數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第5章_時(shí)序邏輯電路課件

1、第5章 時(shí)序邏輯電路5.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法 5.3 常用集成時(shí)序邏輯器件 5.4 應(yīng)用電路介紹5.1 時(shí)序邏輯電路的基本概念5.1 時(shí)序邏輯電路的基本概念1、時(shí)序電路的特點(diǎn)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、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，可以互相轉(zhuǎn)換。邏輯表達(dá)式有：狀態(tài)方程輸出方程激勵(lì)方程3、時(shí)序電路的分類（1） 根據(jù)時(shí)鐘分類同步時(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

2、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)輸出分類米利型時(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。電路圖時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)表或時(shí)序圖判斷電路邏輯功能12356.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序電路的分析步驟：計(jì)算4例時(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

3、的時(shí)鐘方程可省去不寫。驅(qū)動(dòng)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(dòng)方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：3計(jì)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(shí)序圖狀態(tài)圖5電路功能時(shí)序圖有效循環(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00

4、0開(kāi)始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生輸出Y1。解：由于在異步時(shí)序邏輯電路中，沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖，因此，分析時(shí)必須寫出時(shí)鐘方程。（1）時(shí)鐘方程： （時(shí)鐘脈沖源的上升沿觸發(fā)。） （當(dāng)FF0的Q0由01時(shí)，Q1才可能改變狀態(tài)，否則Q1將保持原狀態(tài)不變。）輸出方程： 驅(qū)動(dòng)方程： 例（2）將各驅(qū)動(dòng)方程代入D觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的 次態(tài)方程： （CP由01時(shí)此式有效） （Q0由01時(shí)此式有效）（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)圖、時(shí)序圖 （4）邏輯功能分析 由狀態(tài)圖可知：該電路一共有4個(gè)狀態(tài)00、01、10、11，在時(shí)鐘脈沖作用下，按照減1規(guī)律循環(huán)變化，所以是一個(gè)4進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，Z是借位信號(hào)。 在數(shù)字電路中，用來(lái)存放二進(jìn)制

5、數(shù)據(jù)或代碼的電路稱為寄存器。 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，可將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類?；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 常用集成時(shí)序邏輯器件5.3.1 寄存器1、數(shù)碼寄存器2、 移位寄存器（1）單向4位右移移位寄存器4位右移移位寄存器時(shí)鐘方程：驅(qū)動(dòng)方程：狀

6、態(tài)方程： 上移4位右移寄存器電路的時(shí)序圖 4位左移移位寄存器時(shí)鐘方程：驅(qū)動(dòng)方程：狀態(tài)方程： 下移（2）單向4位左移移位寄存器4位左移寄存器 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，寄存器便被清零。（3）雙向移位寄存器S=1時(shí)右移S=0時(shí)左移3、集成雙向移位寄存器74HC194在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路稱為

7、計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器5.3.2 計(jì)數(shù)器（1）同步3位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出方程：時(shí)鐘方程：1.二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器時(shí)序圖FF0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF1在Q0=1時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。FF2在Q0=Q1=1時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。電路圖由于沒(méi)有無(wú)效狀態(tài)，電路能自啟動(dòng)。推廣到n位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)方程輸出方程（2）同步3位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器選用3個(gè)CP

8、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出方程：時(shí)鐘方程：時(shí)序圖FF0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF2在Q0=Q1=0時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。FF1在Q0=0 (Q0=1)時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。電路圖由于沒(méi)有無(wú)效狀態(tài)，電路能自啟動(dòng)。推廣到n位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)方程輸出方程（3）同步3位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器設(shè)用U/D表示加減控制信號(hào)，且U/D0時(shí)作加計(jì)數(shù)，U/D 1時(shí)作減計(jì)數(shù)，則把二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程和U/D相與，把減法計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程和U/D相與，再把二者相加，便可得到二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程。輸出方程同步3位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器邏

9、輯電路圖 1）4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74HC161/163CR=0時(shí)異步清零。CR=1、LD=0時(shí)同步置數(shù)。CR=LD=1且CTT=CTP=1時(shí)，按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)行同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)。CR=LD=1且CTTCTP=0時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變。（4）集成二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 74HC161引腳圖和邏輯功能示意圖 74HC163的引腳排列和74HC161相同，不同之處是74HC163采用同步清零方式。74HC163 (手冊(cè)P80) 同步清零2)雙4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CD4520CR=1時(shí)，異步清零。CR=0、EN=1時(shí)，在CP脈沖上升沿作用下進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。CR=0、CP=0時(shí)，在EN脈沖

10、下降沿作用下進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。CR=0、EN=0或CR=0、CP=1時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變。 CD4520引腳圖和邏輯功能示意圖 3)4位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74HC191U/D是加減計(jì)數(shù)控制端；CT是使能端；LD是異步置數(shù)控制端；D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0Q3是計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出端；CO/BO是進(jìn)位借位信號(hào)輸出端；RC是多個(gè)芯片級(jí)聯(lián)時(shí)級(jí)間串行計(jì)數(shù)使能端，CT0，CO/BO1時(shí)，RCCP，由RC端產(chǎn)生的輸出進(jìn)位脈沖的波形與輸入計(jì)數(shù)脈沖的波形相同。74HC191引腳圖和邏輯功能示意圖 4) 4位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74HC193CR是異步清零端，高電平有效；LD是異步置數(shù)端，低電平有效；CP

11、U是加法計(jì)數(shù)脈沖輸入端；CPD是減法計(jì)數(shù)脈沖輸入端； D0D3并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0Q3計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出端； CO是進(jìn)位脈沖輸出端；BO是借位脈沖輸出端；多個(gè)74HC193級(jí)聯(lián)時(shí)，只要把低位的CO端、BO端分別與高位的CPU、CPD連接起來(lái)，各個(gè)芯片的CR端連接在一起，LD端連接在一起，就可以了。 74HC13引腳圖和邏輯功能示意圖 3位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。輸出方程：2.二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器時(shí)鐘方程：時(shí)序圖FF0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次，F(xiàn)F1在Q0由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)F2在Q1由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)。3個(gè)JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時(shí)就

12、有下降沿，不需要翻轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有下降沿，所以3個(gè)觸發(fā)器都應(yīng)接成T型。驅(qū)動(dòng)方程：電路圖3位二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。輸出方程：時(shí)鐘方程：時(shí)序圖FF0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次，F(xiàn)F1在Q0由0變1時(shí)翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)F2在Q1由0變1時(shí)翻轉(zhuǎn)。3個(gè)JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時(shí)就有下降沿，不需要翻轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有下降沿，所以3個(gè)觸發(fā)器都應(yīng)接成T型。驅(qū)動(dòng)方程：電路圖二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器級(jí)間連接規(guī)律4位集成二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器74HC197CR=0時(shí)異步清零。CR=1、CT/LD=0時(shí)異步置數(shù)。CR=CT/LD=1時(shí)，異步加法計(jì)數(shù)。若將輸入時(shí)鐘脈沖CP加在CP0端

13、、把Q0與CP1連接起來(lái)，則構(gòu)成4位二進(jìn)制即16進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器。若將CP加在CP1端，則構(gòu)成3位二進(jìn)制即8進(jìn)制計(jì)數(shù)器，F(xiàn)F0不工作。如果只將CP加在CP0端，CP1接0或1，則形成1位二進(jìn)制即二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。選用4個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。狀態(tài)圖輸出方程：時(shí)鐘方程：十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)方程電路圖比較，得驅(qū)動(dòng)方程：將無(wú)效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動(dòng)。十進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器選用4個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。狀態(tài)圖輸出方程：時(shí)鐘方

14、程：狀態(tài)方程次態(tài)卡諾圖比較，得驅(qū)動(dòng)方程：將無(wú)效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動(dòng)。電路圖（3）十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器（4）集成十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同，不同的是，74HC160和74HC162是十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，而74HC161和74HC163是4位二進(jìn)制（16進(jìn)制）同步加法計(jì)數(shù)器。此外，74HC160和74HC162的區(qū)別是，74HC160采用的是異步清零方式，而74HC162采用的是同步清零方式。 741HC90是單時(shí)鐘集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，其

15、引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC191相同。 74HC192是雙時(shí)鐘集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC193相同。 把前面介紹的十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器用與或門組合起來(lái)，并用U/D作為加減控制信號(hào)，即可獲得十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。（4）集成十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同，不同的是，74HC160和74HC162是十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，而74HC161和74HC163是4位二進(jìn)制（16進(jìn)制）同步加法計(jì)數(shù)器。此外，74HC160和74HC162的區(qū)別是，74HC160采用的是異步清零方式，

16、而74HC162采用的是同步清零方式。 741HC90是單時(shí)鐘集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC191相同。 74HC192是雙時(shí)鐘集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC193相同。集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74HC901、用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計(jì)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(jì)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(hào)的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。（1）寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。（2）求歸零邏輯，即求異步清零端或置數(shù)控制端信號(hào)的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。利用集成計(jì)數(shù)器的清

17、零端和置數(shù)端實(shí)現(xiàn)歸零，從而構(gòu)成按自然態(tài)序進(jìn)行計(jì)數(shù)的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。在前面介紹的集成計(jì)數(shù)器中，清零、置數(shù)均采用同步方式的有74HC163；均采用異步方式的有74HC193、74HC197、74HC192；清零采用異步方式、置數(shù)采用同步方式的有74HC161、74HC160；有的只具有異步清零功能，如CC4520、74HC190、74HC191；74LS90則具有異步清零和異步置9功能。 4N進(jìn)制計(jì)數(shù)器用74HC163來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（3）畫連線圖。SN-1S12-1S111011（2）求歸零邏輯。例（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。用74HC197來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（3）畫連線圖。SNS121100（2）求歸零邏輯。例（1）寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。用74HC161來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。SNS121100例SN-1S111011（4）提高歸零可靠性的方法（5）計(jì)數(shù)器容量的擴(kuò)展異步計(jì)數(shù)器一般沒(méi)有專門的進(jìn)位信號(hào)輸出端，通常可以用本級(jí)的高位輸出信號(hào)