第5章 時序邏輯電路(修改)

第5章時序邏輯電路學(xué)習(xí)要點時序電路的分析方法時序電路的設(shè)計方法計數(shù)器、寄存器等中規(guī)模集成電路的邏輯功能和使用方法第5章時序邏輯電路5.1概述5.2時序邏輯電路的分析方法5.4寄存器5.3計數(shù)器5.5順序脈沖發(fā)生器5.5時序邏輯電路的設(shè)計方法第二十講

時序邏輯電路

——概述及時序邏輯電路的分析方法

5.1概述5.1.1時序電路的特點

特點：時序電路在任何時刻的穩(wěn)定輸出，不僅與該時刻的輸入信號有關(guān)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。5.1.2時序電路邏輯功能的表示方法時序電路的邏輯功能一般可用邏輯表達(dá)式、狀態(tài)表、狀態(tài)圖、時序圖4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。1.邏輯表達(dá)式輸出方程狀態(tài)方程激勵方程(驅(qū)動方程)2.狀態(tài)表、狀態(tài)圖和時序圖這三種描述方法都是反映時序邏輯電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換全部過程的方法，它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。3.時序邏輯電路分類(1)按邏輯功能劃分：計數(shù)器、寄存器、移位寄存器、讀寫存儲器、順序脈沖發(fā)生器等;(2)按電路中觸發(fā)器狀態(tài)變化是否同步：同步時序邏輯電路、異步時序邏輯電路;(3)按電路輸出信號的特性：米利型和摩爾型。電路圖時鐘方程、驅(qū)動方程和輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖或時序圖判斷電路邏輯功能12355.2時序邏輯電路的分析方法分析步驟如下：計算得狀態(tài)表4分析目的：就是找出給定時序電路的邏輯功能和工作特點。例1時鐘方程輸出方程輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān)，為摩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：驅(qū)動方程1101003計算、列狀態(tài)表000001010011100101110111001011101111000010000011004畫狀態(tài)圖、時序圖狀態(tài)圖00000101001110010111011100101110111100001010011000001100時序圖00000101001110010111011100101110111100001010011000001100CPQ0Q1Q2Y電路功能有效循環(huán)的6個狀態(tài)分別是0～5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：000→001→011→111→110→100→000→…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Y＝1。5例2解1)寫出每個觸發(fā)器的驅(qū)動方程及電路的輸出方程Q3Q2Q1X/Z例3及電路的輸出方程（3）狀態(tài)表狀態(tài)圖Q3Q2Q1X/Z（補充）例4(4)狀態(tài)圖第二十一講

時序邏輯電路

——計數(shù)器（異步）

5.3計數(shù)器5.3.1異步計數(shù)器5.3.4計數(shù)器的應(yīng)用5.3.2同步計數(shù)器5.3.3N進(jìn)制計數(shù)器在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個數(shù)的電路稱為計數(shù)器。計數(shù)器二進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器N進(jìn)制計數(shù)器加法計數(shù)器同步計數(shù)器異步計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器加法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器二進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器N進(jìn)制計數(shù)器······按觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的時序異同按計數(shù)進(jìn)位制按數(shù)字的變化規(guī)律5.3.1異步計數(shù)器1.異步二進(jìn)制計數(shù)器（1）異步二進(jìn)制加法計數(shù)器（以3位二進(jìn)制加法計數(shù)器為例）P134（2）異步二進(jìn)制減法計數(shù)器（以3位二進(jìn)制減法計數(shù)器為例）P136（3）集成異步二進(jìn)制加法計數(shù)器（74197、74LS197）P137略講74LS197CP0CP1CT/LDCRQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3P1382、異步十進(jìn)制計數(shù)器(1)異步十進(jìn)制加法計數(shù)器分析：看該電路圖是否實現(xiàn)了十進(jìn)制加法計數(shù)器的功能。①寫方程式時鐘方程：

FF0:CP0=CPFF1:CP1=Q0FF2:CP2=Q1FF3:CP3=Q0FF0:J0=K0=1FF1:J1=Q3,K1=1FF2:J2=K2=1FF3:J3=Q2Q1,K3=1驅(qū)動方程：②求狀態(tài)方程FF0:FF1:FF2:FF3:CP有效Q0有效Q1有效Q0有效③計算得狀態(tài)表Q0有效FF0:FF1:FF2:FF3:CP有效Q0有效Q1有效④畫狀態(tài)圖和時序圖0000111110010001100001111010101101010100001001100011110011011110Q3Q2Q1Q0（2）集成十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS290（74290、74LS90）----P140&&ABABABABABAB第二十二講

時序邏輯電路

——計數(shù)器（同步）

5.3.2同步計數(shù)器1.同步二進(jìn)制計數(shù)器（1）同步二進(jìn)制加法計數(shù)器（以3位二進(jìn)制加法計數(shù)器為例）P141驅(qū)動方程特性方程狀態(tài)方程輸出方程狀

態(tài)表狀態(tài)圖時序圖（2）同步二進(jìn)制可逆計數(shù)器（以3位二進(jìn)制可逆計數(shù)器為例）P142----（3）2驅(qū)動方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（略）（3）集成可預(yù)置同步二進(jìn)制加法計數(shù)器（以74161、74163為例）P143---（4）CTPCTTCPQ0Q1Q2Q3COCRLDD0D1D2D374161工作狀態(tài)控制端CTPCTTCPQ0Q1Q2Q3COCRLDD0D1D2D3741614位集成二進(jìn)制同步加法計數(shù)器74LS161/163①CR=0時異步清零。②CR=1、LD=0時同步置數(shù)。③CR=LD=1且CPT=CPP=1時，按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)行同步二進(jìn)制計數(shù)。④CR=LD=1且CPT·CPP=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。741617416174161例子：用3片74161擴展成12位二進(jìn)制加法計數(shù)器。（掌握連接的方法）COCRLDCOCRLDCOCRLDCTPCTTCPCTPCTTCPCTPCTTCPCRLDCP2.同步十進(jìn)制計數(shù)器（1）8421BCD碼同步十進(jìn)制加法計數(shù)器P145解：1）驅(qū)動方程和輸出方程2）狀態(tài)方程3）狀態(tài)表4）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5）時序圖集成同步十進(jìn)制加法計數(shù)器（74160、74162）---補充CTPCTTCPQ0Q1Q2Q3COCRLDD0D1D2D3741602.同步十進(jìn)制計數(shù)器（2）集成同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器（74192）P146

見書上的簡介，簡單介紹其功能第二十三講

時序邏輯電路

——計數(shù)器（N進(jìn)制）

5.3.3N進(jìn)制計數(shù)器引入：目前市場上較為普遍的計數(shù)器產(chǎn)品多半是集成二進(jìn)制計數(shù)器和集成十進(jìn)制計數(shù)器，它們包括：異步四位二進(jìn)制計數(shù)器（十六進(jìn)制計數(shù)器）：

74197、74LS197P137同步四位二進(jìn)制計數(shù)器（十六進(jìn)制計數(shù)器）：

74161、74LS161；74163、74LS163P143異步十進(jìn)制計數(shù)器：

74290、74LS290；74LS90

P141同步十進(jìn)制計數(shù)器：

74160、74162；74192、74LS192P146獲取N進(jìn)制計數(shù)器的方法有：用時鐘觸發(fā)器和門電路進(jìn)行設(shè)計；用現(xiàn)成的集成計數(shù)器構(gòu)成。N進(jìn)制計數(shù)器：就是非模2n計數(shù)器74LS197CP0CP1CT/LDCRQ1Q2Q3Q4D1D2D3D4P137P141注意它們的功能表異步清零，異步置數(shù)161：異步清零，同步置數(shù)163：同步清零，同步置數(shù)P143異步清零，異步置數(shù)（補充）1111置零法清零法置數(shù)法清零法狀態(tài)圖清零法首先，ABABCP清零法例1試用同步十進(jìn)制計數(shù)器74160構(gòu)成23進(jìn)制計數(shù)器。法1：同步級聯(lián)清零法2：異步級聯(lián)清零例2試用74LS90組成M=12計數(shù)器。Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0=000100109A9A9B0A0B9B0A0B法1：先異步級聯(lián)，后清零法2：直接異步級聯(lián)，不采用清零1000（3）利用置數(shù)（位）法獲得任意進(jìn)制計數(shù)器CPPCPT&CPPCPT若要采用置數(shù)法構(gòu)成一個六進(jìn)制的計數(shù)器，提供的集成計數(shù)器如下：采用置數(shù)法構(gòu)成一個七進(jìn)制的計數(shù)器00000001001000110100010101100111111111101101110010111010100110001、用CO、LD端2、用LD端CPPCPTCPPCPTCPPCPTCPCPPCPTCP法一：采用同步級聯(lián)，異步清零解法2：采用異步級聯(lián)法三：采用同步級聯(lián)，同步置零N進(jìn)制計數(shù)器1、用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器2、用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)制計數(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)器的方法。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。小結(jié)：用74LS163來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（3）畫連線圖。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0用74LS197來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。（1）寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。（3）畫連線圖。SN＝S12＝1100（2）求歸零邏輯。例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0用74LS161來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。SN＝S12＝1100例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0SN-1＝S11＝10113、提高歸零可靠性的方法4、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?？梢杂帽炯壍母呶惠敵鲂盘栻?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)器同步計數(shù)器有進(jìn)位或借位輸出端，可以選擇合適的進(jìn)位或借位輸出信號來驅(qū)動下一級計數(shù)器計數(shù)。同步計數(shù)器級聯(lián)的方式有兩種，一種級間采用串行進(jìn)位方式，即異步方式，這種方式是將低位計數(shù)器的進(jìn)位輸出直接作為高位計數(shù)器的時鐘脈沖，異步方式的速度較慢。另一種級間采用并行進(jìn)位方式，即同步方式，這種方式一般是把各計數(shù)器的CP端連在一起接統(tǒng)一的時鐘脈沖，而低位計數(shù)器的進(jìn)位輸出送高位計數(shù)器的計數(shù)控制端。12位二進(jìn)制計數(shù)器（慢速計數(shù)方式）12位二進(jìn)制計數(shù)器（快速計數(shù)方增長式）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)位信號進(jìn)行計數(shù)，不會像基本接法中那樣，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數(shù)器的位數(shù)無關(guān)。本節(jié)小結(jié)：計數(shù)器是一種應(yīng)用十分廣泛的時序電路，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。第二十四講

時序邏輯電路

——寄存器

5.4寄存器5.4.1基本寄存器5.4.2移位寄存器5.4.3寄存器的應(yīng)用在數(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個觸發(fā)器來構(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。5.4寄存器和移位寄存器5.4.１基本寄存器1、單拍工作方式基本寄存器工作特點：當(dāng)送數(shù)控制時鐘脈沖CP上升沿到來，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、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，CP上升沿送數(shù)。即有：（3）保持。在CR=1、CP上升沿以外時間，寄存器內(nèi)容將保持不變。5.4.2移位寄存器一、單向移位寄存器并行輸出4位右移移位寄存器時鐘方程：驅(qū)動方程：狀態(tài)方程：單向移位寄存器具有以下主要特點：（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CP脈沖又可實現(xiàn)串行輸出操作。（3）若串行輸入端狀態(tài)為0，則n個CP脈沖后，寄存器便被清零。二、雙向移位寄存器M=0時右移M=1時左移三、集成雙向移位寄存器74LS1945.4.3寄存器的應(yīng)用（1）環(huán)形計數(shù)器狀態(tài)方程：（2）扭環(huán)形移位計數(shù)器為了保持移位寄存器的特點，又能使觸發(fā)器的利用率提高，可采用下圖所示的扭環(huán)形計數(shù)器。本節(jié)小結(jié)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，以便隨時取用。分類：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。應(yīng)用：主要是移位寄存器的應(yīng)用，它可將串行數(shù)碼轉(zhuǎn)換成并行數(shù)碼，或