD 實現(xiàn)十二進(jìn)制計數(shù)器的方法為CT74LS163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP1&1(2)利用同步置 0 端 CR 實現(xiàn)十三進(jìn)制計數(shù)器的方法為 寫出 S13-1 的二進(jìn)制代碼 寫出反饋置數(shù)函數(shù) 畫電路圖S13-1 = S12 = 1100CR = Q3 Q2 CT74LS163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP1&1同步置數(shù)法和同步置 0 法構(gòu)成的十三進(jìn)制計數(shù)器電路比較CT74LS163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCT

36、PCRLDD1D2D3CP1&1返回 用反饋清零法將CT74LS290連接成6進(jìn)制計數(shù)器。Q3Q2Q1Q0C0C1S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)1.首先將Q0與C1連接組成十進(jìn)制計數(shù)器。2.將置位端接0, Q2和Q1端反饋至清零端。例原理分析：設(shè)初始狀態(tài)為00001.因為R0(1)=R0(2)=S9(1)=S9(2)=0，所以電路為計數(shù)狀態(tài)，從0000開始計數(shù)。2.當(dāng)?shù)谖鍌€計數(shù)脈沖過后，輸出為 0101。再來一個計數(shù)脈沖時，輸出變?yōu)?110，由于Q1和Q2分別接R0(1)和R0(2)清零端，所以0110這個狀態(tài)，剛一出現(xiàn)，馬上又變?yōu)?000。用74LS163來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。

37、（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（3）畫連線圖。SN-1S12-1S111011（2）求歸零邏輯。例D0D3可隨意處理D0D3必須都接0用74LS161來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。SNS121100例D0D3可隨意處理D0D3必須都接0SN-1S111011計數(shù)器容量的擴展異步計數(shù)器一般沒有專門的進(jìn)位信號輸出端，通常可以用本級的高位輸出信號驅(qū)動下一級計數(shù)器計數(shù)，即采用串行進(jìn)位方式來擴展容量。100進(jìn)制計數(shù)器60進(jìn)制計數(shù)器64進(jìn)制計數(shù)器12位二進(jìn)制計數(shù)器（慢速計數(shù)方式）利用多片74LS161實現(xiàn)大容量計數(shù) 先用級聯(lián)法 計數(shù)器的級聯(lián)是將多個集成計數(shù)器（如M1進(jìn)制、M2進(jìn)制）串接起來，以獲得計數(shù)容

38、量更大的N（=M1M2）進(jìn)制計數(shù)器。 一般集成計數(shù)器都設(shè)有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。 同步計數(shù)器實現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號高位的保持功能控制端（相當(dāng)于觸發(fā)器的T端） 有進(jìn)位時，高位計數(shù)功能T 1；無進(jìn)位時，高位保持功能T 0。 用兩片CT74LS161級聯(lián)成1616進(jìn)制同步加法計數(shù)器 低位片高位片在計到1111以前，CO10，高位片保持原狀態(tài)不變在計到1111時，CO11，高位片在下一個CP加一例：用兩片74LS161級聯(lián)成五十進(jìn)制計數(shù)器 00100011實現(xiàn)從0000 0000到0011 0001的50進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制數(shù)50對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0010 本節(jié)小結(jié)：計數(shù)器是一種應(yīng)用十分廣泛

39、的時序電路，除用于計數(shù)、分頻外，還廣泛用于數(shù)字測量、運算和控制，從小型數(shù)字儀表，到大型數(shù)字電子計算機，幾乎無所不在，是任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。計數(shù)器可利用觸發(fā)器和門電路構(gòu)成。但在實際工作中，主要是利用集成計數(shù)器來構(gòu)成。在用集成計數(shù)器構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器時，需要利用清零端或置數(shù)控制端，讓電路跳過某些狀態(tài)來獲得N進(jìn)制計數(shù)器。了解集成移位寄存器的應(yīng)用。主要要求：理解寄存器和移位寄存器的作用和工作原理。寄存器86 數(shù)字電路和計算機中用來暫時存放二進(jìn)制代碼、指令、運算數(shù)據(jù)或結(jié)果的邏輯部件稱為寄存器。 寄存器可以由觸發(fā)器組成，由于一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以存儲一位二進(jìn)制數(shù)碼，要存放N位二進(jìn)制數(shù)，就需要

40、N個觸發(fā)器。常用的有四位、八位、十六位等寄存器。 寄存器存放（輸入）和取出（輸出）數(shù)碼的方式有并行和串行兩種。 按功能不同,寄存器常分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器兩種。 下面請看置數(shù)演示數(shù)碼寄存器 Register，用于存放二進(jìn)制數(shù)碼。4 位 寄 存 器Q0 Q1 Q2Q3 Q0 Q1 Q2 Q3FF0FF1FF2FF3D0CPC1C1C11D1D1D R R R R D1 D2 D3 C11DCR1D1D1D1D 由D 觸發(fā)器構(gòu)成，因此能鎖存輸入數(shù)據(jù)。D0D1 D2D3RRRR1CR CR 為異步清零端，當(dāng) CR = 0 時，各觸發(fā)器均被置 0。寄存器工作時，CR 應(yīng)為高電平。 D0 D3 稱為

41、并行數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)時鐘 CP 上升沿到達(dá)時，D0 D3 被并行置入到 4 個觸發(fā)器中，使 Q3 Q2 Q1 Q0 = D3 D2 D1 D0。D0D1 D2D3D0D1 D2D3D0D1 D2D3在 CR = 1 且CP上升沿未到達(dá)時，各觸發(fā)器的狀態(tài)不變，即寄存的數(shù)碼保持不變。Q0 Q3 是同時輸出的，這種輸出方式稱并行輸出。Q0 Q1Q2 Q3數(shù)碼寄存器是具有接收數(shù)碼、存儲數(shù)碼功能的時序邏輯部件。5.2.2 移位寄存器在控制信號作用下，可實現(xiàn)右移也可實現(xiàn)左移。 雙向移位寄 存 器單向移位寄 存 器 左 移寄存器 右 移寄存器每輸入一個移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)碼依次向右移動 1 位。 每輸入

42、一個移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)碼依次向左移動 1 位。 Shift register用于存放數(shù)碼和使數(shù)碼根據(jù)需要向左或向右移位。1. 單向移位寄存器的結(jié)構(gòu)與工作原理右移輸入D0D1D3DID2右移輸出Q11D1D1D1DQ3Q0Q2C1C1C1C1FF1FF0FF2FF3移位脈沖CP右 移 位 寄 存 器 由 D 觸發(fā)器構(gòu)成。在 CP 上升沿作用下，串行輸入數(shù)據(jù) DI逐步被移入 FF0 中；同時，數(shù)據(jù)逐步被右移。D0=DI，D1=Q0，D2=Q1，D3= Q2。DI右移輸入D0Q0右移輸出D1D2D3Q1Q2Q31D1D1D1D1. 單向移位寄存器的結(jié)構(gòu)與工作原理設(shè)串行輸入數(shù)碼DI= 1011

43、，電路初態(tài)為 Q3Q2Q1Q0= 0000?？梢姡莆患拇嫫鞒四芗拇鏀?shù)碼外，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串、并行轉(zhuǎn)換。在 4 個移位脈沖作用下，串行輸入的 4 位數(shù)碼 1011 全部存入寄存器，并由 Q3、Q2、Q1 和 Q0 并行輸出。舉例說明工作原理CP011 1D0Q0Q1Q2Q31101RDRDDSLDSRCPCT74LS194Q0Q1Q2Q3M1M0D0D1D2D32. 雙向移位寄存器 74LS194Q3Q2Q1Q0SRSLM1M0D3D2D1D0移位脈沖輸入端右移串行數(shù)碼輸 入 端并行數(shù)碼輸入端左移串行數(shù)碼輸入端 工作方式控制端M1 M0 = 00 時，保持功能。M1 M0 = 01 時，右移

44、功能。M1 M0 = 10 時，左移功能。M1 M0 = 11 時，并行存入 功能。并行數(shù)據(jù)輸出端，從高位到低位依次為 Q3 Q0。異步置 0 端低電平有效74LS194的功能表d0000保 持01左移輸入00Q3Q2Q111左移輸入11Q3Q2Q11011右移輸入0Q2Q1Q000101右移輸入1Q2Q1Q011101并行置數(shù)d3d2d1d0d3d2d1111保 持01置零00000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0DSRDSLCPM0M1CR說明輸 出輸 入935. 6. 3 寄存器的應(yīng)用 移位寄存器在數(shù)字裝置中作為邏輯部件，應(yīng)用十分廣泛。除了在計算機中大量應(yīng)用于乘、除法所必須的移位操作及數(shù)

45、據(jù)存儲外，還可以用它作為數(shù)字延遲線，串行、并行數(shù)碼轉(zhuǎn)換器以及構(gòu)成各種環(huán)形計數(shù)器等。 94 如果把移位寄存器的輸出，以一定的方式反饋到第n位D觸發(fā)器Fn的輸入端Dn，則可構(gòu)成許多特殊編碼的移位寄存器型計數(shù)器。 2. 環(huán)形計數(shù)器 （1）電路組成 （2）工作原理 特性方程：狀態(tài)方程：（CP的上升沿有效） 是一個自循環(huán)的左移移位寄存器。 95狀態(tài)圖： 注：有效循環(huán)的四種狀態(tài)在每一個時刻，只有一個觸發(fā)器Q端作為電路的輸出狀態(tài)，且在連續(xù)的CP作用下，觸發(fā)器的Q端輪流出現(xiàn)矩形脈沖，故此電路又稱為環(huán)形脈沖分配器。如上例環(huán)形分配 “1”。 電路不能自啟動 （CP的上升沿有效）狀態(tài)方程：將上電路作如下改進(jìn)，可得能

46、夠自啟動電路。 97利用并行置數(shù)功能 S1S0 =11將電路初態(tài)置為Q3Q2Q1Q0 = D3D2D1D0 = 1000用移位寄存器CT74LS194 構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器CP12345678Q3Q2Q1Q0電路執(zhí)行左移功能。 來一個 CP 脈沖，各位左移一次，即 Q3 Q2 Q1 Q0。左移輸入信號 DSL 由 Q0 提供，因此能實現(xiàn)循環(huán)左移。順序脈沖寬度為一個 CP 周期。D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0S1S0DSLDSRCPCT74LS19411000Cr1110983. 扭環(huán)形計數(shù)器 扭環(huán)形計數(shù)器的結(jié)構(gòu)特點是：D0i，如圖示。狀態(tài)方程：（CP的上升沿有效）99狀態(tài)圖： 它有8個有效狀態(tài)，8個無效狀態(tài)，電路不能自啟動，工作時應(yīng)預(yù)先將計數(shù)器置成 0000 狀態(tài)。 狀態(tài)方程：（CP的上升沿有效）100將以上電路作如下改進(jìn)，可得能夠自啟動電路。驅(qū)動方程： 特性方程： 狀態(tài)方程： （CP上升沿有效）1