第4章時(shí)序邏輯電路

第四章時(shí)序邏輯電路學(xué)習(xí)要點(diǎn)：觸發(fā)器的邏輯功能及使用時(shí)序電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法計(jì)數(shù)器、寄存器等中規(guī)模集成電路的邏輯功能和使用方法2/6/20231華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝第4章時(shí)序邏輯電路4.1觸發(fā)器4.2時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法4.3時(shí)序單元電路及時(shí)序MSI應(yīng)用退出2/6/20232華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.1觸發(fā)器4.1.1基本RS觸發(fā)器4.1.2時(shí)鐘觸發(fā)器的功能4.1.3時(shí)鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式退出4.1.4集成觸發(fā)器4.1.5不同類型觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換2/6/20233華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯部件。它有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。所以，觸發(fā)器可以記憶1位二值信號(hào)。根據(jù)邏輯功能的不同，觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T和T′觸發(fā)器；按照結(jié)構(gòu)形式的不同，又可分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。2/6/20234華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.1.1基本RS觸發(fā)器電路組成和邏輯符號(hào)信號(hào)輸入端，低電平有效。信號(hào)輸出端，Q=0、Q=1的狀態(tài)稱0狀態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱1狀態(tài)，2/6/20235華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝工作原理RSQ10011

00①R=0、S=1時(shí)：由于R=0，不論原來(lái)Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置0或復(fù)位。R端稱為觸發(fā)器的置0端或復(fù)位端。2/6/20236華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝0110RSQ100②R=1、S=0時(shí)：由于S=0，不論原來(lái)Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置1或置位。S端稱為觸發(fā)器的置1端或置位端。0

112/6/20237華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝1110③R=1、S=1時(shí)：根據(jù)與非門的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來(lái)的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲(chǔ)起來(lái)，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。RSQ1000111

1不變102/6/20238華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝0011RSQ10001111不變0

0不定？④R=0、S=0時(shí)：Q=Q=1，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門延遲時(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)撤除后，將不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件。2/6/20239華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝特性表（真值表）現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。2/6/202310華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝次態(tài)Qn+1的卡諾圖特性方程觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式2/6/202311華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖01×1/1×/10/01/①當(dāng)觸發(fā)器處在0狀態(tài)，即Qn=0時(shí)，若輸入信號(hào)＝01或11，觸發(fā)器仍為0狀態(tài)；RS②當(dāng)觸發(fā)器處在1狀態(tài)，即Qn=1時(shí)，若輸入信號(hào)＝10或11，觸發(fā)器仍為1狀態(tài)；RSRS若＝10，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為1狀態(tài)。RS若＝01，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為0狀態(tài)。2/6/202312華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝波形圖反映觸發(fā)器輸入信號(hào)取值和狀態(tài)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖形稱為波形圖RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許不確定2/6/202313華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)（1）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號(hào)狀態(tài)有關(guān)，而且與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。（2）電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在無(wú)外來(lái)觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，電路將保持原狀態(tài)不變。（3）在外加觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)置0或置1。（4）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個(gè)輸出端的狀態(tài)和必須是互補(bǔ)關(guān)系，即有約束條件。在數(shù)字電路中，凡根據(jù)輸入信號(hào)R、S情況的不同，具有置0、置1和保持功能的電路，都稱為RS觸發(fā)器。2/6/202314華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝集成基本RS觸發(fā)器EN＝1時(shí)工作EN＝0時(shí)禁止1S2S2/6/202315華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.1.2時(shí)鐘觸發(fā)器的功能1、同步RS觸發(fā)器RSCP＝0時(shí)，R=S=1，觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變。CP＝1時(shí)，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。2/6/202316華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝特性表特性方程CP=1期間有效2/6/202317華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝主要特點(diǎn)波形圖（1）時(shí)鐘電平控制。在CP＝1期間接收輸入信號(hào)，CP＝0時(shí)狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對(duì)觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變?cè)黾恿藭r(shí)間控制。（2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和S同時(shí)為1的情況，否則會(huì)使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變2/6/202318華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、同步JK觸發(fā)器CP=1期間有效將S=JQn、R=KQn代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步JK觸發(fā)器的特性方程：2/6/202319華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝特性表JK=00時(shí)不變JK=01時(shí)置0JK=10時(shí)置1JK=11時(shí)翻轉(zhuǎn)2/6/202320華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)圖波形圖在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)J、K情況的不同，具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，都稱為JK觸發(fā)器。2/6/202321華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3、同步D觸發(fā)器（D鎖存器）CP=1期間有效將S=D、R=D代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：2/6/202322華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)圖波形圖在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)D情況的不同，具有置0、置1功能的電路，都稱為D觸發(fā)器。2/6/202323華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝集成同步D觸發(fā)器CP1、2CP3、4POL＝1時(shí)，CP＝1有效，鎖存的內(nèi)容是CP下降沿時(shí)刻D的值；POL＝0時(shí)，CP＝0有效，鎖存的內(nèi)容是CP上升沿時(shí)刻D的值。2/6/202324華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.1.3時(shí)鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式1、主從RS觸發(fā)器工作原理（1）接收輸入信號(hào)過(guò)程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門G7、G8打開(kāi)，接收輸入信號(hào)R、S，有：

從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。102/6/202325華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝01（2）輸出信號(hào)過(guò)程CP下降沿到來(lái)時(shí)，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲(chǔ)起來(lái)。同時(shí)，從觸發(fā)器控制門G3、G4被打開(kāi)，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、Q的值當(dāng)然不可能改變。CP下降沿到來(lái)時(shí)有效特性方程2/6/202326華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝邏輯符號(hào)電路特點(diǎn)主從RS觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問(wèn)題，具有CP＝1期間接收輸入信號(hào)，CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。但其仍然存在著約束問(wèn)題，即在CP＝1期間，輸入信號(hào)R和S不能同時(shí)為1。2/6/202327華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、主從JK觸發(fā)器代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程：將主從JK觸發(fā)器沒(méi)有約束。2/6/202328華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝特性表時(shí)序圖2/6/202329華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝電路特點(diǎn)邏輯符號(hào)①主從JK觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問(wèn)題，具有CP＝1期間接收輸入信號(hào)，CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。②輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。③存在一次變化問(wèn)題。2/6/202330華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置1100011112/6/202331華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)2/6/202332華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝集成主從JK觸發(fā)器低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā)2/6/202333華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問(wèn)題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP＝1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進(jìn)一步提高。2/6/202334華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝二、邊沿觸發(fā)器1、邊沿D觸發(fā)器工作原理（1）CP＝0時(shí)，門G7、G8被封鎖，門G3、G4打開(kāi)，從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器Q=Qm、Q=Qm，輸入信號(hào)D不起作用。（2）CP＝1時(shí)，門G7、G8打開(kāi)，門G3、G4被封鎖，從觸發(fā)器狀態(tài)不變，主觸發(fā)器的狀態(tài)跟隨輸入信號(hào)D的變化而變化，即在CP＝1期間始終都有Qm=D。2/6/202335華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝下降沿時(shí)刻有效（3）CP下降沿到來(lái)時(shí)，封鎖門G7、G8，打開(kāi)門G3、G4，主觸發(fā)器鎖存CP下降時(shí)刻D的值，即Qm=D，隨后將該值送入從觸發(fā)器，使Q=D、Q=D。（4）CP下降沿過(guò)后，主觸發(fā)器鎖存的CP下降沿時(shí)刻D的值被保存下來(lái)，而從觸發(fā)器的狀態(tài)也將保持不變。綜上所述，邊沿D觸發(fā)器的特性方程為：邊沿D觸發(fā)器沒(méi)有一次變化問(wèn)題。2/6/202336華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝邏輯符號(hào)2/6/202337華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝集成邊沿D觸發(fā)器注意：CC4013的異步輸入端RD和SD為高電平有效。CP上升沿觸發(fā)2/6/202338華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、邊沿JK觸發(fā)器CP下降沿時(shí)刻有效2/6/202339華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝邊沿JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)邊沿JK觸發(fā)器的特點(diǎn)①邊沿觸發(fā)，無(wú)一次變化問(wèn)題。②功能齊全，使用方便靈活。③抗干擾能力極強(qiáng)，工作速度很高。2/6/202340華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝集成邊沿JK觸發(fā)器①74LS112為CP下降沿觸發(fā)。②CC4027為CP上升沿觸發(fā)，且其異步輸入端RD和SD為高電平有效。注意2/6/202341華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.1.5不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換步驟：（1）寫(xiě)出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。（2）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特性方程一致。（3）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個(gè)方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫(huà)出邏輯電路圖。轉(zhuǎn)換方法：利用令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯。2/6/202342華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝1、將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T和T＇觸發(fā)器JK觸發(fā)器→RS觸發(fā)器RS觸發(fā)器特性方程變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：2/6/202343華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝比較，得：電路圖2/6/202344華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝JK觸發(fā)器→D觸發(fā)器寫(xiě)出D觸發(fā)器的特性方程，并進(jìn)行變換，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖2/6/202345華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)T取值的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當(dāng)T＝0時(shí)能保持狀態(tài)不變，T＝1時(shí)一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T觸發(fā)器。特性表邏輯符號(hào)2/6/202346華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝T觸發(fā)器特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖2/6/202347華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)圖時(shí)序圖2/6/202348華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝JK觸發(fā)器→T＇觸發(fā)器在數(shù)字電路中，凡每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次的電路，都稱為T＇觸發(fā)器。特性表邏輯符號(hào)2/6/202349華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝T＇觸發(fā)器特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖變換T＇觸發(fā)器的特性方程：2/6/202350華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)圖時(shí)序圖2/6/202351華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、將D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK、T和T＇觸發(fā)器D觸發(fā)器→JK觸發(fā)器2/6/202352華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝D觸發(fā)器→T觸發(fā)器2/6/202353華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝D觸發(fā)器→T＇觸發(fā)器2/6/202354華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝本節(jié)小結(jié)：

觸發(fā)器是數(shù)字電路的極其重要的基本單元。觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外界信號(hào)作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)態(tài)；無(wú)外界信號(hào)作用時(shí)狀態(tài)保持不變。因此，觸發(fā)器可以作為二進(jìn)制存儲(chǔ)單元使用。觸發(fā)器的邏輯功能可以用真值表、卡諾圖、特性方程、狀態(tài)圖和波形圖等5種方式來(lái)描述。觸發(fā)器的特性方程是表示其邏輯功能的重要邏輯函數(shù)，在分析和設(shè)計(jì)時(shí)序電路時(shí)常用來(lái)作為判斷電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的依據(jù)。各種不同邏輯功能的觸發(fā)器的特性方程為：RS觸發(fā)器：Qn+1=S+RQn，其約束條件為：RS＝0JK觸發(fā)器：Qn+1=JQn+KQnD觸發(fā)器：Qn+1=DT觸發(fā)器：Qn+1=TQn+TQnT＇觸發(fā)器：Qn+1=Qn

同一種功能的觸發(fā)器，可以用不同的電路結(jié)構(gòu)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)；反過(guò)來(lái)，同一種電路結(jié)構(gòu)形式，可以構(gòu)成具有不同功能的各種類型觸發(fā)器。2/6/202355華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.2時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法4.2.1時(shí)序邏輯電路概述退出4.2.2時(shí)序邏輯電路的分析方法4.2.3時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法2/6/202356華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.2.1時(shí)序邏輯電路概述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)。2/6/202357華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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：輸出方程狀態(tài)方程激勵(lì)方程2/6/202358華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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。2/6/202359華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝電路圖時(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12354.2.2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42/6/202360華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝例時(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)序電路的時(shí)鐘方程可省去不寫(xiě)。驅(qū)動(dòng)方程：1寫(xiě)方程式2/6/202361華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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：2/6/202362華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3計(jì)算、列狀態(tài)表000001010011100101110111001011101111000010100110000011002/6/202363華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4畫(huà)狀態(tài)圖、時(shí)序圖狀態(tài)圖2/6/202364華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝5電路功能時(shí)序圖有效循環(huán)的6個(gè)狀態(tài)分別是0～5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：000→001→011→111→110→100→000→…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Y＝1。2/6/202365華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝例輸出方程：輸出與輸入有關(guān)，為米利型時(shí)序電路。同步時(shí)序電路，時(shí)鐘方程省去。驅(qū)動(dòng)方程：1寫(xiě)方程式2/6/202366華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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(dòng)方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：2/6/202367華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3計(jì)算、列狀態(tài)表2/6/202368華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝45電路功能由狀態(tài)圖可以看出，當(dāng)輸入X＝0時(shí)，在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，電路的4個(gè)狀態(tài)按遞增規(guī)律循環(huán)變化，即：00→01→10→11→00→…當(dāng)X＝1時(shí)，在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，電路的4個(gè)狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：00→11→10→01→00→…可見(jiàn)，該電路既具有遞增計(jì)數(shù)功能，又具有遞減計(jì)數(shù)功能，是一個(gè)2位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。畫(huà)狀態(tài)圖時(shí)序圖2/6/202369華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝例電路沒(méi)有單獨(dú)的輸出，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：1寫(xiě)方程式2/6/202370華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2求狀態(tài)方程D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：2/6/202371華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3計(jì)算、列狀態(tài)表2/6/202372華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝45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：000→111→110→101→100→011→010→001→000→…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2/6/202373華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝設(shè)計(jì)要求原始狀態(tài)圖最簡(jiǎn)狀態(tài)圖畫(huà)電路圖檢查電路能否自啟動(dòng)12464.2.3時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法時(shí)序電路的設(shè)計(jì)步驟：選觸發(fā)器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)方程5狀態(tài)分配3化簡(jiǎn)2/6/202374華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝例1建立原始狀態(tài)圖設(shè)計(jì)一個(gè)按自然態(tài)序變化的7進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)規(guī)則為逢七進(jìn)益，產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出。狀態(tài)化簡(jiǎn)2狀態(tài)分配3已經(jīng)最簡(jiǎn)。已是二進(jìn)制狀態(tài)。2/6/202375華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4選觸發(fā)器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)方程因需用3位二進(jìn)制代碼，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。由于要求采用同步方案，故時(shí)鐘方程為：輸出方程：2/6/202376華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)方程不化簡(jiǎn)，以便使之與JK觸發(fā)器的特性方程的形式一致。2/6/202377華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝比較，得驅(qū)動(dòng)方程：電路圖52/6/202378華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝檢查電路能否自啟動(dòng)6將無(wú)效狀態(tài)111代入狀態(tài)方程計(jì)算：可見(jiàn)111的次態(tài)為有效狀態(tài)000，電路能夠自啟動(dòng)。2/6/202379華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，當(dāng)連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上1時(shí)，電路的輸出為1，其它情況下輸出為0。例如：輸入X 101100111011110輸入Y 000000001000110例1建立原始狀態(tài)圖S0S1S2S3設(shè)電路開(kāi)始處于初始狀態(tài)為S0。第一次輸入1時(shí)，由狀態(tài)S0轉(zhuǎn)入狀態(tài)S1，并輸出0；1/0X/Y若繼續(xù)輸入1，由狀態(tài)S1轉(zhuǎn)入狀態(tài)S2，并輸出0；1/0如果仍接著輸入1，由狀態(tài)S2轉(zhuǎn)入狀態(tài)S3，并輸出1；1/1此后若繼續(xù)輸入1，電路仍停留在狀態(tài)S3，并輸出1。1/1電路無(wú)論處在什么狀態(tài)，只要輸入0，都應(yīng)回到初始狀態(tài)，并輸出0，以便重新計(jì)數(shù)。0/00/00/00/02/6/202380華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝原始狀態(tài)圖中，凡是在輸入相同時(shí)，輸出相同、要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也相同的狀態(tài)，稱為等價(jià)狀態(tài)。狀態(tài)化簡(jiǎn)就是將多個(gè)等價(jià)狀態(tài)合并成一個(gè)狀態(tài)，把多余的狀態(tài)都去掉，從而得到最簡(jiǎn)的狀態(tài)圖。狀態(tài)化簡(jiǎn)2狀態(tài)分配3所得原始狀態(tài)圖中，狀態(tài)S2和S3等價(jià)。因?yàn)樗鼈冊(cè)谳斎霝?時(shí)輸出都為1，且都轉(zhuǎn)換到次態(tài)S3；在輸入為0時(shí)輸出都為0，且都轉(zhuǎn)換到次態(tài)S0。所以它們可以合并為一個(gè)狀態(tài)，合并后的狀態(tài)用S2表示。S0=00S1=01S2=102/6/202381華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4選觸發(fā)器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)方程選用2個(gè)CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1表示。采用同步方案，即取：輸出方程狀態(tài)方程2/6/202382華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝比較，得驅(qū)動(dòng)方程：電路圖5檢查電路能否自啟動(dòng)6將無(wú)效狀態(tài)11代入輸出方程和狀態(tài)方程計(jì)算：電路能夠自啟動(dòng)。2/6/202383華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝例設(shè)計(jì)一個(gè)異步時(shí)序電路，要求如右圖所示狀態(tài)圖。4選觸發(fā)器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)方程選用3個(gè)CP上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。輸出方程2/6/202384華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝次態(tài)卡諾圖時(shí)鐘方程：FF0每輸入一個(gè)CP翻轉(zhuǎn)一次，只能選CP。選擇時(shí)鐘脈沖的一個(gè)基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。FF1在t2、t4時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。FF2在t4、t6時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。2/6/202385華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2/6/202386華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝電路圖5檢查電路能否自啟動(dòng)6將無(wú)效狀態(tài)110、111代入輸出方程和狀態(tài)方程計(jì)算：電路能夠自啟動(dòng)。特性方程：2/6/202387華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝本節(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)，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。 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。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控制。 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6種方法來(lái)描述，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；而時(shí)序電路的設(shè)計(jì)，在畫(huà)出狀態(tài)圖后，其余就是由狀態(tài)圖到邏輯圖的轉(zhuǎn)換。2/6/202388華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.3時(shí)序單元電路及時(shí)序MSI應(yīng)用4.3.1計(jì)數(shù)器退出4.3.2寄存器4.3.3順序脈沖發(fā)生器2/6/202389華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.3.1計(jì)數(shù)器一、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器退出二、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器三、N進(jìn)制計(jì)數(shù)器2/6/202390華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路稱為計(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······2/6/202391華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝一、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器1、二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器3位二進(jìn)制同步加法計(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：2/6/202392華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝時(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)。2/6/202393華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝電路圖由于沒(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2/6/202394華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3位二進(jìn)制同步減法計(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：2/6/202395華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝時(shí)序圖FF0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF1在Q0=0時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)。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)。2/6/202396華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝電路圖由于沒(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2/6/202397華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器設(shè)用U/D表示加減控制信號(hào)，且U/D＝0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2/6/202398華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝電路圖2/6/202399華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161/163①CR=0時(shí)異步清零。②CR=1、LD=0時(shí)同步置數(shù)。③CR=LD=1且CPT=CPP=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)。④CR=LD=1且CPT·CPP=0時(shí)，計(jì)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。2/6/2023100華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝雙4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CC4520①CR=1時(shí)，異步清零。②CR=0、EN=1時(shí)，在CP脈沖上升沿作用下進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。③CR=0、CP=0時(shí)，在EN脈沖下降沿作用下進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。④CR=0、EN=0或CR=0、CP=1時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變。2/6/2023101華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS191U/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；D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0～Q3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，CT＝0，CO/BO＝1時(shí)，RC＝CP，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。2/6/2023102華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS193CR是異步清零端，高電平有效；LD是異步置數(shù)端，低電平有效；CPU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；D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0～Q3是計(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)74LS193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。2/6/2023103華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器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：2/6/2023104華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝時(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)。2/6/2023105華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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2/6/2023106華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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：2/6/2023107華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝時(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)。2/6/2023108華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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2/6/2023109華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器級(jí)間連接規(guī)律2/6/2023110華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4位集成二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器74LS197①CR=0時(shí)異步清零。②CR=1、CT/LD=0時(shí)異步置數(shù)。③CR=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、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。2/6/2023111華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝選用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。二、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器1、十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖輸出方程：時(shí)鐘方程：十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器2/6/2023112華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)方程2/6/2023113華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝電路圖比較，得驅(qū)動(dòng)方程：將無(wú)效狀態(tài)1010～1111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)。2/6/2023114華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝十進(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)鐘方程：2/6/2023115華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)方程次態(tài)卡諾圖2/6/2023116華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝比較，得驅(qū)動(dòng)方程：將無(wú)效狀態(tài)1010～1111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2/6/2023117華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器集成十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74160、74162的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同，不同的是，74160和74162是十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，而74161和74163是4位二進(jìn)制（16進(jìn)制）同步加法計(jì)數(shù)器。此外，74160和74162的區(qū)別是，74160采用的是異步清零方式，而74162采用的是同步清零方式。74190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74191相同。74192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74193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。2/6/2023118華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝選用4個(gè)CP上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2、FF3表示。2、十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖輸出方程：十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器2/6/2023119華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝時(shí)序圖時(shí)鐘方程FF0每輸入一個(gè)CP翻轉(zhuǎn)一次，只能選CP。選擇時(shí)鐘脈沖的一個(gè)基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。FF1在t2、t4、t6、t8時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。FF2在t4、t8時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q1。FF3在t8、t10時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。2/6/2023120華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)方程2/6/2023121華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝比較，得驅(qū)動(dòng)方程：電路圖將無(wú)效狀態(tài)1010～1111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)。2/6/2023122華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝十進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器選用4個(gè)CP上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2、FF3表示。狀態(tài)圖輸出方程：2/6/2023123華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝時(shí)序圖時(shí)鐘方程FF0每輸入一個(gè)CP翻轉(zhuǎn)一次，只能選CP。選擇時(shí)鐘脈沖的一個(gè)基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。FF1在t2、t4、t6、t8時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。FF2在t4、t8時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q1。FF3在t8、t10時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。2/6/2023124華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝狀態(tài)方程2/6/2023125華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝比較，得驅(qū)動(dòng)方程：電路圖將無(wú)效狀態(tài)1010～1111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)。2/6/2023126華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS902/6/2023127華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝三、N進(jìn)制計(jì)數(shù)器1、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(xiě)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(huà)連線圖。（1）寫(xiě)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(huà)連線圖。利用集成計(jì)數(shù)器的清零端和置數(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74LS163；均采用異步方式的有74LS193、74LS197、74LS192；清零采用異步方式、置數(shù)采用同步方式的有74LS161、74LS160；有的只具有異步清零功能，如CC4520、74LS190、74LS191；74LS90則具有異步清零和異步置9功能。2/6/2023128華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝用74LS163來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（1）寫(xiě)出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（3）畫(huà)連線圖。SN-1＝S12-1＝S11＝1011（2）求歸零邏輯。例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接02/6/2023129華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝用74LS197來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（1）寫(xiě)出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。（3）畫(huà)連線圖。SN＝S12＝1100（2）求歸零邏輯。例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接02/6/2023130華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝用74LS161來(lái)構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。SN＝S12＝1100例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0SN-1＝S11＝10112/6/2023131華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3、提高歸零可靠性的方法2/6/2023132華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2/6/2023133華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝二、M>16的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)（2片74LS161級(jí)聯(lián)）

M=（147）10=（10010011）2同步級(jí)聯(lián)00000000…100100102/6/2023134華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝清零法（異步），設(shè)置過(guò)渡狀態(tài)這里也可以采用置數(shù)法，由于置數(shù)是同步的，不用設(shè)置過(guò)渡狀態(tài)2/6/2023135華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝異步級(jí)聯(lián)2/6/2023136華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝???2/6/2023137華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝三、用8421BCD碼計(jì)數(shù)用74LS160實(shí)現(xiàn)，方法同前面2/6/2023138華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝用74LS161實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)00…59也可以考慮用同步級(jí)聯(lián)，但是CO端都沒(méi)有輸出2/6/2023139華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝實(shí)驗(yàn)6集成計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用器件：74LS1612片與非門若干（設(shè)計(jì)時(shí)選定）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)試74LS161功能（自己擬定記錄表格）用1片74LS161實(shí)現(xiàn)模M=9的計(jì)數(shù)器1)用清零法實(shí)現(xiàn)2)用置數(shù)法實(shí)現(xiàn)，狀態(tài)為1010101111001101111011113.用2片74LS161實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制、24進(jìn)制的8421BCD碼計(jì)數(shù)000000100001001100~5900~23認(rèn)真預(yù)習(xí)、設(shè)計(jì)好電路圖2/6/2023140華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4、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?？梢杂帽炯?jí)的高位輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)下一級(jí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，即采用串行進(jìn)位方式來(lái)擴(kuò)展容量。100進(jìn)制計(jì)數(shù)器2/6/2023141華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝60進(jìn)制計(jì)數(shù)器64進(jìn)制計(jì)數(shù)器2/6/2023142華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝同步計(jì)數(shù)器有進(jìn)位或借位輸出端，可以選擇合適的進(jìn)位或借位輸出信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)下一級(jí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。同步計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)的方式有兩種，一種級(jí)間采用串行進(jìn)位方式，即異步方式，這種方式是將低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出直接作為高位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖，異步方式的速度較慢。另一種級(jí)間采用并行進(jìn)位方式，即同步方式，這種方式一般是把各計(jì)數(shù)器的CP端連在一起接統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖，而低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出送高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制端。12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（慢速計(jì)數(shù)方式）2/6/2023143華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（快速計(jì)數(shù)方式）在此種接線方式中，只要片1的各位輸出都為1，一旦片0的各位輸出都為1，片2立即可以接收進(jìn)位信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，不會(huì)像基本接法中那樣，需要經(jīng)歷片1的傳輸延遲，所以工作速度較高。這種接線方式的工作速度與計(jì)數(shù)器的位數(shù)無(wú)關(guān)。2/6/2023144華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝本節(jié)小結(jié)：計(jì)數(shù)器是一種應(yīng)用十分廣泛的時(shí)序電路，除用于計(jì)數(shù)、分頻外，還廣泛用于數(shù)字測(cè)量、運(yùn)算和控制，從小型數(shù)字儀表，到大型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，幾乎無(wú)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(jì)數(shù)器可利用觸發(fā)器和門電路構(gòu)成。但在實(shí)際工作中，主要是利用集成計(jì)數(shù)器來(lái)構(gòu)成。在用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，需要利用清零端或置數(shù)控制端，讓電路跳過(guò)某些狀態(tài)來(lái)獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2/6/2023145華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.3.2寄存器一、基本寄存器退出二、移位寄存器三、寄存器的應(yīng)用2/6/2023146華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝在數(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。2/6/2023147華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝一、基本寄存器1、單拍工作方式基本寄存器無(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)D0～D3，就立即被送入進(jìn)寄存器中，即有：2/6/2023148華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、雙拍工作方式基本寄存器（1）清零。CR=0，異步清零。即有：（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。2/6/2023149華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝二、移位寄存器1、單向移位寄存器并行輸出4位右移移位寄存器時(shí)鐘方程：驅(qū)動(dòng)方程：狀態(tài)方程：2/6/2023150華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2/6/2023151華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝并行輸出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：2/6/2023152華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2/6/2023153華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝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Q0～Qn-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。2/6/2023154華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、雙向移位寄存器M=0時(shí)右移M=1時(shí)左移2/6/2023155華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝3、集成雙向移位寄存器74LS1942/6/2023156華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝三、寄存器的應(yīng)用1、環(huán)形計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即將FFn-1的輸出Qn-1接到FF0的輸入端D0。工作原理根據(jù)起始狀態(tài)設(shè)置的不同，在輸入計(jì)數(shù)脈沖CP的作用下，環(huán)形計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)可以循環(huán)移位一個(gè)1，也可以循環(huán)移位一個(gè)0。即當(dāng)連續(xù)輸入CP脈沖時(shí)，環(huán)形計(jì)數(shù)器中各個(gè)觸發(fā)器的Q端或端，將輪流地出現(xiàn)矩形脈沖。2/6/2023157華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝能自啟動(dòng)的4位環(huán)形計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖2/6/2023158華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝由74LS194構(gòu)成的能自啟動(dòng)的4位環(huán)形計(jì)數(shù)器時(shí)序圖2/6/2023159華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝2、扭環(huán)形計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)狀態(tài)圖即將FFn-1的輸出Qn-1接到FF0的輸入端D0。2/6/2023160華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝能自啟動(dòng)的4位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器2/6/2023161華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝本節(jié)小結(jié)：寄存器是用來(lái)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(lái)，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。基本寄存器的數(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。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。2/6/2023162華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝4.3.3順序脈沖發(fā)生器一、計(jì)數(shù)型順序脈沖發(fā)生器退出二、移位型順序脈沖發(fā)生器2/6/2023163華東交通大學(xué)電氣學(xué)院付智輝一、計(jì)數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器在數(shù)字電路中，能按一定時(shí)間、一定順序輪流輸出脈沖波形的電路稱為順序脈沖發(fā)生器。計(jì)數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器一般用按自然態(tài)序計(jì)數(shù)的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成。順序脈沖發(fā)生器也稱脈沖分配器或節(jié)拍脈沖發(fā)生器，一般由計(jì)數(shù)器（包括移位寄存器型