數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件：第5章 時序邏輯電路

1、學(xué)習(xí)要點： 時序電路的分析方法和設(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 時序邏輯電路的基本分析與設(shè)計方法,5.2 計數(shù)器,5.3 寄存器,5.4 順序脈沖發(fā)生器,5.5 隨機存取存儲器（ROM）,5.1.1 時序邏輯電路概述,5.1.2 時序邏輯電路的分析方法,5.1.3 時序邏輯電路的設(shè)計方法,5.1 時序邏輯電路的基本分析與設(shè)計方法,1時序電路的特點,5.1.1 時序邏輯電路概述,邏輯功能特點：電路任何時刻的穩(wěn)態(tài)輸出不僅與該時刻的輸入信號有關(guān)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)（具有記憶功能）。,結(jié)構(gòu)特點：由存儲單元和組合電路組成，一定包含觸發(fā)器

2、；存儲電路的狀態(tài)反饋到組合電路的輸入端，與外部的輸入信號共同決定組合電路的輸出。,2時序電路的邏輯功能表示方法,時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：,X：時序電路現(xiàn)在輸入信號 Y：時序電路現(xiàn)在輸出信號 W：存儲電路輸入信號（激勵、驅(qū)動信號） Q：存儲電路的狀態(tài)輸出信號,3時序電路的分類,（1） 根據(jù)邏輯功能分類 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） 根據(jù)時鐘分類 同步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖相同，即電路中有一個統(tǒng)一的時鐘脈沖，每來一個時鐘脈沖，電

3、路的狀態(tài)只改變一次。 異步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖不同，即電路中沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖來控制電路狀態(tài)的變化，電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，是異步進(jìn)行的。,3時序電路的分類,（3）根據(jù)輸出分類 米利型（Mealy）時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。 穆爾型（Moore）時序電路的輸出僅決定于電路的現(xiàn)態(tài)，與電路當(dāng)前的輸入無關(guān)；或者根本就不存在獨立設(shè)置的輸出，而以電路的狀態(tài)直接作為輸出。,（4）根據(jù)能否編程分類 可編程時序電路和不可編程時序電路。,（5）TTL時序電路和CMOS時序電路。,寫方程式 時鐘方程：各個觸發(fā)器時鐘信號的邏輯表達(dá)式； 輸出

4、方程：時序電路各個輸出信號的表達(dá)式； 驅(qū)動方程：各個觸發(fā)器的同步輸入信號表達(dá)式。 求狀態(tài)方程 將驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程。 進(jìn)行計算 把電路輸入和現(xiàn)態(tài)的各種可能取值代入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行計算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出。 注意：方程式有效的時鐘條件；對所有可能的現(xiàn)態(tài)和輸入取值組合進(jìn)行計算。,時序電路的分析步驟：,5.1.2 時序邏輯電路的分析方法,畫狀態(tài)圖或列狀態(tài)表、畫時序圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換是由現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換； 輸出是現(xiàn)態(tài)和輸入的函數(shù)； 時序圖中只有當(dāng)CP觸發(fā)邊沿到來時相應(yīng)觸發(fā)器才會更新狀態(tài)，否則保持。 電路功能說明 結(jié)合各信號的特定物理意義，進(jìn)一步說明電路的邏輯功能。,時序電路的分析步驟：

5、,5.1.2 時序邏輯電路的分析方法,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、狀態(tài)表或時序圖,判斷電路邏輯功能,1,2,3,5,計算,4,5.1.2 時序邏輯電路的分析方法,時序電路的分析步驟：,例,時鐘方程：,輸出方程：,輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān)，為穆爾型時序電路。,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,分析下圖所示的時序電路，畫出狀態(tài)圖和時序圖。,CP下降沿有效,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：,3,計算、列狀態(tài)表,0 0 0,0 0 1,0 1 0,0 1 1,1 0 0,1 0 1,1 1 0,1

6、 1 1,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 1,0 0 0,0 1 0,1 0 0,1 1 0,0,0,0,0,1,1,0,0,4,畫狀態(tài)圖、時序圖,狀態(tài)圖,排列順序：,被利用了的狀態(tài),有效狀態(tài)：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)：沒有被利用的狀態(tài),無效循環(huán)：無效狀態(tài)構(gòu)成的循環(huán),不能自啟動的電路若因為干擾進(jìn)入無效循環(huán)，則電路不能正常工作。,能自啟動：存在無效狀態(tài)但沒有形成無效循環(huán)的時序電路,不能自啟動：存在無效狀態(tài)且形成無效循環(huán)的時序電路,5,電路功能,時序圖,有效循環(huán)的6個狀態(tài)分別是05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

7、變化的，即： 000001011111110100000 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Y1。,有效循環(huán)的時序圖,Y,1 2 3 4 5 6,例,輸出方程：,輸出與輸入有關(guān)，為米利型時序電路。,同步時序電路，時鐘方程省去。,驅(qū)動方程：,1,寫方程式,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)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：,3,計算、列狀態(tài)表,4,5,電路功能,由狀態(tài)圖可以看出，當(dāng)輸入X 0時，在時鐘脈沖CP作用下，電路的4個狀態(tài)按遞增規(guī)律循環(huán)變化，即： 0001101100 當(dāng)X1時，在時鐘脈沖CP的作

8、用下，電路的4個狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即： 0011100100 可見，該電路既具有遞增計數(shù)功能，又具有遞減計數(shù)功能，是一個2位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器。,畫狀態(tài)圖時序圖,例,電路沒有單獨的輸出，為穆爾型時序電路。,異步時序電路，時鐘方程：,驅(qū)動方程：,1,寫方程式,（上升沿有效）,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)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：,3,計算、列狀態(tài)表,4,5,電路功能,由狀態(tài)圖可以看出，在時鐘脈沖CP的作用下，電路的8個狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即： 000111110101100011010001000 電路具有遞減計數(shù)功能，是一個3位二進(jìn)制異步減法計數(shù)器。,

9、畫狀態(tài)圖、時序圖,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、狀態(tài)表或時序圖,判斷電路邏輯功能,1,2,3,5,計算,4,復(fù)習(xí)：時序電路的分析步驟：,1進(jìn)行邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖,（1）分析設(shè)計要求，確定輸入變量、輸出變量、電路內(nèi)部狀態(tài)間的關(guān)系及狀態(tài)數(shù)。 （2）定義輸入變量、輸出變量邏輯狀態(tài)的含義，進(jìn)行狀態(tài)賦值，對電路各個狀態(tài)進(jìn)行編號。 （3）按題意建立原始狀態(tài)圖。,2進(jìn)行狀態(tài)化簡，求最簡狀態(tài)圖,（1）確定等價狀態(tài)：凡是在輸入相同時，輸出相同，要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也相同的狀態(tài)。 （2）合并等價狀態(tài)，畫最簡狀態(tài)圖。,時序電路的設(shè)計步驟：,5.1.3 時序邏輯電路的設(shè)計方法,3進(jìn)行狀態(tài)變換

10、，畫出用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼的狀態(tài)圖,（1）確定二進(jìn)制代碼的位數(shù)。狀態(tài)數(shù)M與二進(jìn)制代碼的位數(shù)n之間的關(guān)系：2n-1M2n。 （2）用二進(jìn)制代碼對電路狀態(tài)進(jìn)行編碼。 （3）畫出編碼后的狀態(tài)圖。,4選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程,（1）選擇觸發(fā)器：JK或D觸發(fā)器。觸發(fā)器的個數(shù)等于二進(jìn)制代碼的位數(shù) n。,（2）求時鐘方程。 同步方案：CPi = CP 異步方案：根據(jù)狀態(tài)圖畫出時序圖，按翻轉(zhuǎn)要求，為各觸發(fā)器選出合適的時鐘信號。在滿足要求的前提下，觸發(fā)沿越少越好。,（3）求輸出方程。,（4）求狀態(tài)方程。,對于在CP信號到來電路轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，不具備時鐘條件的觸發(fā)器，如FFi 的次態(tài) 來說，該時刻電路

11、的現(xiàn)態(tài)所對應(yīng)的最小項可以當(dāng)成約束項處理。,方法一：從狀態(tài)圖中規(guī)定的輸出與現(xiàn)態(tài)和輸入的邏輯關(guān)系寫出輸出信號的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式，用公式法化簡。,方法二：由狀態(tài)圖畫出輸出信號的卡諾圖，用圖形法化簡。 無效狀態(tài)對應(yīng)的最小項當(dāng)成約束項處理。,采用同步方案時： 狀態(tài)圖次態(tài)的與或表達(dá)式公式法化簡 狀態(tài)圖現(xiàn)態(tài)和次態(tài)的卡諾圖圖形法化簡,采用異步方案時，注意約束項的確認(rèn)和處理,約束項的確認(rèn)：無效狀態(tài)對應(yīng)的最小項當(dāng)成約束項處理,5求驅(qū)動方程,（1）變換狀態(tài)方程，使之具有和觸發(fā)器特性方程相同的表達(dá)式形式。 （2）與特性方程比較，求出驅(qū)動方程。,6畫邏輯電路圖,（1）先畫觸發(fā)器并編號，標(biāo)出相關(guān)的輸入端和輸出端。 （2）按

12、時鐘方程、驅(qū)動方程和輸出方程連線。,7檢查電路能否自啟動,（1）將電路中的無效狀態(tài)依次代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，觀察在CP信號作用下能否回到有效狀態(tài)。若無效狀態(tài)形成循環(huán)，則所設(shè)計的電路不能自啟動，反之則能自啟動。 （2）若電路不能自啟動，則應(yīng)采取措施予以解決。,設(shè)計要求,原始狀態(tài)圖,最簡狀態(tài)圖,畫邏輯電路圖,檢查電路能否自啟動,1,2,4,6,時序電路的設(shè)計步驟：,選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程,5,狀態(tài)分配,3,化簡,例,1,建立原始狀態(tài)圖,設(shè)計一個按自然態(tài)序變化的7進(jìn)制同步加法計數(shù)器，計數(shù)規(guī)則為逢七進(jìn)一，產(chǎn)生一個進(jìn)位輸出。,狀態(tài)化簡,2,狀態(tài)分配,3,已經(jīng)最簡。,已是二進(jìn)制狀態(tài)。,4,

13、選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程,因需用3位二進(jìn)制代碼，選用3個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，故時鐘方程為：,輸出方程：,無效狀態(tài)作約束項處理,狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,不化簡，以便使之與JK觸發(fā) 器的特性方程的形式一致。,比較，得驅(qū)動方程：,電路圖,5,檢查電路能否自啟動,6,將無效狀態(tài)111代入狀態(tài)方程計算：,可見111的次態(tài)為有效狀態(tài)000，電路能夠自啟動。,設(shè)計一個串行數(shù)據(jù)檢測電路，當(dāng)連續(xù)輸入3個或3個以上1時，電路的輸出為1，其它情況下輸出為0。例如： 輸入 X：101100111011110 輸出 Y：000000001000

14、110,例,1,建立原始狀態(tài)圖,S0,S1,S2,S3,設(shè)電路開始處于初始狀態(tài)為S0。,第一次輸入1時，由狀態(tài)S0轉(zhuǎn)入狀態(tài)S1，并輸出0；,1/0,X/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，以便重新計數(shù)。,0/0,0/0,0/0,0/0,原始狀態(tài)圖中，凡在輸入相同時，輸出相同、要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也相同的狀態(tài)，稱為等價狀態(tài)。狀態(tài)化簡就是將多個等價狀態(tài)合并成一個狀態(tài)，把多余的狀態(tài)都去掉，從而得到最

15、簡的狀態(tài)圖。,狀態(tài)化簡,2,狀態(tài)分配,3,所得原始狀態(tài)圖中，狀態(tài)S2和S3等價。因為它們在輸入為1時輸出都為1，且都轉(zhuǎn)換到次態(tài)S3；在輸入為0時輸出都為0，且都轉(zhuǎn)換到次態(tài)S0。所以它們可合并為一個狀態(tài)，合并后的狀態(tài)用S2表示。,S0=00S1=01S2=10,4,選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程,選2個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?。篊P0 = CP1 = CP,輸出方程,4,選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程,狀態(tài)方程,比較，得驅(qū)動方程：,電路圖,5,檢查電路能否自啟動,6,將無效狀態(tài)11代入輸出方程和狀態(tài)方程計算：,電路能夠自啟動。,電路

16、圖,時鐘方程、驅(qū)動方程和輸出方程,狀態(tài)方程,狀態(tài)圖、狀態(tài)表或時序圖,判斷電路邏輯功能,1,2,3,5,計算,4,復(fù)習(xí)：時序電路的分析,設(shè)計要求,原始狀態(tài)圖,最簡狀態(tài)圖,畫邏輯電路圖,檢查電路能否自啟動,1,2,4,6,復(fù)習(xí)：時序電路的設(shè)計,選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程,5,狀態(tài)分配,3,化簡,設(shè)計一個異步時序電路，要求如右圖所示狀態(tài)圖。,例,4,選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程,六進(jìn)制計數(shù)器，無效狀態(tài)：110、111,選用3個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,無效狀態(tài)作約束項處理,次態(tài)卡諾圖：,時鐘方程：,FF0每輸入一個CP翻轉(zhuǎn)一次，只能

17、選CP,選擇時鐘脈沖的一個基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。,對于在CP信號到來電路轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，不具備時鐘條件的觸發(fā)器，如FFi 的次態(tài) 來說，該時刻電路的現(xiàn)態(tài)所對應(yīng)的最小項可以當(dāng)成約束項處理。,電路圖,5,檢查電路能否自啟動,6,將無效狀態(tài)110、111代入輸出方程和狀態(tài)方程計算：,電路能夠自啟動。,驅(qū)動方程：,輸出方程：,時序電路的特點是：在任何時刻的輸出不僅和輸入有關(guān)，而且還決定于電路原來的狀態(tài)。為了記憶電路的狀態(tài)，時序電路必須包含有存儲電路。存儲電路通常以觸發(fā)器為基本單元電路構(gòu)成。 時序電路可分為同步時序電路和異步時序電路兩類。它們的主要區(qū)別是，前者的所有觸發(fā)器受同一時

18、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)圖和時序圖等6種方法來描述，它們在本質(zhì)上是相通的，可以互相轉(zhuǎn)換。 時序電路的分析，就是由邏輯圖到狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)換；而時序電路的設(shè)計，在畫出狀態(tài)圖后，其余就是由狀態(tài)圖到邏輯圖的轉(zhuǎn)換。,本節(jié)小結(jié),5.2.1 二進(jìn)制計數(shù)器,5.2.2 十進(jìn)制計數(shù)器,5.2.3 N進(jìn)制計數(shù)器,5.2 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

19、計數(shù)器,十進(jìn)制計數(shù)器,N進(jìn)制計數(shù)器,一、二進(jìn)制同步計數(shù)器,3位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器,選用3個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：,時鐘方程：,5.2.1 二進(jìn)制計數(shù)器,狀態(tài)方程：,輸出方程：,C為向高位進(jìn)位信號,狀態(tài)方程：,JK觸發(fā)器的特性方程：,比較，得驅(qū)動方程：,電路圖：,由于沒有無效狀態(tài)，故電路能自啟動。,推廣到n位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器,驅(qū)動方程,輸出方程,級間連接規(guī)律：,T型觸發(fā)器,3位二進(jìn)制同步減法計數(shù)器,選用3個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：,時鐘方程：,狀態(tài)方程：,輸出方程：,B為向高位借位信號,狀態(tài)方

20、程：,JK觸發(fā)器的特性方程：,比較，得驅(qū)動方程：,驅(qū)動方程：,電路圖：,輸出方程：,由于沒有無效狀態(tài)，電路能自啟動。,推廣到n位二進(jìn)制同步減法計數(shù)器,驅(qū)動方程,輸出方程,T型觸發(fā)器,3位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器,輸出方程,電路圖,推廣：n 位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器,輸出方程：,驅(qū)動方程：,4位集成二進(jìn)制同步加法計數(shù)器74LS161/163,具有異步清零、同步置數(shù)、可保持狀態(tài)不變功能的4位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器。,74LS163的引腳排列和74LS161相同， 不同之處是74LS163采用同步清零方式。,異步信號是指和時鐘信號無關(guān)的信號，當(dāng)異步輸入信號變?yōu)橛行顟B(tài)時器件的狀態(tài)就改變。,同步信號和時鐘信號

21、有關(guān)，實際上是輸入信號和時鐘信號進(jìn)行了與運算或者與非運算，輸入信號和時鐘信號的運算結(jié)果有效時狀態(tài)才會改變。,異步清零的清零信號直接輸入到清零端。,同步清零就是把清零信號和時鐘信號經(jīng)過“與”或者“與非”運算后輸入到清零端，同步清零可以保證狀態(tài)在時鐘的有效期內(nèi)不會改變。,雙4位集成二進(jìn)制同步加法計數(shù)器CC4520,CR=1時，異步清零。,CR=0、EN=1時，在CP脈沖上升沿作用下進(jìn)行加法計數(shù)。,CR=0、CP=0時，在EN脈沖下降沿作用下進(jìn)行加法計數(shù)。,CR=0、EN=0或CR=0、CP=1時，計數(shù)器狀態(tài)保持不變。,4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS191,具有同步可逆計數(shù)、異步并行置數(shù)和保持

22、功能的4位單時鐘集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器。,RC是多個芯片級聯(lián)時級間串行計數(shù)使能端。,4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS193,具有同步可逆計數(shù)、異步清零、異步置數(shù)和保持功能的4位雙時鐘集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器。,多個74LS193級聯(lián)時，只要把低位的CO端、BO端分別與高位的CPU、CPD連接起來，各個芯片的CR端連接在一起，LD端連接在一起就可以了。,二、二進(jìn)制異步計數(shù)器,3位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器,狀態(tài)圖,選用3個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：,時序圖：,時鐘方程：,FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次，,FF1在Q0由1變0時翻轉(zhuǎn)，,FF2在Q1

23、由1變0時翻轉(zhuǎn)。,3個JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時就有下降沿，不需要翻轉(zhuǎn)時沒有下降沿，所以3個觸發(fā)器都應(yīng)接成T 型?？傻?驅(qū)動方程：,狀態(tài)方程：,與JK觸發(fā)器的特性方程比較，可得,驅(qū)動方程：,電路圖：,輸出方程：,3位二進(jìn)制異步減法計數(shù)器,狀態(tài)圖,選用3個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：,時鐘方程：,時序圖：,FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次，,FF1在Q0由0變1時翻轉(zhuǎn)，,FF2在Q1由0變1時翻轉(zhuǎn)。,3個JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時就有下降沿，不需要翻轉(zhuǎn)時沒有下降沿，所以3個觸發(fā)器都應(yīng)接成T 型。,驅(qū)動方程：,電路圖：,輸出方程：,二進(jìn)制異步計數(shù)器級間

24、連接規(guī)律,4位集成二進(jìn)制異步加法計數(shù)器74LS197,具有異步清零、置數(shù)功能的4位集成二進(jìn)制異步加法計數(shù)器。,二-八-十六進(jìn)制計數(shù)器,選用4個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。,一、十進(jìn)制同步計數(shù)器,狀態(tài)圖,輸出方程：,時鐘方程：,十進(jìn)制同步加法計數(shù)器,5.2.2 十進(jìn)制計數(shù)器,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,與JK觸發(fā)器的特性方程,比較，得驅(qū)動方程：,電路圖：,將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。,驅(qū)動方程,輸出方程：,十進(jìn)制同步減法計數(shù)器,選用4個CP

25、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：,時鐘方程：,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,狀態(tài)方程：,與JK觸發(fā)器的特性方程,比較，得驅(qū)動方程：,將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。,電路圖：,驅(qū)動方程：,輸出方程：,十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器,集成十進(jìn)制同步計數(shù)器,集成十進(jìn)制同步加法計數(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)制同步加法計數(shù)器，而74161和74163是4位二進(jìn)制（16進(jìn)

26、制）同步加法計數(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是單時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74191相同。 74192是雙時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74193相同。,選用4個CP上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。,二、十進(jìn)制異步計數(shù)器,狀態(tài)圖,輸出方程：,十進(jìn)制異步加法計數(shù)器,時序圖,時鐘方程,FF0每輸入一個CP翻轉(zhuǎn)一次，只能選CP。,選擇時鐘脈沖的一個基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。,注意：畫各個觸

27、發(fā)器次態(tài)的卡諾時，當(dāng)CP到來電路轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，不具備時鐘條件的觸發(fā)器，相應(yīng)狀態(tài)所對應(yīng)的最小項當(dāng)成約束項處理，在分解出來的卡諾圖中，無論原來填的是0還是1，都記上。,狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,比較，得驅(qū)動方程：,電路圖,將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。,十進(jìn)制異步減法計數(shù)器,選用4個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：,時序圖,時鐘方程,FF0每輸入一個CP翻轉(zhuǎn)一次，只能選CP。,選擇時鐘脈沖的一個基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。,F

28、F1在t3、t5、t7、t9時刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。,FF2在t3、t7時刻翻轉(zhuǎn)，可選Q1。,FF3在t1、t3時刻翻轉(zhuǎn)，可選Q0。,注意：畫各個觸發(fā)器次態(tài)的卡諾時，當(dāng)CP到來電路轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，不具備時鐘條件的觸發(fā)器，相應(yīng)狀態(tài)所對應(yīng)的最小項當(dāng)成約束項處理，在分解出來的卡諾圖中，無論原來填的是0還是1，都記上。,狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,狀態(tài)方程,比較，得驅(qū)動方程：,電路圖,將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。,集成二五十進(jìn)制異步加法計數(shù)器74LS90,74LS90的狀態(tài)表,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、

29、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

30、CC4520、74LS190、74LS191；而74LS90則具有異步清零和異步置數(shù)功能。,5.2.3 N進(jìn)制計數(shù)器,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-1S12-1S111011,（2）求歸零邏輯。,例,D0D3可隨意處理,D0D3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。,SNS121100,（2）求歸零邏輯。,例,D0D3可隨意處理,D0D3必須都接0,用74LS161來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。,SNS121100,例,D0D3可隨意處理,D0D3必須都接

31、0,SN-1S111011,3、提高歸零可靠性的方法,使用CP下降沿觸發(fā)的集成計數(shù)器時，電路中需增加一個反相器。,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)器的級聯(lián)有兩種方式，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

32、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)。,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

33、，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。,本節(jié)小結(jié),5.3.1 基本寄存器,5.3.2 移位寄存器,5.3.3 寄存器的應(yīng)用,5.3 寄存器,在數(shù)字電路中，用來暫時存放二進(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

34、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。,按開關(guān)元件的不同，可分為TTL寄存器、CMOS寄存器,1、單拍工作方式基本寄存器,無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么，只要送數(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)D0D3，就立即被送入進(jìn)寄存器中，即有：,5.3.1 基本寄存器,2、雙拍工作方式基本寄存器,右移 輸出,右移 輸入,1、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：,5.3.2 移位寄存器,左移 輸出,左移 輸入,并行輸出,4位左移 移位寄存器,時鐘方程：,驅(qū)動方程：

35、,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Q0Qn-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。,2、雙向移位寄存器,M=0時右移,M=1時左移,3、集成雙向移位 寄存器74LS194,1、環(huán)形計數(shù)器,結(jié)構(gòu)特點,即將FFn-1的輸出Qn-1接到FF0的輸入端D0,工作原理,5.3.3 寄存器的應(yīng)用,能自啟動的4位環(huán)形計數(shù)器,狀態(tài)圖,由74LS1

36、94構(gòu)成的能自啟動的4位環(huán)形計數(shù)器,時序圖,M1=1，M0=0時左移 M1=0，M0=1時右移,2、扭環(huán)形計數(shù)器,結(jié)構(gòu)特點,狀態(tài)圖,能自啟動的4位扭環(huán)形計數(shù)器,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。 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

37、轉(zhuǎn)換成串行數(shù)碼，還可以很方便地構(gòu)成移位寄存器型計數(shù)器和順序脈沖發(fā)生器等電路。,本節(jié)小結(jié),5.4.1 計數(shù)型順序脈沖發(fā)生器,5.4.2 移位型順序脈沖發(fā)生器,5.4 順序脈沖發(fā)生器,在數(shù)字電路中，能按一定時間、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。,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，一般由計數(shù)器（包括移位寄存器型計數(shù)器）和譯碼器組成。作為時間基準(zhǔn)的計數(shù)脈沖由計數(shù)器的輸入端送入，譯碼器即將計數(shù)器狀態(tài)譯成輸出端上的順序脈沖，使輸出端上的狀態(tài)按一定時間、一定順序輪流為1，或者輪流為0。前面介紹過的環(huán)形計數(shù)器的輸出就是順序脈沖，故可不加譯碼電路即可直接作為順序脈沖發(fā)生器。,譯碼器

38、,電路圖,計數(shù)器,計數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器一般用按自然態(tài)序計數(shù)的二進(jìn)制計數(shù)器和譯碼器構(gòu)成。,5.4.1 計數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器,4輸出順序脈沖發(fā)生器,時序圖,用集成計數(shù)器74LS163和集成3線-8線譯碼器74LS138構(gòu)成的8輸出順序脈沖發(fā)生器。,移位型順序脈沖發(fā)生器由移位寄存器型計數(shù)器加譯碼電路構(gòu)成。其中環(huán)形計數(shù)器的輸出就是順序脈沖，故可不加譯碼電路就可直接作為順序脈沖發(fā)生器。,5.4.2 移位型順序脈沖發(fā)生器,8輸出移位型順序脈沖發(fā)生器,時序圖,在數(shù)控裝置和數(shù)字計算機中，往往需要機器按照人們事先規(guī)定的順序進(jìn)行運算或操作，這就要求機器的控制部分不僅能正確地發(fā)出各種控制信號，而且要求這些控制信號在時間上有一定的先后順序。通常采取的方法是，用一個順序脈沖發(fā)生器來產(chǎn)生時間上有先后順序的脈沖，以控制系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)地工作。 順序脈沖發(fā)生器分計數(shù)型和移位型兩類。計數(shù)型順序脈沖發(fā)生器狀態(tài)利用率高，但由于每次CP信號到來時，可能有兩個或兩個以上的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，因此會產(chǎn)生競爭冒險，需要采取措施消除。移位型順序脈沖發(fā)生器沒