數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程課件第5章時(shí)序邏輯電路

1、 第 五 章時(shí) 序 邏 輯 電 路共六十頁 教學(xué)內(nèi)容5.1 概述(i sh)5.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法5.3 若干常用的時(shí)序邏輯電路共六十頁 教學(xué)要求 一.重點(diǎn)掌握(zhngw)的內(nèi)容：（1）時(shí)序邏輯電路(lu j din l)的概念及電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（2）同步時(shí)序電路的一般分析方法；（3）同步計(jì)數(shù)器的一般分析方法；（4）會用置零法和置數(shù)法構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。二.一般掌握的內(nèi)容：同步、異步的概念，電路現(xiàn)態(tài)、次態(tài)、有效狀態(tài)、無效狀態(tài)、有效循環(huán)、無效循環(huán)、自啟動的概念，寄存的概念.共六十頁5.1 概述(i sh) 一、組合電路(dinl)與時(shí)序電路(dinl)的區(qū)別1. 組合電路：電路的輸出只與

2、電路的輸入有關(guān)，與電路的前一時(shí)刻的狀態(tài)無關(guān)。2. 時(shí)序電路：電路在某一給定時(shí)刻的輸出取決于該時(shí)刻電路的輸入還取決于前一時(shí)刻電路的狀態(tài)由觸發(fā)器保存時(shí)序電路：組合電路+觸發(fā)器電路的狀態(tài)與時(shí)間順序有關(guān)共六十頁 時(shí)序電路在任何時(shí)刻的穩(wěn)定輸出，不僅與該時(shí)刻的輸入信號有關(guān)，而且還與電路(dinl)原來的狀態(tài)有關(guān)。構(gòu)成時(shí)序邏輯電路(lu j din l)的基本單元是觸發(fā)器。共六十頁x1y1y2JKQ1Q2x21J1KC1CP共六十頁 二、時(shí)序邏輯電路(lu j din l)的分類：按動作(dngzu)特點(diǎn)可分為同步時(shí)序邏輯電路異步時(shí)序邏輯電路所有觸發(fā)器狀態(tài)的變化都是在同一時(shí)鐘信號操作下同時(shí)發(fā)生。觸發(fā)器共用一

3、個(gè)時(shí)鐘 CP觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同時(shí)發(fā)生。電路中所有觸發(fā)器沒有共用一個(gè) CP。共六十頁按輸出特點(diǎn)(tdin)可分為米利型時(shí)序(sh x)邏輯電路穆爾型時(shí)序邏輯電路輸出不僅取決于存儲電路的狀態(tài)，而且還決定于電路當(dāng)前的輸入。輸出僅決定于存儲電路的狀態(tài)，與電路當(dāng)前的輸入無關(guān)。共六十頁Y(tn)輸出CPX(tn)輸入存儲電路組合電路組合電路存儲電路Y(tn)輸出WQX(tn)輸入組合電路CPMealy型Moore型共六十頁三、時(shí)序邏輯電路(lu j din l)的功能描述方法邏輯方程組狀態(tài)表卡諾圖狀態(tài)圖時(shí)序圖邏輯圖 共六十頁特性方程：描述觸發(fā)器邏輯功能的邏輯表達(dá)式。時(shí)鐘(shzhng)方程：控制時(shí)鐘(

4、shzhng)CLK的邏輯表達(dá)式。驅(qū)動方程：（激勵方程）觸發(fā)器輸入信號的邏輯 表達(dá)式。狀態(tài)方程：（次態(tài)方程）次態(tài)輸出的邏輯表達(dá)式。 驅(qū)動方程代入特性方程得狀態(tài)方程。輸出方程：輸出變量的邏輯表達(dá)式。1. 邏輯(lu j)方程組共六十頁2. 狀態(tài)表反映輸出Y、次態(tài)Qn+1與輸入X、現(xiàn)態(tài)Qn之間關(guān)系(gun x)的表格。共六十頁3. 狀態(tài)圖反映(fnyng)時(shí)序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律，及相應(yīng)輸入、輸出取值關(guān)系的圖形。箭尾：現(xiàn)態(tài)箭頭(jintu)：次態(tài)標(biāo)注：輸入輸出共六十頁4. 時(shí)序(sh x)圖 時(shí)序圖又叫工作波形圖，它用波形(b xn)的形式形象地表達(dá)了輸入信號、輸出信號、電路的狀態(tài)等的取值在時(shí)間上的對

5、應(yīng)關(guān)系。 這四種方法從不同側(cè)面突出了時(shí)序電路邏輯功能的特點(diǎn)，它們在本質(zhì)上是相同的，可以互相轉(zhuǎn)換。共六十頁電路圖時(shí)鐘方程(fngchng)、驅(qū)動方程(fngchng)和輸出方程(fngchng)狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)表時(shí)序(sh x)圖15時(shí)序電路的分析步驟：45.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法2將驅(qū)動方程代入特性方程判斷電路邏輯功能,檢查自啟動3計(jì)算共六十頁幾個(gè)(j )概念有效(yuxio)狀態(tài)：在時(shí)序電路中，凡是被利用了的狀態(tài)。有效循環(huán)：有效狀態(tài)構(gòu)成的循環(huán)。無效狀態(tài)：在時(shí)序電路中，凡是沒有被利用的狀態(tài)。無效循環(huán)：無效狀態(tài)若形成循環(huán)，則稱為無效循環(huán)。自啟動：在CP作用下，無效狀態(tài)能自動地進(jìn)入到有效循

6、環(huán)中，則稱電路能自啟動，否則稱不能自啟動。共六十頁時(shí)序電路時(shí)鐘方程驅(qū)動方程狀態(tài)表狀態(tài)圖時(shí)序圖CP觸發(fā)沿特性方程輸出方程狀態(tài)方程計(jì)算共六十頁1J1KC11J1KC11J1KC1&FF1FF0FF2CPY時(shí)鐘(shzhng)方程輸出(shch)方程驅(qū)動方程特性方程(同步)(Moore 型)同步時(shí)序電路，時(shí)鐘方程省去共六十頁計(jì)算，列狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換表畫狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換圖010101/1無效狀態(tài)和無效循環(huán)000001/1011/1111/1110/1100/1/0/1有效狀態(tài)和有效循環(huán)CP下降沿觸發(fā)共六十頁1 2 3 4 5 6CPQ2Q1Q00000010111111101000

7、00Y共六十頁共六十頁共六十頁異步時(shí)序(sh x)邏輯電路共六十頁5.3 若干(rugn)常用的時(shí)序邏輯電路寄存器和移位(y wi)寄存器 一、寄存器 在數(shù)字電路中，用來存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路稱為寄存器。 寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構(gòu)成的。一個(gè)觸發(fā)器可以存儲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)器來構(gòu)成。共六十頁 寄存器是用來存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路，是一種基本時(shí)序電路。任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)都必須把需要處理的數(shù)據(jù)和代碼先寄存起來，以便隨時(shí)取用。 寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類?；炯拇嫫鞯臄?shù)據(jù)只能并行輸入、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

8、依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)可以并行輸入、并行輸出，串行輸入、串行輸出，并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出。共六十頁 寄存器的應(yīng)用很廣，特別是移位寄存器，不僅可將串行數(shù)碼轉(zhuǎn)換成并行數(shù)碼，或?qū)⒉⑿袛?shù)碼轉(zhuǎn)換成串行數(shù)碼，還可以很方便地構(gòu)成移位寄存器型計(jì)數(shù)器和順序脈沖發(fā)生器等電路。共六十頁同步(tngb)觸發(fā)器構(gòu)成4位寄存器邊沿觸發(fā)器構(gòu)成（1）清零。 ，異步清零。即有：（2）送數(shù)。 時(shí)，CLK上升沿送數(shù)。即有：（3）保持。在 、 CLK上升沿以外時(shí)間，寄存器內(nèi)容將保持不變。共六十頁二、移位(y wi)寄存器單向(dn xin)移位寄存器0010010011110110101 經(jīng)過4個(gè)CLK信號以后，串

9、行輸入的4位代碼全部移入寄存器中，同時(shí)在4個(gè)觸發(fā)器輸出端得到并行輸出代碼。 首先將4位數(shù)據(jù)并行置入移位寄存器的4個(gè)觸發(fā)器中，經(jīng)過4個(gè)CP,4位代碼將從串行輸出端依次輸出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行串行轉(zhuǎn)換。共六十頁單向移位寄存器具有(jyu)以下主要特點(diǎn)：（1）單向移位寄存器中的數(shù)碼，在CLK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)CLK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)CLK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)CLK脈沖后， 寄存器便被清零。共六十頁雙向移位(y wi)寄存器共六十頁

10、2片74LS194A接成8位雙向移位(y wi)寄存器共六十頁Q0 Q1 Q2 Q3 DIR D0 D1 D2 D3 DIL RDS1S0CLK74LS194用雙向移位(y wi)寄存器74LS194組成節(jié)日彩燈控制電路+5V+5VS1=0,S0=1右移(yu y)控制+5V CLK1秒Q=0時(shí)LED亮清0按鍵1k二極管發(fā)光LEDQ0 Q1 Q2 Q3 DIR D0 D1 D2 D3 DIL RDS1S0CLK74LS194共六十頁計(jì)數(shù)器 能夠記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路(dinl)稱為計(jì)數(shù)器。另外還有分頻、定時(shí)、數(shù)字運(yùn)算等功能。分類(fn li)：按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器是否同時(shí)翻轉(zhuǎn)同步計(jì)數(shù)器（速度快）異

11、步計(jì)數(shù)器共六十頁按計(jì)數(shù)器容量（模）二進(jìn)制（碼）計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)器中的數(shù)字增減加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器共六十頁計(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(jif)計(jì)數(shù)器同步(tngb)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)器共六十頁n位二進(jìn)制同步(tngb)加法計(jì)數(shù)器的電路連接規(guī)律：驅(qū)動(q dn)方程輸出方程一、同步計(jì)數(shù)器共六十頁4位二進(jìn)制同步(tngb)加法計(jì)數(shù)器 若計(jì)數(shù)脈沖頻率(pnl)為f0，則Q0、Q1、Q2、Q3端輸出脈沖的頻率依次為f0的1/2、1/4、1/8、1/16。因此又稱為分頻器。共

12、六十頁實(shí)際生產(chǎn)的芯片中，通常還附加一些控制電路，以增加電路的功能和使用的靈活性，通常的附加功能有：置0、置數(shù)、保持。異步置0：置0端出現(xiàn)低電平，觸發(fā)器立即置0，不受時(shí)鐘控制。 同步置0：置0端出現(xiàn)低電平，要等時(shí)鐘信號到達(dá)(dod)才能置0.異步置數(shù)：不須等待時(shí)鐘脈沖，就能置數(shù)。同步置數(shù)：必須等待時(shí)鐘到達(dá)，才能置數(shù)。共六十頁4位集成(j chn)二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161/163共六十頁4位同步(tngb)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161功能表74161具有異步清零和同步(tngb)置數(shù)功能.共六十頁4位同步(tngb)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74163功能表74163具有同步清零(qn ln)和同步置數(shù)功能

13、.74LS163的引腳排列和74LS161相同，不同之處是74LS163采用同步清零方式。共六十頁驅(qū)動(q dn)方程輸出(shch)方程n位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器的連接規(guī)律：共六十頁4位集成(j chn)二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS191預(yù)置(y zh)數(shù)控制端使能端加減控制端串行時(shí)鐘輸出共六十頁4位同步(tngb)二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS191功能表74LS191具有(jyu)異步置數(shù)功能.共六十頁雙時(shí)鐘(shzhng)加/減計(jì)數(shù)器74LS19374LS193具有(jyu)異步清零和異步置數(shù)功能.共六十頁2、同步(tngb)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器:在同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上修改(

14、xigi)而來.典型芯片74160，P325共六十頁三、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成(guchng)方法 利用現(xiàn)有的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意(rny)進(jìn)制（M）計(jì)數(shù)器時(shí)，如果MN，則要多片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)方法置零法置數(shù)法共六十頁置零法：適用于有清零輸入端的集成計(jì)數(shù)器。原理是不管輸出處于哪一狀態(tài)，只要在清零輸入端加一有效電平電壓，輸出會立即從那個(gè)狀態(tài)回到0000狀態(tài)，清零信號消失后，計(jì)數(shù)器又可以從0000開始重新計(jì)數(shù)。 共六十頁置數(shù)法：適用于具有預(yù)置功能的集成計(jì)數(shù)器。對于具有預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器而言，在其計(jì)數(shù)過程中，可以將它輸出的任意一個(gè)狀態(tài)通過譯碼，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置數(shù)控制信號反饋至預(yù)置數(shù)控制端，在下一個(gè)CLK

15、脈沖作用后，計(jì)數(shù)器會把預(yù)置數(shù)輸入端D0D1D2D3的狀態(tài)置入輸出端。預(yù)置數(shù)控制信號消失后，計(jì)數(shù)器就從被置入的狀態(tài)開始重新計(jì)數(shù)。共六十頁（a）置零法 （b）置數(shù)法共六十頁例6.3.2解：置零法 74LS160具有(jyu)異步清零功能Q3Q2Q1Q00000000100100011010001010110當(dāng)MN時(shí)，需用(x yn)多片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合實(shí)現(xiàn)串行進(jìn)位方式(fngsh)、并行進(jìn)位方式(fngsh)、 整體置零方式、整體置數(shù)方式 若M可分解為M=N1N2(N1、N2均小于N），可采用連接方式有： 若M為大于N的素?cái)?shù)，不可分解，則其連接方式只有： 整體置零方式、整體置數(shù)方式共六十頁串行進(jìn)位

16、方式：以低位片的進(jìn)位信號作為高位片的時(shí)鐘(shzhng)輸入信號。并行進(jìn)位方式：以低位片的進(jìn)位信號作為高位片的工作狀態(tài)(zhungti)控制信號。整體置零方式：首先將兩片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器按最簡單的方式接成一個(gè)大于M進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，然后在計(jì)數(shù)器記為M狀態(tài)時(shí)使RD=0，將兩片計(jì)數(shù)器同時(shí)置零。整體置數(shù)方式：首先將兩片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器按最簡單的方式接成一個(gè)大于M進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，然后在某一狀態(tài)下使LD=0，將兩片計(jì)數(shù)器同時(shí)置數(shù)成適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，獲得M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。共六十頁例6.3.3 用兩片同步(tngb)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器.解：并行(bngxng)進(jìn)位方式共六十頁內(nèi)容摘要第 五 章。（4）會用置零法和置數(shù)法構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。特性方程：描述(mio sh)觸發(fā)器邏輯功能的邏輯表達(dá)式。時(shí)鐘方程：控制時(shí)鐘