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第五章时序逻辑电路 制作人 梅喜雪 2004 7 9 MEIXIXUE 5 1概述 时序逻辑电路由组合电路和存储电路两部分构成 按触发脉冲输入方式的不同 时序电路可分为同步时序电路和异步时序电路 同步时序电路是指各触发器状态的变化受同一个时钟脉冲控制 而在异步时序电路中 各触发器状态的变化不受同一个时钟脉冲控制 2004 7 9 MEIXIXUE 5 1 1时序电路的分析方法 分析步骤 写相关方程式 时钟方程 驱动方程和输出方程 求各个触发器的状态方程 求出对应状态值 列状态表 画状态图和时序图 归纳上述分析结果 确定时序电路的功能 2004 7 9 MEIXIXUE 例1分析如图所示的时序电路的逻辑功能 2004 7 9 MEIXIXUE 5 2同步计数器 计数器是用来实现累计电路输入CP脉冲个数功能的时序电路 在计数功能的基础上 计数器还可以实现计时 定时 分频和自动控制等功能 应用十分广泛 计数器按照CP脉冲的输入方式可分为同步计数器和异步计数器 计数器按照计数规律可分为加法计数器 减法计数器和可逆计数器 计数器按照计数的进制可分为二进制计数器 N 2n 和非二进制计数器 N 2n 其中 N代表计数器的进制数 n代表计数器中触发器的个数 2004 7 9 MEIXIXUE 5 2 1同步计数器 1 同步二进制计数器 2004 7 9 MEIXIXUE 2 同步二进制计数器的连接规律和特点 连接规律 所有CP接在一起 上升沿或下降沿均可 加法计数J0 K0 1Ji Ki n 1 i 1减法计数J0 K0 1Ji Ki n 1 i 1 2004 7 9 MEIXIXUE 3 同步非二进制计数器 例2分析如图所示同步非二进制计数器的逻辑功能 2004 7 9 MEIXIXUE 5 3异步计数器 异步二进制计数器异步三位二进制计数器电路 2004 7 9 MEIXIXUE 2 异步二进制计数器的规律和特点 连接规律 1 各触发器接成计数状态JK触发器 Ji Ki 1T触发器 Ti 1D触发器 D Qi 2 CP的连接方法 CP0 CP加法计数 下降沿触发CPi Qi 1 i 1 上升沿触发CPi Qi 1 i 1 减法计数 下降沿触发CPi Qi 1 i 1 上升沿触发CPi Qi 1 i 1 2004 7 9 MEIXIXUE 5 4集成计数器 1 集成同步计数器74LS161 74LS161管脚排列图 2004 7 9 MEIXIXUE 74LS161逻辑功能表 2004 7 9 MEIXIXUE 当复位端CR 0时 输出Q3Q2Q1Q0全为零 实现异步清零功能 又称复位功能 当LD 1时 预置控制端 0 并且CP CP 时 Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0 实现同步预置数功能 当CR LD 1且CTP CTT 0时 输出Q3Q2Q1Q0保持不变 当CR LD CTP CTT 1 CP CP 时 实现计数功能 2004 7 9 MEIXIXUE 集成异步计数器74LS290 集成计数器74LS290逻辑电路图 2004 7 9 MEIXIXUE 74LS290逻辑功能表 2004 7 9 MEIXIXUE S9 1 S9 2 称为置 9 端 R0 1 R0 2 称为置 0 端 CP0 CP1端为计数时钟输入端 Q3Q2Q1Q0为输出端 NC表示空脚 置 9 功能 当S9 1 S9 2 1时 不论其他输入端状态如何 计数器输出Q3Q2Q1Q0 1001 而 1001 2 9 10 故又称异步置数功能 置 0 功能 当S9 1 和S9 2 不全为1 并且R0 1 R0 2 1时 不论其他输入端状态如何 计数器输出Q3Q2Q1Q0 0000 故又称异步清零功能或复位功能 计数功能 当S9 1 和S9 2 不全为1 并且R0 1 和R0 2 不全为1 输入计数脉冲CP时 计数器开始计数 2004 7 9 MEIXIXUE 5 4 2用集成计数器构成任意进制计数器 用现有的M进制集成计数器构成N进制计数器时 如果M N 则只需一片M进制计数器 如果M N 则要用多片M进制计数器 1 反馈清零法2 反馈置数法3 级联法 2004 7 9 MEIXIXUE 反馈清零法 反馈清零法是利用芯片的复位端和门电路 跳越M N个状态 从而获得N进制计数器的 例一 用74LS161构成十进制计数器 2004 7 9 MEIXIXUE 反馈清零法构成十进制计数器 a 构成电路 b 计数过程 即状态图 因为是异步清零端 虽然用1010清零 但是1010的状态持续时间很短 可认为不出现 所以十进制的状态应从0000 1001 2004 7 9 MEIXIXUE 例二 用74LS290构成六进制计数器 用反馈清零法 CP1和Q0相接构成十进制计数器 然后利用异步清零端R0 1 和R0 2 反馈清零 R0 1 和R0 2 是异步清零端 故虽然用0110清零 但0110不出现 所以六进制的状态应从0000 0101 2004 7 9 MEIXIXUE 反馈置数法 反馈置数法适用于具有预置数功能的集成计数器 对于具有同步预置数功能的计数器而言 在其计数过程中 可以将它输出的任何一个状态通过译码 产生一个预置数控制信号反馈至预置数控制端 在下一个CP脉冲作用后 计数器就会把预置数输入端的状态置入输出端 预置数控制信号消失后 计数器就从被置入的状态开始重新计数 还有一种方法是计数到1111状态时产生的进位信号译码后 反馈到预置数控制端实现反馈置数 2004 7 9 MEIXIXUE 例三 用74LS161构成七进制计数器 用反馈置数法 预置数法构成七进制计数器 同步预置 a 构成电路 b 计数过程 即状态图 因为是同步置数端 所以用0110反馈清零时 0110状态可以正常出现 即七进制的状态应该从0000 0110 2004 7 9 MEIXIXUE 例四 利用进位端反馈置数法 用74LS161构成九进制计数器 预置数法构成九进制计数器 同步预置 a 构成电路 b 计数过程 即状态图 2004 7 9 MEIXIXUE 级联法 适用于M N 需要多片集成块 方法是 先将n片计数器级联组成最大计数值N M的计数器 然后采用整体清0或整体置数的方法实现模M计数器 例五 用74LS161构成二十四进制计数器 先将两片74LS161构成二百五十六进制计数器 然后用二十四 00011000 整体清零即可构成二十四进制计数器 二十四进制的状态从00000000 00010111 2004 7 9 MEIXIXUE 用74LS161芯片构成二十四进制计数器 2004 7 9 MEIXIXUE 例六 将74LS290构成十进制以内任意计数器 二进制计数器 CP由CP0端输入 Q0端输出 如图 a 所示 五进制计数器 CP由CP1端输入 Q3Q2Q1端输出 如图 b 所示 十进制计数器 8421码 Q0和CP1相连 以CP0为计数脉冲输入端 Q3Q2Q1Q0端输出 如图 c 所示 十进制计数器 5421码 Q3和CP0相连 以CP1为计数脉冲输入端 Q0Q3Q2Q1端输出 如图 d 所示 2004 7 9 MEIXIXUE 74LS290构成二进制 五进制和十进制计数器 2004 7 9 MEIXIXUE 例五 用74LS290构成二十四进制计数器 先将两片74LS290构成一百进制计数器 然后用二十四 00100100 整体清零构成二十四进制计数器 二十四进制的状态从00000000 00100011 23 用74LS290芯片构成二十四进制计数器 2004 7 9 MEIXIXUE 5 5寄存器 5 5 1数据寄存器数据寄存器又称数据缓冲储存器或数据锁存器 其功能是接受 存储和输出数据 主要由触发器和控制门组成 n个触发器可以储存n位二进制数据 数据寄存器按其接受数据的方式又分为双拍式和单拍式两种 2004 7 9 MEIXIXUE 1 双拍式数据寄存器 双拍式三位数据寄存器 2004 7 9 MEIXIXUE 2 单拍式数据寄存器 单拍式四位二进制数据寄存器 2004 7 9 MEIXIXUE 5 5 2移位寄存器 移位寄存器除了接受 存储 输出数据以外 同时还能将其中寄存的数据按一定方向进行移动 移位寄存器有单向和双向移位寄存器之分 1 单向移位寄存器单向移位寄存器只能将寄存的数据在相邻位之间单方向移动 按移动方向分为左移移位寄存器和右移移位寄存器两种类型 2004 7 9 MEIXIXUE 右移移位寄存器电路 2004 7 9 MEIXIXUE 2 双向移位寄存器 X是工作方式控制端 当X 0时 实现数据右移寄存功能 当X 1时 实现数据左移寄存功能 DSL是左移串行输入端 而DSR是右移串行输入端 2004 7 9 MEIXIXUE 3 移位寄存器的应用 1 实现数据传输方式的转换在数字电路中 数据的传送方式有串行和并行两种 而移位寄存器可实现数据传送方式的转换 2 构成移位型计数器 2004 7 9 MEIXIXUE 环形计数器 环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行输出端相连 构成一个闭合的环 如图5 24 a 所示 实现环形计数器时 必须设置适当的初态 且输出Q3Q2Q1Q0端初始状态不能完全一致 即不能全为 1 或 0 这样电路才能实现计数 环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n相等 即N n 状态变化如图5