數(shù)字電路(常見時(shí)序邏輯電路計(jì)數(shù)器)

第六章時(shí)序邏輯電路目前一頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)本章主要內(nèi)容6.1概述

6.2時(shí)序邏輯電路的分析方法

6.3若干常用的時(shí)序邏輯電路

6.4時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法6.5時(shí)序邏輯電路中的競爭-冒險(xiǎn)現(xiàn)象目前二頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)寄存器計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器（十六進(jìn)制、十進(jìn)制）任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法移位寄存器型計(jì)數(shù)器§6.3若干常用的時(shí)序邏輯電路目前三頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)回顧：同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160CLK:時(shí)鐘信號(hào)Q0-Q3:計(jì)數(shù)狀態(tài)C:進(jìn)位輸出信號(hào)D0-D3:預(yù)置數(shù)輸入端LD':預(yù)置數(shù)控制端R'D:異步復(fù)位端EP/ET:工作狀態(tài)控制端目前四頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)CLKR'DLD'EPET工作狀態(tài)×0×××置0（異步）10××預(yù)置數(shù)（同步）×1101保持（包括C）×11×0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)回顧：同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160目前五頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)三、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法

目前常見的計(jì)數(shù)器芯片有十進(jìn)制、十六進(jìn)制、七進(jìn)制等。

需要其他任意M進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，只能用已有的N進(jìn)制芯片，經(jīng)過外電路的連接實(shí)現(xiàn)。分兩種情況進(jìn)行說明：N>MN<M目前六頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)例：十進(jìn)制六進(jìn)制構(gòu)造思路：在N

進(jìn)制計(jì)數(shù)器的順序計(jì)數(shù)過程中，設(shè)法跳過N－M個(gè)狀態(tài)。具體方法：置零法（復(fù)位法）置數(shù)法（置位法）1.N>M的情況目前七頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)(1)置零法1.N>M的情況適用于有置零端的計(jì)數(shù)器.

如:具有異步復(fù)位端的同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74160，十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161工作原理：設(shè)原有計(jì)數(shù)器狀態(tài)從S0SN-1.當(dāng)電路進(jìn)入SM后,將SM狀態(tài)譯碼,產(chǎn)生一個(gè)置零信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的異步置零端.由于是異步置零，因此，SM狀態(tài)不穩(wěn)定。目前八頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)CLKR'DLD'EPET工作狀態(tài)×0×××置0（異步）10××預(yù)置數(shù)(同步)×1101保持（包括C）×11×0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)例：采用置零法將74160接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器解：74160的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表以及功能表如下圖:電路一旦進(jìn)入Q3Q2Q1Q0=0110后,設(shè)法產(chǎn)生一個(gè)置零信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的異步置零端.R‘D=(Q’3Q2Q1Q‘0)’在0000-0110七個(gè)狀態(tài)中，只有0110滿足Q2Q1=11

，因此：R‘D=(Q2Q1)'目前九頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)R‘D=(Q’3Q2Q1Q‘0)'R‘D=(Q2Q1)'電路(1)

電路(2)

說明：

1、電路的EP=ET=LD‘=1

2、輸入D0-D3懸空即可；

3、電路狀態(tài)沒有1001，因此進(jìn)位輸出始終C=0。目前十頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)說明：

1、由于異步置零，因此狀態(tài)0110會(huì)在電路狀態(tài)中瞬間出現(xiàn)，

不是穩(wěn)定狀態(tài)。

2、置零信號(hào)R‘D隨計(jì)數(shù)器被置為0而立即消失；復(fù)位脈沖過

窄。如果4個(gè)觸發(fā)器復(fù)位速度不同，R’D=0已經(jīng)消失，導(dǎo)致

電路誤操作。電路(1)

對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖

74160的狀態(tài)圖

目前十一頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)克服了復(fù)位脈沖過窄的缺點(diǎn)!

與非門G2與G3組成SR鎖存器，當(dāng)?shù)?個(gè)CLK到時(shí),電路進(jìn)入

0110狀態(tài),與非門G1輸出低電平,S‘R’=01,將SR鎖存器置1。

低電平Q'立即將計(jì)數(shù)器置零。S'R'

此時(shí),G1輸出的低電平消失,S‘R’=11,鎖存器狀態(tài)保持(Q'=0).

直到CLK=0以后,S‘R’=10,鎖存器狀態(tài)被置為0，Q'=1.

將鎖存器Q端作為進(jìn)位輸出,其寬度與CLK高電平寬度相同。改進(jìn)電路：目前十二頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)(2)置數(shù)法1.N>M的情況適用于有預(yù)置數(shù)端的計(jì)數(shù)器.

如:具有同步預(yù)置數(shù)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160，十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161.工作原理：通過給計(jì)數(shù)器重復(fù)置入某個(gè)數(shù)值的方法跳越N-M個(gè)狀態(tài)；預(yù)置數(shù)D0-D3=0000.當(dāng)電路進(jìn)入SM-1后,將SM-1譯碼,產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的預(yù)置位端LD‘，待下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，才將置入的預(yù)置數(shù)0000置入計(jì)數(shù)器中。穩(wěn)定狀態(tài)中包含SM-1。目前十三頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)(2)置數(shù)法1.N>M的情況需要說明的是：置數(shù)操作可以在電路的任何一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行；對(duì)于M進(jìn)制計(jì)數(shù)器：只要是M個(gè)狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)，就稱為M進(jìn)制計(jì)數(shù)器；因此與取哪M個(gè)狀態(tài)作為有效狀態(tài)無關(guān)。目前十四頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)CLKR'DLD'EPET工作狀態(tài)×0×××置0（異步）10××預(yù)置數(shù)(同步)×1101保持（包括C）×11×0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)例：采用置位法將74160接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器解：74160的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表以及功能表如下圖:設(shè)定預(yù)置數(shù)D0-D3=0000;電路一旦進(jìn)入Q3Q2Q1Q0=0101后,設(shè)法產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的預(yù)置位端.LD‘=(Q’3Q2Q‘1Q0)’

在0000-0101中,只有0101滿足Q2Q0=11:LD‘=(Q2Q0)'目前十五頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)LD‘=(Q’3Q2Q‘1Q0)'LD‘=(Q2Q0)'說明：

1、電路的EP=ET=LD‘=1

2、輸入D0-D3=0000；

3、電路狀態(tài)沒有1001，因此進(jìn)位輸出始終C=0。目前十六頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)說明：

1、由于是同步預(yù)置數(shù)，因此狀態(tài)0101是穩(wěn)定狀態(tài)。

2、避免“異步置零法”中復(fù)位脈沖過窄出現(xiàn)的可靠性不高缺陷。

3、進(jìn)位輸出信號(hào)C始終等于0；74160的狀態(tài)圖

電路(1)

對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖

目前十七頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)為了避免進(jìn)位信號(hào)C取不到1問題：

改進(jìn)電路：在電路狀態(tài)中包含狀態(tài)1001。電路(3)

電路(3)

對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖

思路1：預(yù)置狀態(tài)10010010目前十八頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)思路2：選用01001001作為6進(jìn)制的狀態(tài)；

電路(4)

電路(4)

對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖

具體方法：將0100作為預(yù)置數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到最大值1001時(shí)，進(jìn)位輸出信號(hào)C反相后接至LD'作為預(yù)置數(shù)的控制信號(hào)；目前十九頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)①M(fèi)=N1×N2先用前面的方法分別接成N1和N2兩個(gè)計(jì)數(shù)器。N1和N2間的連接有兩種方式：a.并行進(jìn)位方式：用同一個(gè)CLK，低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的工作狀態(tài)控制信號(hào)（如74160的EP和ET）b.串行進(jìn)位方式：低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的CLK，兩片始終同時(shí)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。2.N<M的情況目前二十頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)例：用兩片74160接成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器解:(1)采用并行進(jìn)位法低位片高位片說明：當(dāng)?shù)臀黄?1)始終處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)；低位片(1)計(jì)數(shù)到1001時(shí)，C1=1;下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)后高位片(2)為計(jì)數(shù)狀態(tài)，計(jì)入0001，而片(1)計(jì)成0000，C1=0。C1目前二十一頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)例：用兩片74160接成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器解:(2)采用串行進(jìn)位法（異步工作）低位片高位片說明：當(dāng)兩片74160的EP=ET=1,始終處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)；低位片(1)計(jì)數(shù)到1001時(shí)，C1=1，經(jīng)反相后使得CLK2=0.下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)后，低位片(1)計(jì)成0000，C1=0，經(jīng)反相后CLK2

出現(xiàn)上升沿，高位片(2)計(jì)入0001。目前二十二頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)思考：對(duì)于M=N1×N2的情況，若M的分解方法不唯一，例如：M=36時(shí)，N1=N2=6？N1=9，N2=4？N1=4，N2=9？……目前二十三頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)②

如果M不可以分解a.整體置零：首先將兩片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器按照最簡單方式接成一個(gè)大于M進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，然后采用置零法，將兩片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器同時(shí)置零。b.整體置數(shù)：首先將兩片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器按照最簡單方式接成一個(gè)大于M進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，然后采用置數(shù)法，將兩片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器同時(shí)置入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)，得到M進(jìn)制。2.N<M的情況目前二十四頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)例：用74160接成二十九進(jìn)制解:(1)采用整體置0法（異步）低位片高位片說明：首先采用并行進(jìn)位方式連接成100進(jìn)制；當(dāng)計(jì)數(shù)到29時(shí)，經(jīng)門G1譯碼產(chǎn)生低電平將兩片同時(shí)置零。存在問題：G1門輸出時(shí)間極短，可靠性差。另加門G2才能得到進(jìn)位輸出信號(hào)。目前二十五頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)例：用74160接成二十九進(jìn)制解:(2)采用整體置數(shù)法（同步）低位片高位片說明：首先采用并行進(jìn)位方式連接成100進(jìn)制；當(dāng)計(jì)數(shù)到28狀態(tài)時(shí)，G門譯碼產(chǎn)生LD‘=0信號(hào)。下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，將0000同時(shí)置入兩片中。與非門G的輸出端直接可以作為進(jìn)位信號(hào)。目前二十六頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)四、移位寄存器型計(jì)數(shù)器1.環(huán)形計(jì)數(shù)器將移位寄存器首尾相接：即D0=Q3，在時(shí)鐘作用下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)循環(huán)右移。目前二十七頁\總數(shù)三十頁\編于七點(diǎn)四、移位寄