时序逻辑电路ppt浙江水利水电专科学校——电气工.ppt

第七章时序逻辑电路,7.1概述,1、时序电路的特点,时序电路在任何时刻的稳定输出，不仅与该时刻的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。,2、时序电路逻辑功能的表示方法,时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式、状态表、卡诺图、状态图、时序图和逻辑图6种方式表示，这些表示方法在本质上是相同的，可以互相转换。,逻辑表达式有：,3、时序电路的分类,（1）根据时钟分类同步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一个统一的时钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。异步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化，电路状态改变时，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。,*（2）根据输出分类米利型时序电路的输出不仅与现态有关，而且还决定于电路当前的输入。穆尔型时序电路的其输出仅决定于电路的现态，与电路当前的输入无关；或者根本就不存在独立设置的输出，而以电路的状态直接作为输出。,电路图,时钟方程、驱动方程和输出方程,状态方程,状态图、状态表或时序图,判断电路逻辑功能,1,2,3,5,7.2.1同步时序逻辑电路的分析方法,一、基本分析步骤：,计算,4,例,时钟方程：,输出方程：,同步时序电路的时钟方程可省去不写。,驱动方程：,1,写方程式,二、分析举例：,输出仅与电路现态有关，为穆尔型时序电路。,2,求状态方程,JK触发器的特性方程：,将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：,3,计算、列状态表,000,001,010,011,100,101,110,111,001,011,101,111,000,010,100,110,0,0,0,0,1,1,0,0,4,画状态图、时序图,状态图,5,电路功能,时序图,有效循环的6个状态分别是05这6个十进制数字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个状态是按递增规律变化的，即：000001011111110100000所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法计数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从000开始计数，并产生输出Y1。,例,输出方程：,输出与输入有关，为米利型时序电路。,同步时序电路，时钟方程省去。,驱动方程：,1,写方程式,2,求状态方程,T触发器的特性方程：,将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：,3,计算、列状态表,4,5,电路功能,由状态图可以看出，当输入X0时，在时钟脉冲CP的作用下，电路的4个状态按递增规律循环变化，即：0001101100当X1时，在时钟脉冲CP的作用下，电路的4个状态按递减规律循环变化，即：0011100100可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功能，是一个2位二进制同步可逆计数器。,画状态图时序图,例,电路没有单独的输出，为穆尔型时序电路。,异步时序电路，时钟方程：,驱动方程：,1,写方程式,7.2.2异步时序逻辑电路的分析方法,2,求状态方程,D触发器的特性方程：,将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：,3,计算、列状态表,4,5,电路功能,由状态图可以看出，在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状态按递减规律循环变化，即：000111110101100011010001000电路具有递减计数功能，是一个3位二进制异步减法计数器。,画状态图、时序图,本节小结,时序电路的特点是：在任何时刻的输出不仅和输入有关，而且还决定于电路原来的状态。为了记忆电路的状态，时序电路必须包含有存储电路。存储电路通常以触发器为基本单元电路构成。时序电路可分为同步时序电路和异步时序电路两类。它们的主要区别是，前者的所有触发器受同一时钟脉冲控制，而后者的各触发器则受不同的脉冲源控制。时序电路的逻辑功能可用逻辑图、状态方程、状态表、卡诺图、状态图和时序图等6种方法来描述，它们在本质上是相通的，可以互相转换。时序电路的分析，就是由逻辑图到状态图的转换。,7-3-1异步二进制加法计数器,二进制加法计数器的时序图,7-3-2异步二进制减法计数器,7-3-2异步二进制减法计数器,7-3-3同步二进制递增计数器,同步二进制可逆计数器,在数字电路中，能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。,计数器,二进制计数器,十进制计数器,N进制计数器,加法计数器,同步计数器,异步计数器,减法计数器,可逆计数器,加法计数器,减法计数器,可逆计数器,二进制计数器,十进制计数器,N进制计数器,计数器分类,74LS290为异步二五十进制加法计数器。其新、老标准逻辑符号及内部逻辑图分别如图12.5(a)、(b)、(c)所示。它由四个下降沿触发的JK触发器和两个与非门组成。由图可见，它是两个独立的计数器。,一、集成异步计数器CT74LS90,图12.574LS290的新标准和老标准逻辑符号及内部逻辑图(a)新标准逻辑符号；(b)老标准逻辑符号；(c)内部逻辑图,图12.574LS290的新标准和老标准逻辑符号及内部逻辑图(a)新标准逻辑符号；(b)老标准逻辑符号；(c)内部逻辑图,74LS290，它具有如下功能：（1）直接清零。当R0A和R0B为高电平、S9A和S9B至少有一个为低电平时，各触发器Rd端均为低电平，触发器输出均为零，实现清零功能。由于清零功能与时钟无关，故这种清零称为异步清零。（2）直接置9（输出为1001）。当S9A和S9B为高电平，R0A和R0B至少有一个为低电平时，触发器F0和F3的Sd端及触发器F1和F2的Rd端为低电平，触发器输出为1001，实现直接置9功能。,（3）计数。当R0A、R0B及S9A、S9B输入均为低电平时，门R和门S输出均为高电平，各JK触发器恢复正常功能（实现计数功能）。使用时，务必按功能表的要求，使R0和S9各输入端满足给定的条件，在输入时钟脉冲的下降沿计数。（4）功能扩展。用少量逻辑门，通过对74LS290外部不同方式的连接，可以组成任意进制计数器。,图12.674LS290组成的十进制计数器(a)8421BCD码十进制计数；(b)5421BCD码十进制计数,表12.5状态转移表,例12.5用74LS290组成七进制计数器。解首先，将74LS290的CP1端与Q0端相接，使它组成8421BCD码十进制计数器。其次，七进制计数器有7个有效状态00000110，可由十进制计数器采用一定的方法使它跳越3个无效状态01111001而实现七进制计数。,图12.7七进制计数器电路图及波形图,图12.7七进制计数器电路图及波形图,例12.6用两块74LS290分别组成百进制和二十四进制计数器。解将两块74LS290进行级联，组成的百进制计数器如图12.8所示。其中，Q30Q20Q10Q00为个位输出，Q31Q21Q11Q01为十位输出。,图12.874LS290扩展为百进制计数器,在百进制基础上，采用反馈归零法即可组成二十四进制计数器。计数范围为023，24为过渡状态，当高位计数至2、低位计数至4时，计数器归零。将Q20和Q11直接与R0A和R0B连接，即组成二十四进制计数器。电路如图12.9所示。,图12.9二十四进制计数器,7.3.2集成同步计数器,集成十进制同步加法计数器74160、74162的引脚排列图、逻辑功能示意图与74161、74163相同，区别1：74160和74162是十进制同步加法计数器，74161和74163是4位二进制（16进制）同步加法计数器。区别2：74161和74160是的区别是异步清零、同步置数74163、74162采用的是同步清零、同步置数74190是单时钟集成十进制同步可逆计数器，其引脚排列图和逻辑功能示意图与74191相同。,74LS161是一种同步四位二进制加法集成计数器。下图是其管脚排列图和逻辑功能示意图。,74LS161管脚排列图,逻辑电路图,一、4位集成二进制同步加法计数器74LS161/163,74LS161逻辑功能表,74LS163的引脚排列和74LS161相同，不同之处是74LS163采用同步清零方式。,二、集成十进制同步加法计数器74LS160/162,集成十进制同步加法计数器74160、74162的引脚排列图、逻辑功能示意图与74161、74163相同。与74161相比，(1)74160是十进制计数器；（2）注意74160在计数时CO=Q3Q074160和74162的区别是，74160采用的是异步清零方式，而74162采用的是同步清零方式。,三、集成十进制同步加/减可逆计数器74LS190/191,74190是单时钟集成十进制同步可逆计数器，其引脚排列图和逻辑功能示意图与74191相同。,74LS190逻辑功能表,7.3.3N进制计数器,1、用同步清零端或置数端归零构成N进置计数器,2、用异步清零端或置数端归零构成N进置计数器,（1）写出状态SN-1的二进制代码。（2）求归零逻辑，即求同步清零端或置数控制端信号的逻辑表达式。（3）画连线图。,（1）写出状态SN的二进制代码。（2）求归零逻辑，即求异步清零端或置数控制端信号的逻辑表达式。（3）画连线图。,利用集成计数器的清零端和置数端实现归零，从而构成按自然态序进行计数的N进制计数器的方法。,在前面介绍的集成计数器中，清零、置数均采用同步方式的有74LS163、74LS162；清零采用异步方式、置数采用同步方式的有74LS161、74LS160；有的只具有异步置数功能，如74LS190、74LS191；,用74LS163来构成一个十二进制计数器。（1）写出状态SN-1的二进制代码。,（3）画连线图。,SN-1S12-1S111011,（2）求归零逻辑。,例,D0D3可随意处理,D0D3必须都接0,用74LS161来构成一个十二进制计数器。,SNS121100,例,D0D3可随意处理,D0D3必须都接0,SN-1S111011,3、提高归零可靠性的方法,4、计数器容量的扩展,异步计数器一般没有专门的进位信号输出端，通常可以用本级的高位输出信号驱动下一级计数器计数，即采用串行进位方式来扩展容量。,100进制计数器,60进制计数器,64进制计数器,12位二进制计数器（慢速计数方式）,12位二进制计数器（快速计数方式）,在此种接线方式中，只要片1的各位输出都为1，一旦片0的各位输出都为1，片2立即可以接收进位信号进行计数，不会像基本接法中那样，需要经历