第10章 時序邏輯電路的應(yīng)用-2014-ST

第10章時序邏輯電路的應(yīng)用10.1寄存器10.2串行加法器10.3計數(shù)器

10.1寄存器寄存器用于寄存一組二值代碼，廣泛地用于數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字計算機(jī)中。寄存器一般用D觸發(fā)器構(gòu)成；

什么是寄存器？

寄存器的構(gòu)成

寄存器的分類一個觸發(fā)器只能存放一位二進(jìn)制數(shù)，存放N位二進(jìn)制數(shù)的寄存器需由N個觸發(fā)器構(gòu)成。

分類數(shù)碼寄存器移位寄存器---存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)或者代碼。----在存儲的同時，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行移位

操作。左移右移雙向10.1.1代碼寄存器（用于接收、寄存、傳送數(shù)據(jù)/代碼）①用于寄存一組二值代碼，N位寄存器由N個觸發(fā)器組成，可存放一組N位二值代碼。②只要求其中每個觸發(fā)器可置1，置0。例1：

10.1寄存器01100110

10.1.1代碼寄存器圖10.2帶有清0和接收控制端的代碼寄存器LOAD=1,數(shù)據(jù)接收有效；CLEAR=1,CLK=1時，寄存器清零。例2：

10.1.1代碼寄存器圖10.3帶異步清0端代碼寄存器

只要CLEAR=1，寄存器清零。例3：例4：用維-阻D觸發(fā)器構(gòu)成的4位寄存器（74HC175）D0～D3：并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q3：并行數(shù)據(jù)輸出端。

：異步清零控制端,CP：時鐘脈沖端,一、右移寄存器（1）用D觸發(fā)器（也可用JK觸發(fā)器）（2）驅(qū)動方程

D0=DIR

D1=Q0

D2=Q1

D3=Q2

（4）邏輯電路圖1DC1FF01DC1FF11DC1FF21DC1FF3Q1Q2Q3Q0CPDIR思考：用JK觸發(fā)器如何實現(xiàn)上述電路？10.1.2移位寄存器移位寄存器——不但可以寄存數(shù)碼，而且在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移動1位。移位脈沖串行數(shù)據(jù)輸入端并行輸出串行數(shù)據(jù)輸出端（3）狀態(tài)方程

Q*0=DIR

Q1*=Q0

Q2*=Q1

Q*3=Q2

移位寄存器（數(shù)據(jù)在寄存器中左/右移動）具有存儲

+移位功能Q*0=DIR

Q1*=Q0

Q2*=Q1

Q*3=Q2

（4）動作特點

設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)Q0Q1Q2Q3=0111，DIR的輸入為1。

0111Q1Q2DIRQ3Q0110111

溢出在CP脈沖作用下，數(shù)據(jù)右移一位。

移位寄存器（數(shù)據(jù)在寄存器中左/右移動）一、右移寄存器（2）驅(qū)動方程

D0=DIR

D1=Q0

D2=Q1

D3=Q2

1DC1FF01DC1FF11DC1FF21DC1FF3Q1Q2Q3Q0CPDIR

移位寄存器移位脈沖串行輸入并行輸出10111100011011110010010101溢出串行輸出一、右移寄存器1DC1FF01DC1FF11DC1FF21DC1FF3Q1Q2Q3Q0CPDIR

移位寄存器移位脈沖串行輸入并行輸出10111串行輸出11011110011100110001

（5）列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表并行輸出串行輸出nDIRQ=+10nnQQ011=+nnQQ112=+nnQQ213=+11

000020

100031

010041

101050

110160

011070

001180

0001

1000

0100

1010

1101

0110

0011

0001

000090

0000DIR

右移寄存器（6）工作波形

設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)Q0Q1Q2Q3=0000，DIR的輸入代碼為1011，請畫出各觸發(fā)器輸出端在移位過程中的波形。

tttQ0Q1Q2Q30000t00001010100001001011DIRCP0t0t1101并行輸出

在4個移位脈沖作用下，輸入的4位串行數(shù)碼1011全部存入了寄存器中。這種輸入方式稱為串行輸入并行輸出方式。

右移寄存器6.2移位寄存器二、左移寄存器

（1）用D觸發(fā)器；

（2）驅(qū)動方程

D0=Q1

D1=Q2

D2=Q3

D3=DIL

（4）邏輯圖

DILQ0FF0Q1FF1Q2FF2Q3C11DCPC11DC11DC11DFF3串行數(shù)據(jù)輸入端（3）狀態(tài)方程

Q*0=Q1

Q*1=Q2

Q*2=Q3

Q*3=DIL

110111011（4）動作特點

設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)Q0Q1Q2Q3=0101，DIL的輸入為1。

0101Q1Q2DILQ3Q0110110

溢出動作特點：在CP脈沖作用下，數(shù)據(jù)左移一位。

左移位寄存器Q*0=Q1

Q*1=Q2

Q*2=Q3

Q*3=DIL

三、多功能寄存器（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

（1）用D觸發(fā)器；（2）增加兩根控制信號S1、S0，用以控制寄存器的功能：S1S0

功能

00保持

01右移

10左移

11并行置數(shù)

（3）驅(qū)動方程以上4個方程可以用4個四選一的數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)。

保持

右移

左移

并行置數(shù)三、多功能移位寄存器（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

圖6.3.6雙向移位寄存器74LS194A的邏輯圖器件實例:74LS194A(四位通用型集成移位寄存器)

器件功能：左/右移，并行輸入，保持，異步置零等。三、74LS194A（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

ABCDS1S0選通門輸出Q*000DQ001ADIR10CQ111BD0Q0D0Q1FF0

S'1S1S'0S0選通門：ABCDS1S0:01111000三、74LS194A（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

ABCDS1S0選通門輸出Q*100DQ101AQ010CQ211BD1Q1Q2選通門：ABCDS1S0:01111000FF1

S'1S1S'0S0Q0Q0D1選通門：ABCDS1S0:01111000ABCDFF1三、74LS194A（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

ABCDS1S0選通門輸出Q*200DQ201AQ110CQ311BD2Q2Q3選通門：ABCDS1S0:01111000FF1

S'1S1S'0S0Q0Q1D2選通門：ABCDS1S0:01111000ABCDFF2三、74LS194A（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

ABCDS1S0選通門輸出Q*300DQ301AQ210CDIL11BD3Q3DIL選通門：ABCDS1S0:01111000FF1

S'1S1S'0S0Q0Q2D3選通門：ABCDS1S0:01111000ABCDFF3三、74LS194A（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

S1S0選通門輸出Q*0輸出Q*1輸出Q*2輸出Q*3邏輯功能00DQ0Q1Q2Q3保持01ADIRQ0Q1Q2右移10CQ1Q2Q3DIL左移11BD0D1D2D3并行輸出狀態(tài)方程四位通用型集成移位寄存器74LS194A邏輯符號74LS194A功能表移位脈沖輸入異步清零右移串行數(shù)碼輸入左移串行數(shù)碼輸入并行數(shù)碼輸入并行數(shù)碼輸出工作方式控制

三、多功能移位寄存器（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

輸入輸出工作模式清零控制串行輸入時鐘并行輸入R'DS1S0DILDIRCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30XXXXXXXXX0000異步清零100XXXXXXXQ0Q1Q2Q3保持101X1↑XXXX1Q0Q1Q2右移.D1R為串行輸入;Q3為串行輸出101X0↑XXXX0Q0Q1Q21101X↑XXXXQ1Q2Q31左移.D1L為串行輸入;Q0為串行輸出1100X↑XXXXQ1Q2Q30111XX↑D0D1D2D3D0D1D2D3并行置數(shù)1XXXX0XXXXQ0Q1Q2Q3保持74LS194A詳細(xì)功能表：74LS194A詳細(xì)功能表：三、多功能移位寄存器（并行置數(shù)、左移、右移、保持）

擴(kuò)展應(yīng)用（4位8位）10.3計數(shù)器

計數(shù)器的概念

功能：

特點：

應(yīng)用：一個具體的計數(shù)器能夠記憶輸入脈沖的數(shù)目，能實現(xiàn)計數(shù)操作的電子電路稱為計數(shù)器。記憶輸入CP脈沖個數(shù)的操作叫做計數(shù)，通常為Moore型電路。計數(shù)、分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等

計數(shù)器的計數(shù)長度(模）也稱為計數(shù)器的計數(shù)容量或計數(shù)器的模。001000010011110100101例：模7計數(shù)器的狀態(tài)循環(huán)10.3計數(shù)器

計數(shù)器的概念

功能：

特點：

應(yīng)用：一個具體的計數(shù)器能夠記憶輸入脈沖的數(shù)目，能實現(xiàn)計數(shù)操作的電子電路稱為計數(shù)器。記憶輸入CP脈沖個數(shù)的操作叫做計數(shù)，通常為Moore型電路。計數(shù)、分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等

計數(shù)器的計數(shù)長度(模）也稱為計數(shù)器的計數(shù)容量或計數(shù)器的模。1023645例：模7計數(shù)器的狀態(tài)循環(huán)10.3計數(shù)器

計數(shù)器的概念

功能：

特點：

應(yīng)用：一個具體的計數(shù)器能夠記憶輸入脈沖的數(shù)目，能實現(xiàn)計數(shù)操作的電子電路稱為計數(shù)器。記憶輸入CP脈沖個數(shù)的操作叫做計數(shù)，通常為Moore型電路。計數(shù)、分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等

計數(shù)器的計數(shù)長度(模）也稱為計數(shù)器的計數(shù)容量或計數(shù)器的模。001000010011110100101例：模8計數(shù)器的狀態(tài)循環(huán)111

計數(shù)器的分類按進(jìn)位制分按邏輯功能分：

按觸發(fā)器的動作特點分：二進(jìn)制加法計數(shù)器

同步計數(shù)器十進(jìn)制減法計數(shù)器可逆計數(shù)器（即可加/減計數(shù)器）異步計數(shù)器任意進(jìn)制（如循環(huán)碼等）

計數(shù)器的組成N個觸發(fā)器若干門電路計數(shù)器的模≤2N

（即按計數(shù)過程中數(shù)字增減來分）10.3計數(shù)器10.3.2二進(jìn)制異步計數(shù)器圖10.13三維二進(jìn)制異步計數(shù)器

異步計數(shù)器特點：在計數(shù)脈沖作用下，各位觸發(fā)器從低位到高位依次翻轉(zhuǎn)，其進(jìn)位信號也是從低位向高位逐級產(chǎn)生。因此，異步計數(shù)器的工作速度受限較嚴(yán)重。同步計時器的特點：計數(shù)脈沖同時到達(dá)各位觸發(fā)器的CP端，當(dāng)計數(shù)脈沖到達(dá)后，應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器都同時翻轉(zhuǎn)。原理：根據(jù)二進(jìn)制加法運算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)末位加1，若第i位以下皆為1時，則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)。

10110111＋110111000由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器構(gòu)成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為：10.3.3同步二進(jìn)制計數(shù)器（模2n同步計數(shù)器）1、同步二進(jìn)制加法計數(shù)器由于該計數(shù)器的翻轉(zhuǎn)規(guī)律性較強(qiáng)，只需用“觀察法”就可設(shè)計出電路：1、同步二進(jìn)制計數(shù)器(*模2n同步加法計數(shù)器)

以16進(jìn)制計數(shù)器為例，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律為：Q0每來一個CP脈沖翻轉(zhuǎn)一次；Q1只有當(dāng)Q0為1時翻轉(zhuǎn)，其余保持；Q2只有當(dāng)Q1、Q0同時為1時翻轉(zhuǎn)，其余保持。T觸發(fā)器的狀態(tài)方程當(dāng)T=1時當(dāng)T=0時Q3只有當(dāng)Q2

、Q1、Q0同時為1時翻轉(zhuǎn)，其余保持。計數(shù)脈沖序號電路狀態(tài)Q3Q2Q1Q0等效十進(jìn)制數(shù)0123456789101112131415160000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111000001234567891011121314150推廣：Qi只有Qi-1、Qi-2，…Q0同時為1時翻轉(zhuǎn)10.3.3同步二進(jìn)制計數(shù)器一、同步計數(shù)器1、同步二進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)脈沖序號電路狀態(tài)Q3Q2Q1Q0等效十進(jìn)制數(shù)0123456789101112131415160000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111000001234567891011121314150結(jié)論：若用T觸發(fā)器構(gòu)成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為：

模2n同步加法計數(shù)器的構(gòu)成規(guī)律:2）令T0≡1，T1=Q0，T2=Q1Q0，T3=Q2Q1Q0……1）用T觸發(fā)器構(gòu)成：既可上升沿觸發(fā)也可下降沿觸發(fā)

用T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：1、同步二進(jìn)制計數(shù)器T0≡1，T1=Q0，T2=Q1Q0，T3=Q2Q1Q0……1）當(dāng)J=K=Ti時，

JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器2）驅(qū)動方程

用T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：1、同步二進(jìn)制計數(shù)器T0≡1，T1=Q0，T2=Q1Q0，T3=Q2Q1Q01）當(dāng)J=K=Ti時，

JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器2）驅(qū)動方程3）狀態(tài)方程4)輸出方程：

用T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：10狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖0123456789

用T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：1）設(shè)f0為脈沖頻率，則Q0、Q1、Q2、Q3的脈沖頻率依次為：2）C——進(jìn)位輸出端器件實例：74161工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)''R'D——異步復(fù)位端C—進(jìn)位輸出端LD'—預(yù)置數(shù)控制端EP、ET—工作狀態(tài)控制端教材例：用D觸發(fā)器來設(shè)計3位二進(jìn)制同步加1計數(shù)器圖10.13邏輯圖如何設(shè)計出該邏輯圖?方法1：利用上述“T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器的設(shè)計”方法進(jìn)行設(shè)計。

用T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：T0≡1，T1=Q0，T2=Q1Q0，T3=Q2Q1Q01）當(dāng)J=K=Ti時，

JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器3）狀態(tài)方程方法1：利用上述“T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器的設(shè)計”方法進(jìn)行設(shè)計。

用T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：T0≡1，T1=Q0，T2=Q1Q0，T3=Q2Q1Q0狀態(tài)方程改用D觸發(fā)器設(shè)計驅(qū)動方程狀態(tài)方程驅(qū)動方程方法1：利用上述“T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器的設(shè)計”方法進(jìn)行設(shè)計。改用D觸發(fā)器設(shè)計狀態(tài)方程驅(qū)動方程圖10.13邏輯圖方法2：從時序邏輯電路的一般設(shè)計步驟出發(fā)進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計步驟

設(shè)定狀態(tài)畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖列出狀態(tài)真值表求狀態(tài)方程求驅(qū)動方程畫邏輯電路圖檢查自啟動如不符合要求，重新設(shè)計同步時序電路設(shè)計例：試用D觸發(fā)器設(shè)計一個同步8進(jìn)制計數(shù)器。

需要？個觸發(fā)器？

Q2Q1Q0001000010011110100101解：（1）邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。同步二進(jìn)制加法計數(shù)器的設(shè)計2n-1<M≤2n22<8≤23需要3個觸發(fā)器。

解：（1）邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。111（2）列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及激勵函數(shù)表【Q*=D】

000111110110101101100100011011010010001001000例：試用D觸發(fā)器設(shè)計一個同步8進(jìn)制計數(shù)器。

111

000110101100011010001D3D2D1111現(xiàn)態(tài)次態(tài)激勵函數(shù)(3)根據(jù)激勵函數(shù)表列卡諾圖，化簡得到D3/D2/D1的激勵函數(shù)表達(dá)式

000111110110101101100100011011010010001001000111(4)根據(jù)D3/D2/D1的激勵函數(shù)表達(dá)式，畫出計數(shù)器的邏輯圖。例：試用D觸發(fā)器設(shè)計一個同步8進(jìn)制計數(shù)器。

（1）方法1：利用T觸發(fā)器設(shè)計原理：根據(jù)二進(jìn)制減法運算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)末位減1，若第i位以下皆為0時，則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)。

10111000

-1 10110111規(guī)律:若用T觸發(fā)器構(gòu)成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為：2、同步二進(jìn)制減法計數(shù)器的設(shè)計

方法2：從T→D觸發(fā)器進(jìn)行設(shè)計規(guī)律:若用T觸發(fā)器構(gòu)成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為：2、同步二進(jìn)制減法計數(shù)器的設(shè)計

用T觸發(fā)器構(gòu)成的同步4位二進(jìn)制減法計數(shù)器：狀態(tài)方程改用D觸發(fā)器設(shè)計驅(qū)動方程狀態(tài)方程驅(qū)動方程方法2：從T→D觸發(fā)器進(jìn)行設(shè)計方法3：從時序邏輯電路的一般設(shè)計步驟出發(fā)進(jìn)行設(shè)計。2、同步二進(jìn)制減法計數(shù)器的設(shè)計

設(shè)計步驟

設(shè)定狀態(tài)畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖列出狀態(tài)真值表求狀態(tài)方程求驅(qū)動方程畫邏輯電路圖檢查自啟動如不符合要求，重新設(shè)計同步時序電路設(shè)計方法3：從時序邏輯電路的一般設(shè)計步驟出發(fā)進(jìn)行設(shè)計。2、同步二進(jìn)制減法計數(shù)器的設(shè)計需要？個觸發(fā)器？

Q2Q1Q0001000010011110100101解：（1）邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。2n-1<M≤2n22<8≤23需要3個觸發(fā)器。

解：（1）邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。111（2）列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及激勵函數(shù)表【Q*=D】

111000001001010010011011100100101101110110111例：試用D觸發(fā)器設(shè)計一個同步8進(jìn)制減法計數(shù)器。

000D3D2D1現(xiàn)態(tài)次態(tài)激勵函數(shù)111001010011100101110000(3)根據(jù)激勵函數(shù)表列卡諾圖，化簡得D3/D2/D1的激勵函數(shù)表達(dá)式(4)根據(jù)D3/D2/D1的激勵函數(shù)表達(dá)式，畫出計數(shù)器的邏輯圖。③同步加/減計數(shù)器(即：同步可逆計數(shù)器）加/減計數(shù)器加/減計數(shù)結(jié)果加/減計數(shù)器計數(shù)結(jié)果兩種解決方案3、可逆二進(jìn)制同步計數(shù)器特點：將加法計數(shù)器和減法計數(shù)器合并起來，并引入一加/減控制信號X便構(gòu)成4位同步二進(jìn)制加減計數(shù)器，規(guī)律為：

X=0→加法計數(shù)器；X=1→減法計數(shù)器a.單時鐘方式加/減脈沖用同一輸入端，由加/減控制線的高低電平?jīng)Q定加/減器件實例：74LS191（用T觸發(fā)器）工作狀態(tài)X11X保持XX0X預(yù)置數(shù)(異步)010加計數(shù)011減計數(shù)(U'/D)'U'/D01a.單時鐘方式加/減脈沖用同一輸入端，由加/減控制線的高低電平?jīng)Q定加/減器件實例：74LS191（用T觸發(fā)器）C/B:進(jìn)借位信號輸出端 （最大最小輸出端）當(dāng)計數(shù)器做加法計數(shù)器，且Q3Q2Q1Q0=1111時，C/B=1（表有進(jìn)位）當(dāng)計數(shù)器做減法計數(shù)器，且Q3Q2Q1Q0=0000時，C/B=1（表有借位）011111a.單時鐘方式加/減脈沖用同一輸入端，由加/減控制線的高低電平?jīng)Q定加/減器件實例：74LS191（用T觸發(fā)器）C/B:進(jìn)借位信號輸出端 （最大最小輸出端）當(dāng)計數(shù)器做加法計數(shù)器，且Q3Q2Q1Q0=1111時，C/B=1（表有進(jìn)位）當(dāng)計數(shù)器做減法計數(shù)器，且Q3Q2Q1Q0=0000時，C/B=1（表有借位）1000011、同步計數(shù)器4位同步可逆十六進(jìn)制計數(shù)器74LS191b.雙時鐘方式器件實例：74LS193（采用T'觸發(fā)器，即T=1）①加法計數(shù)器

基本原理：在四位二進(jìn)制計數(shù)器基礎(chǔ)上修改，當(dāng)計到1001時，則下一個CLK電路狀態(tài)回到0000。10.3.4同步十進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)順序電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)進(jìn)位CQ3Q2Q1Q0012345678910000000010010001101000101011001111000100100000123456789000000000001012101010110110101160100121100110101001213401001211101111001014152010

十進(jìn)制加法自啟動同步10進(jìn)制加法器的狀態(tài)真值表電路擁有能自啟動能力！同步10進(jìn)制加法器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖/1/1/1/1器件實例：74160工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)(同步)X1101保持(包括C)X11X0保持（C=0）1111計數(shù)同步十進(jìn)制計數(shù)器

集成十進(jìn)制計數(shù)器舉例（1）8421BCD碼同步加法計數(shù)器7416010.3.4同步十進(jìn)制計數(shù)器例10.1采用D觸發(fā)器設(shè)計8421編碼的十進(jìn)制加1計數(shù)器方法：從時序邏輯電路的一般設(shè)計步驟出發(fā)進(jìn)行設(shè)計。需要？個觸發(fā)器？

Q4Q3Q2Q10001000000100011011101010110解：（1）邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。2n-1<M≤2n23<10≤24需要4個觸發(fā)器。

解：（1）邏輯抽象，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。100001001001(2)列狀態(tài)轉(zhuǎn)化表00010000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111001000110100010101100111100010010000xxxx現(xiàn)態(tài)次態(tài)表10-6狀態(tài)轉(zhuǎn)換表xxxxxxxxxxxxxxxx(3)卡諾圖化簡，求各位D觸發(fā)器的激勵函數(shù)表達(dá)式00010000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111001000110100010101100111100010010000xxxx現(xiàn)態(tài)次態(tài)表10-6狀態(tài)轉(zhuǎn)換表xxxxxxxxxxxxxxxx(3)卡諾圖化簡，求各位D觸發(fā)器的激勵函數(shù)表達(dá)式畫邏輯圖(4)畫邏輯圖(5)檢查電路能否自啟動000100000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110010001101000101011001111000100100001011現(xiàn)態(tài)次態(tài)表10-7改畫后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表0100110101001111改畫狀態(tài)表方法：卡諾圖中被圈起的無關(guān)項X看作1；未被圈起的無關(guān)項X看作01000計數(shù)順序電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q00123456789100000000100100011010001010110011110001001000001234567890012101010110100101140121100110101001213401211101111100014158

十進(jìn)制加法自啟動【例10.1】同步10進(jìn)制加法器的狀態(tài)真值表②減法計數(shù)器

基本原理：對二進(jìn)制減法計數(shù)器進(jìn)行修改，在0000時減“1”后跳變?yōu)?001，然后按二進(jìn)制減法計數(shù)就行了。2.同步十進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)順序電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)借位BQ3Q2Q1Q00123456789100000100110000111011001010100001100100001000001234567890100000000010123456111111101101110010111010100115141312111090000000

十進(jìn)制減法自啟動同步10進(jìn)制減法器的狀態(tài)真值表能自啟動同步10進(jìn)制減法器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖/1有借位2.同步十進(jìn)制計數(shù)器③十進(jìn)制可逆計數(shù)器基本原理一致，電路只用到0000-1001的十個狀態(tài)實例器件單時鐘：74190,168雙時鐘：741921、同步計數(shù)器單時鐘可逆十進(jìn)制計數(shù)器74LS19074LS19074LS19074LS191功能表74LS190功能表（十進(jìn)制）（十進(jìn)制）二.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)器特點：在末位+1時，從低位到高位逐位進(jìn)位方式工作。（各個觸發(fā)器異步翻轉(zhuǎn)）原則：每1位從“1”變“0”時，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)。01010101010101010101010101異步3位二進(jìn)制加法計數(shù)器時序圖二.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)器特點：在末位+1時，從低位到高位逐位進(jìn)位方式工作。（各個觸發(fā)器異步翻轉(zhuǎn)）原則：每1位從“1”變“0”時，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)。000100010110001101011111000異步3位二進(jìn)制加法計數(shù)器時序圖二.異步計數(shù)器1.異步二進(jìn)制計數(shù)器②異步二進(jìn)制減法計數(shù)器特點：在末位-1時，從低位到高位逐位借位方式工作。（各個觸發(fā)器異步翻轉(zhuǎn)）原則：每1位從“0”變“1”時，向高位發(fā)出借位，使高位翻轉(zhuǎn)。異步3位二進(jìn)制減法計數(shù)器時序圖01010101010101010101010101二.異步計數(shù)器1.異步二進(jìn)制計數(shù)器②異步二進(jìn)制減法計數(shù)器特點：在末位-1時，從低位到高位逐位借位方式工作。（各個觸發(fā)器異步翻轉(zhuǎn)）原則：每1位從“0”變“1”時，向高位發(fā)出借位，使高位翻轉(zhuǎn)。000111011101001110010100000異步3位二進(jìn)制減法計數(shù)器時序圖二.異步計數(shù)器①異步二進(jìn)制加法計數(shù)器電路I：下降沿觸發(fā)II:上升沿觸發(fā)?②異步二進(jìn)制減法計數(shù)器電路I：下降沿觸發(fā)II:上升沿觸發(fā)？二.異步計數(shù)器①異步二進(jìn)制加法計數(shù)器電路I：下降沿觸發(fā)II:上升沿觸發(fā)?②異步二進(jìn)制減法計數(shù)器電路I：下降沿觸發(fā)II:上升沿觸發(fā)？二.異步計數(shù)器異步二進(jìn)制加法計數(shù)器常用集成芯片4位的：74LS293、74LS393 7位的：CC402412位的:74HC404014位的:74HC40202個74LS393構(gòu)成1個8位加法計數(shù)器Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q712位加法器:74HC4040

14位加法器:74HC4020二.異步計數(shù)器原理：在4位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器上修改而成，注意：要跳過1010－1111這六個狀態(tài)1234567891012345678910J=0J=1J=0J=K=1J=01、異步十進(jìn)制加法計數(shù)器J=1器件實例：二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS290二進(jìn)制計數(shù)器的時鐘輸入端為CLK0，輸出端為Q0；(可作二分頻器）五進(jìn)制計數(shù)器的時鐘輸入端為CLK1，輸出端為Q1Q2Q3；(可作五分頻器）74290包含一個獨立的1位二進(jìn)制計數(shù)器和一個獨立的異步五進(jìn)制計數(shù)器。如果將Q0與CLK1相連，CLK0作時鐘脈沖輸入端，Q0～Q3作輸出端，則為8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)器。（可作十分頻器）器件實例：二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS290×fo/2f1f1/5fo器件實例：二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS290×fof0/10計數(shù)脈沖輸入端

①計數(shù)。

③異步置數(shù)(置9)。

②異步清零。74290的完整功能：五進(jìn)制計數(shù)0↓0××08421碼十進(jìn)制↓

×00×0000×

×0×11二進(jìn)制計數(shù)↓0×0×01001×

×11×01001×

×110×0000×

××0110CP1CP3Q2Q1Q0Q0Q91S92S二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS29010.3.5組合計數(shù)器（任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法）

N進(jìn)制M進(jìn)制常用方法：——用已有的N進(jìn)制芯片，組成M進(jìn)制計數(shù)器！

預(yù)置數(shù)法

置零法中規(guī)模集成計數(shù)器二進(jìn)制十進(jìn)制任意進(jìn)制計數(shù)器控制電路

基本設(shè)計思想

設(shè)計方法三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法

1.N>M原理：計數(shù)循環(huán)過程中設(shè)法跳過N－M個狀態(tài)。具體方法：置零法 置數(shù)法三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法

1.N>M原理：計數(shù)循環(huán)過程中設(shè)法跳過N－M個狀態(tài)。方法1：置零法

三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法

異步置零法：將SM狀態(tài)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生一個置零信號加到計數(shù)器的異步置零輸入端，則計數(shù)器將立刻返回S0狀態(tài)。（SM僅在極短瞬間出現(xiàn)，穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中不包括SM狀態(tài)）同步置零法：將SM-1狀態(tài)譯出同步置零信號，下個CLK信號到達(dá)后，計數(shù)器清零，返回S0狀態(tài)。(SM-1包含在穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中)置零法（復(fù)位法）基本思路

當(dāng)所需計數(shù)長度M小于集成計數(shù)器的最大計數(shù)長度N時，利用計數(shù)器復(fù)位功能使計數(shù)從“清零”狀態(tài)開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)長度達(dá)到M時，利用控制電路使復(fù)位控制有效，計數(shù)器“清零”又開始新一輪計數(shù)。S0

S1

Si

Si+1

SM-1

SN-1

同步清零異步清零S0

S1

Si

Si+1

SM

SN-1

過渡狀態(tài)SM-1

任意進(jìn)制計數(shù)器(N>M)RD=0(同步)RD=0(異步)異步置零法適用于具有異步清零端的集成計數(shù)器。例1采用“置零法”實現(xiàn)同步10進(jìn)制加計數(shù)(用74161）

000101000011001010011000011101100101000010010000××××Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374161EPETCOLDRD11CPCP1&出現(xiàn)一瞬間×任意進(jìn)制計數(shù)器(N>M)異步清零端10100001010000110010100110000111011001010000&Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374161EPETCOLDRD11CP1××××CP0101000001√任意進(jìn)制計數(shù)器(N>M)例1采用“置零法”實現(xiàn)同步10進(jìn)制加計數(shù)(用74161）

異步清零端波形圖：

Q3Q2Q0Q1CP100011000010101001101110000110010000100000000100任意進(jìn)制計數(shù)器(N>M)例1采用“置零法”實現(xiàn)同步10進(jìn)制加計數(shù)(用74161）

例：將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計數(shù)器異步置零法工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)例：將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計數(shù)器異步置零法異步清零端—SR鎖存器：維持觸發(fā)器的置零信號Q0Q1Q2Q3置零信號持續(xù)時間很短，可能導(dǎo)致觸發(fā)器來不及觸發(fā)而形成誤動作。三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法

1.N>M(原理：計數(shù)循環(huán)過程中設(shè)法跳過N－M個狀態(tài))方法2：置數(shù)法N-M個狀態(tài)置數(shù)法通過給計數(shù)器重復(fù)置入某個數(shù)值的方法跳躍N-M個狀態(tài)，從而獲得M進(jìn)制計數(shù)器。（置數(shù)操作可在電路任一狀態(tài)下進(jìn)行）異步預(yù)置數(shù)法：將Si+1狀態(tài)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生一個異步置數(shù)信號(L'D=0)，計數(shù)器立刻對該數(shù)進(jìn)行置數(shù)。【Si+1狀態(tài)瞬間出現(xiàn),不包含在穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中】同步預(yù)置數(shù)法：將Si狀態(tài)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生一個同步置數(shù)信號(L'D=0),下個CLK信號到達(dá)后，計數(shù)器對該數(shù)進(jìn)行置數(shù)。【Si包含在穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中】置數(shù)法基本思路

當(dāng)所需計數(shù)長度M小于集成計數(shù)器的最大計數(shù)長度N時，利用計數(shù)器預(yù)置功能使計數(shù)從某一預(yù)置值開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)長度達(dá)到M時，利用控制電路使預(yù)置控制有效，計數(shù)器接受預(yù)置值又開始新一輪計數(shù)。S0

S1

Si

Si+1

Si+M-1

SN-1

同步預(yù)置異步預(yù)置S0

S1

Si

Si+1

Si+M

SN-1

過渡狀態(tài)Si+M-1

三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(N>M)置數(shù)法舉例三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(N>M)例1：用置數(shù)法將74160接成六進(jìn)制計數(shù)器pp.302例2:采用“同步置數(shù)法”，用74161構(gòu)成十進(jìn)制

加計數(shù)器例3：用集成計數(shù)器74191和與非門組成的余3碼10進(jìn) 制計數(shù)器。置數(shù)法

(a)置入0000

(b)置入1001注意：74160的L'D是一個同步置位信號，所以對它要采用同步置數(shù)法ab0000→0001→0010→0011→0100→0101→00000000→0001→0010→0011→0100→1001→0000例2采用“同步置數(shù)法”，用74161構(gòu)成十進(jìn)制加計數(shù)器0000000101000011001010011000011101100101110111001011101011111110&Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374161EPETCOLDRD11CP10000100100000思考：校驗一下能否自啟動同步預(yù)置數(shù)法適用于具有同步預(yù)置端的集成計數(shù)器。三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(N>M)

另一種接法：

0111011011111110110110001001101010111100Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374161EPETCOLDRD11CP110110CP11110三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(N>M)

異步預(yù)置數(shù)法適用于具有異步預(yù)置端的集成計數(shù)器。例3：用集成計數(shù)器74191和與非門組成的余3碼10進(jìn)制計數(shù)器。LD3Q2QU/DSCP0D1D2D3DU/DCPO1Q0Q74191∧00計數(shù)脈沖&Q30QQ21Q11000三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(N>M)

三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(N<M)①M=N1×N2先用前面的方法分別接成N1和N2兩個計數(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CLK，低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的計數(shù)控制信號（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，兩片始終同時處于計數(shù)狀態(tài)三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(N<M)②M不可分解采用整體置零和整體置數(shù)法：先用兩片接成M’>M的計數(shù)器然后再采用置零或置數(shù)的方法【例9.4.3】用74160接成一百進(jìn)制計數(shù)器

工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)74160（十進(jìn)制）例：用兩片74160接成一百進(jìn)制計數(shù)器并行進(jìn)位法串行進(jìn)位法a.并行進(jìn)位法：用同一個CP，低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的計數(shù)控制信號（如74160的EP和ET）b.串行進(jìn)位法：低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的CP，兩片始終同時處于計數(shù) 狀態(tài)例：用兩片74160接成一百進(jìn)制計數(shù)器并行進(jìn)位法a.并行進(jìn)位法：用同一個CLK，低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的計數(shù)控制信號（如74160的EP和ET）0110000000010010....1001始終計數(shù)只有74160(1)產(chǎn)生進(jìn)位時才計數(shù)1次，其余時間處于保持狀態(tài)C=1011110例：用兩片74160接成一百進(jìn)制計數(shù)器串行進(jìn)位法b.串行進(jìn)位法：低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的CLK，兩片始終同時處于計數(shù)狀態(tài)0110000000010010....1001始終計數(shù)始終計數(shù)，但是只有74LS160的C產(chǎn)生下降沿時，計數(shù)器才加1。0111C=1三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(M>N)②M不可分解采用整體置零和整體置數(shù)法：先用兩片接成M'>M

的計數(shù)器(M'=N1×N2)然后再采用置零或置數(shù)的方法

（即：把兩片構(gòu)成的M'進(jìn)制計數(shù)器看作一個整體，當(dāng)計數(shù)次數(shù)達(dá)到M后，對其進(jìn)行置零或置數(shù)處理，使其從M'進(jìn)制轉(zhuǎn)換為M進(jìn)制計數(shù)器）【例9.4.4】用若干片74160接成29進(jìn)制計數(shù)器工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)分析：M=29是一個素數(shù)，不可能分解成兩個整數(shù)之積；必須采用整體置零法或整體置數(shù)法。整體置零（異步）整體置數(shù)（同步）【例9.4.4】用若干片74160接成29進(jìn)制計數(shù)器【例9.4.4】用若干片74160接成29進(jìn)制計數(shù)器100101000異步置零信號00000000整體置零（異步）瞬態(tài)電路計入28個脈沖時產(chǎn)生進(jìn)位（不適合作為進(jìn)位輸出信號）同時異步置零整體置零法評價：1）存在瞬態(tài)，可靠性差2）往往需要另加譯碼電路才能得到需要的進(jìn)位輸出信號?！纠?.4.4】用若干片74160接成29進(jìn)制計數(shù)器000101000同步置數(shù)信號00000000整體置數(shù)（同步）功能實現(xiàn)：利用電路的28狀態(tài)產(chǎn)生一個同步置位信號同時加到兩片74160上，從而得到29進(jìn)制計數(shù)器穩(wěn)定態(tài)整體置數(shù)法評價：1）沒有瞬態(tài)，可靠性好。2）進(jìn)位輸出信號容易得到。例3試用兩片74160構(gòu)成64進(jìn)制計數(shù)器11110000&Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374160低EPETCOLDRDQ0Q1Q2Q3D0D1D2D374160高EPETCOLDRDCP1111CPCP方法一：先用兩片74160采用并行進(jìn)位構(gòu)成100進(jìn)制計數(shù)器，然后再用“整體置數(shù)”法構(gòu)成64進(jìn)制計數(shù)器。三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(M>N)同步置數(shù)信號0方法二：先用兩片74160采用并行進(jìn)位構(gòu)成100進(jìn)制計數(shù)器，然后再用“整體置零”法構(gòu)成64進(jìn)制計數(shù)器。3Q2QETCP0D1D2D3DC1Q0Q74160低∧EPRDDLD13DD3DCPQQ0∧0C74160高L21ETQDQR2DEP1計數(shù)脈沖&1110011000異步置零信號0三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(M>N)11000001Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374160低EPETCOLDRDQ0Q1Q2Q3D0D1D2D374160高EPETCOLDRDCP1111CPCP11方法三：通過串行進(jìn)位的方法構(gòu)成100進(jìn)制計數(shù)器，再用“整體置零”法構(gòu)成64進(jìn)制計數(shù)器。&異步置零信號0三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(M>N)方法四：當(dāng)M可分解成N1和N2時，可將兩個計數(shù)器分別接成N1進(jìn)制計數(shù)器和N2進(jìn)制計數(shù)器，然后再將兩個計數(shù)器級聯(lián)起來。因此，64進(jìn)制計數(shù)器可由兩個8進(jìn)制計數(shù)器級聯(lián)而成。

Q3Q2Q1Q0D0D1D2D374160EPETCOLDRD11CP1&1110Q3Q2Q1Q0D0D1D2D374160EPETCOLDRD1&11101CPCP三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法(M>N)四、移位寄存器型計數(shù)器1.環(huán)形計數(shù)器說明：將移位寄存器首尾相接(D0=Q3),那么在不斷輸入時鐘信號時，寄存器中的數(shù)據(jù)將循環(huán)右移。1000001000010100優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單。缺點：沒有充分利用電路的狀態(tài)。(只有n個有效狀態(tài))2.扭環(huán)形計數(shù)器（可提高狀態(tài)利用率到2n個）0000110011101000Q3五、計數(shù)器應(yīng)用實例【例1】計數(shù)器+譯碼器→順序節(jié)拍脈沖發(fā)生器（譯碼器選通信號）例2，計數(shù)器+數(shù)據(jù)選擇器→序列脈沖發(fā)生器發(fā)生的序列：000101119.4.3順序脈沖發(fā)生器(略)9.4.4序列信號發(fā)生器(略)(2)按要求設(shè)計組合輸出電路。計數(shù)器+組合輸出電路2.電路組成3.設(shè)計過程(1)根據(jù)序列碼的長度S設(shè)計模S計數(shù)器，狀態(tài)可以自定；1.序列信號按一定規(guī)則排列的周期性串行二進(jìn)制碼。9.4.4序列信號發(fā)生器例1：產(chǎn)生110001001110序列碼第一步：設(shè)計計數(shù)器1.序列長度S=12，設(shè)計一個模12計數(shù)器.2.選用74161.3.采用同步預(yù)置法.4.設(shè)定有效狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0100～1111.9.4.4序列信號發(fā)生器第二步：設(shè)計組合電路

D

CBA