时序逻辑电路FLC

1、时序逻辑电路 主要内容主要内容 5.1 概述 5.2 时序逻辑电路的分析方法 5.3时序逻辑电路的设计方法 5.4若干常用的时序逻辑电路 主要内容主要内容 教学要求教学要求 一一. .重点掌握的内容：重点掌握的内容： 掌握时序逻辑电路的概念（同步、异步、有效状掌握时序逻辑电路的概念（同步、异步、有效状 态、无效状态、有效循环、无效循环、自启动）及态、无效状态、有效循环、无效循环、自启动）及 电路结构特点；电路结构特点； 掌握同步时序逻辑电路的一般分析方法；掌握同步时序逻辑电路的一般分析方法； 掌握同步时序逻辑电路的一般设计方法掌握同步时序逻辑电路的一般设计方法; 掌握同步计数器的一般设计方法；

2、掌握同步计数器的一般设计方法； 了解任意进制计数器。了解任意进制计数器。 5.1 概述概述 一、组合电路与时序电路的区别一、组合电路与时序电路的区别 1. 组合电路：组合电路： 电路的输出电路的输出只与电路的输入有关，只与电路的输入有关， 与电路的与电路的前一时刻前一时刻的状态无关。的状态无关。 2. 时序电路：时序电路： 电路在某一给定时刻的输出电路在某一给定时刻的输出 取决于该时刻电路的输入取决于该时刻电路的输入 还取决于还取决于前一时刻电路的状态前一时刻电路的状态 由触发器保存由触发器保存 时序电路：时序电路： 组合电路组合电路 + 触发器触发器 电路的状态与电路的状态与时间时间顺序有关

3、顺序有关 组合电路 存储电路 X1 Xp Y1 Ym Q1 Qt W1 Wr 输入 输出 时序电路在任何时刻的稳定输出，时序电路在任何时刻的稳定输出，不仅不仅与该时刻与该时刻 的输入信号有关，而且的输入信号有关，而且还与电路原来的状态还与电路原来的状态有关。有关。 时序逻辑电路必须含有具有记忆能力的存储元件，时序逻辑电路必须含有具有记忆能力的存储元件， 最常用的存储元件是触发器。最常用的存储元件是触发器。 在时序逻辑电路中，既包含输出信号只取决于输入信在时序逻辑电路中，既包含输出信号只取决于输入信 号的门电路部分，又包含能实现存储功能的触发器部号的门电路部分，又包含能实现存储功能的触发器部 分

4、。分。 时序逻辑电路示意图时序逻辑电路示意图 CPCP C C1 1 1 1J J 1 1K K X X C C1 1 1 1J J 1 1K K & Z Z FFFF 0 0 0 Q 0 Q 1 Q 1 Q FFFF 1 1 按照时序逻辑电路中触发器触发方式的不同，时序按照时序逻辑电路中触发器触发方式的不同，时序 逻辑电路可以分为逻辑电路可以分为2 2类类: : -所有的触发器共用一个时钟信号，各个触发器所有的触发器共用一个时钟信号，各个触发器 状态变化都在该时钟信号的作用下同时发生状态变化都在该时钟信号的作用下同时发生 。 -所有触发器不共用一个时钟信号，各个触发器所有触发器不共用一个时钟

5、信号，各个触发器 状态变化有先有后。状态变化有先有后。 二、时序逻辑电路的分类二、时序逻辑电路的分类 同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路 异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路 按按 输输 出出 特特 点点 可可 分分 为为 Mealy型时序逻辑电路型时序逻辑电路 Moore型时序逻辑电路型时序逻辑电路 电路输出不仅取决于存储电路的状态，而电路输出不仅取决于存储电路的状态，而 且还决定于电路当前的输入。且还决定于电路当前的输入。 电路输出仅决定于存储电路的状态，与电路输出仅决定于存储电路的状态，与 电路当前的输入无关。电路当前的输入无关。 二、时序逻辑电路的分类二、时序逻辑电路的分类 三、时序逻辑电路

6、的功能描述方法三、时序逻辑电路的功能描述方法 逻辑方程组逻辑方程组 状态表状态表 状态图状态图 时序图时序图 逻辑电路图逻辑电路图 时钟方程时钟方程：时钟信号：时钟信号CPCP的逻辑表达式。的逻辑表达式。 特性方程：描述触发器逻辑功能的逻辑表达式。特性方程：描述触发器逻辑功能的逻辑表达式。 驱动方程驱动方程：（激励方程）触发器输入信号的逻辑表达式。：（激励方程）触发器输入信号的逻辑表达式。 状态方程状态方程：（次态方程）每个触发器次态与输入之间的逻：（次态方程）每个触发器次态与输入之间的逻 辑表达式。辑表达式。 驱动方程代入特性方程得状态方程。驱动方程代入特性方程得状态方程。 输出方程输出方程

7、：输出变量的逻辑表达式。：输出变量的逻辑表达式。 1. 逻辑方程组逻辑方程组 CP C1 1J 1K X C1 1J 1K &Z FF0 0 Q 0 Q 1 Q 1 Q FF1 例例 输出方程输出方程 -时序逻辑电路的输出逻辑表达式。 驱动方程驱动方程 -各触发器输入端的逻辑表达式。 CP C1 1J 1K X C1 1J 1K &Z FF0 0 Q 0 Q 1 Q 1 Q FF1 nn QQZ 01 = 00 JKX= 110 n JKQ= 1.逻辑方程组 时钟方程时钟方程 CP0= CP1=CP。 状态方程 -将驱动方程代入相应触发器的特性方程 中，所得到的该触发器的次态方程。 状态表 -

8、描述输入信号、触发器现态与触发器次态和输 出信号之间逻辑关系的表格。 将电路输入、现态的各种取值代入状态方程和输 出方程中计算，求出相应的次态和输出。 1 000000 nnnn QJ QK QXQ = 1 1111101 nnnnn QJ QK QQQ = 时序逻辑电路状态表时序逻辑电路状态表 X X 0 00 00 00 0 /00 0 /0 0 00 10 11 1 /01 1 /0 0 01 01 01 0 /01 0 /0 0 01 11 10 1 /1 0 1 /1 1 10 00 00 1 /00 1 /0 1 10 10 11 0 /01 0 /0 1 11 01 01 1 /

9、01 1 /0 1 11 11 10 0 /10 0 /1 10 nn Q Q 11 10 / nn QQZ 2. 状态表状态表 将电路输入、将电路输入、 现态的各种现态的各种 取值代入状取值代入状 态方程和输态方程和输 出方程，计出方程，计 算出相应的算出相应的 次态和输出。次态和输出。 3.状态图状态图 描述触发器的动描述触发器的动 态行为，显示了态行为，显示了 触发器如何根据触发器如何根据 当前所处的状态当前所处的状态 对不同的情况做对不同的情况做 出反应。出反应。 圆圈和圈中数值表示某圆圈和圈中数值表示某 种状态下的编码；种状态下的编码； 箭头表示状态转换的前进方向；箭头表示状态转换的

10、前进方向； 箭头旁边带斜线的数值分别表示输入信号（斜箭头旁边带斜线的数值分别表示输入信号（斜 线左侧）和输出信号（斜线右侧）的逻辑值。线左侧）和输出信号（斜线右侧）的逻辑值。 起点：起点： 现态现态 终点：终点： 次态次态 标注：输入输出标注：输入输出 即：条件和结果即：条件和结果 当当X=1X=1时，时，“00”00”、“01”01”、 “10”10”、“11”11”这四个状态这四个状态 构成一个循环，称为构成一个循环，称为 “有效有效 循环循环”。 当当X=0X=0时，时，“01”01”和和“11”11”构成构成 一个一个“有效循环有效循环”，“01”01”和和 “11”11”称为称为“有

11、效状态有效状态”；“00”00” 和和“10”10”位于有效循环之外，称位于有效循环之外，称 为为“无效状态无效状态”。 有效循环与无效循环有效循环与无效循环 如果每个无效状态在若干个时钟作用后都能够转入有如果每个无效状态在若干个时钟作用后都能够转入有 效状态，进入效状态，进入“有效循环有效循环”，那么，称这个电路具有，那么，称这个电路具有 自启动能力自启动能力；否则电路就不具有自启动能力。；否则电路就不具有自启动能力。 当当X=1X=1时，电路实现的功能是四进制加法计数器；时，电路实现的功能是四进制加法计数器； 当当X=0X=0时，电路实现的功能是检测时，电路实现的功能是检测2 2个连续的个

12、连续的1 1，并且不具，并且不具 有自启动能力。有自启动能力。 自启动自启动 4.4.时序图时序图 -描述在时钟源描述在时钟源CPCP作用下时序逻辑电路的作用下时序逻辑电路的状态及输出状态及输出 随输入和时间变化的波形随输入和时间变化的波形，通常指有效循环的波形图。，通常指有效循环的波形图。 时序图清晰的描述了在输入和时钟源的作用下，各时序图清晰的描述了在输入和时钟源的作用下，各 个触发器状态的变化情况。个触发器状态的变化情况。 1 1 同步时序逻辑电路分析的一般步骤同步时序逻辑电路分析的一般步骤 2 2 同步时序逻辑电路分析举例同步时序逻辑电路分析举例 主要内容主要内容 电路图电路图 时钟方

13、程、时钟方程、 驱动方程和驱动方程和 输出方程输出方程 状态方程状态方程 状态图、状态图、 状态表状态表 时序图时序图 1 5 时序电路的分析步骤：时序电路的分析步骤： 4 5.2 时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法 2 将驱动方 程代入特 性方程 判断电路逻判断电路逻 辑功能辑功能,检查检查 自启动自启动 3 计算 2. 分析举例分析举例 时钟方程时钟方程 CPCPCPCP= = = = 210 输出方程输出方程 nnn QQQY 012 = = 驱动方程驱动方程 nn QK,QJ 2020 = = = nn QK,QJ 0101 = = = nn QK,QJ 1212 = = =

14、 状态方程状态方程 特性方程特性方程 nnnnnn QQQQQQ 20202 1 0 = = = = nnnnnn QQQQQQ 01010 1 1 = = = = nnnnnn QQQQQQ 12121 1 2 = = = = 例例 5.2.1 解解 1J 1K C1 0 Q 0 Q 1J 1K C1 1J 1K C1 1 Q 2 Q 1 Q2 Q & FF1FF0FF2 CP Y CP Q2 Q1 Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+1 Y 00 0 00 0 11 10 0 10 1 11 20 1 11 1 11 31 1 11 1 01 41 1 01 0 01 51 0 00 0 00

15、 0 1 01 0 11 1 0 10 1 01 nn QQ 2 1 0 = = nn QQ 0 1 1 = = nn QQ 1 1 2 = = nnn QQQY 012 = = 000001 /1 011 /1 111 /1 110 /1 100 /1 /0有效状态和有效循环有效状态和有效循环 010101 /1 /1 无效状态和无效循环无效状态和无效循环 能否自启动能否自启动? 能自启动：能自启动： 存在无效状态，但没有存在无效状态，但没有 形成循环。形成循环。 不能自启动：不能自启动： 无效状态形成循环。无效状态形成循环。 方法方法2 利用卡诺图求状态图利用卡诺图求状态图 nn QQ 2

16、 1 0 = = nn QQ 0 1 1 = = nn QQ 1 1 2 = = 1100 1100 Q2n+1 Q2n Q1nQ0n 0 1 00 01 11 10 0110 0110 Q1n+1 Q2n Q1nQ0n 0 1 00 01 11 10 0000 1111 Q0n+1 Q2n Q1nQ0n 0 1 00 01 11 10 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Q1nQ0n Q2n 0 1 00 01 11 10 001 011111101 000 010 110100 000 001 011 111 110 100 010 101 000001 /1 011 /1 111 /1

17、110 /1 100 /1 /0 1 2 3 4 5 6 CP CP下降沿触发下降沿触发 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 Y 例例 5.2.2 时钟方程时钟方程 CPCP CPCP = = = = = 2 10 输出方程输出方程 nnQ SQY 021 = = nnn QQQY 0122 = = 驱动方程驱动方程 1 00 = = = KJ nnn QKSQQJ 01201 ,= = = SQQKQQJ nnnn 102012 , = = = nnn QKQJQ = = 1 nn QQ 0 1 0 = = 状态方程状态方程

18、nnnnnnnn QQQQQQQSQ 0101201 1 1 = = nnnnnnnn QQQQSQQQQ 0212012 1 2 = = 解解 输入输入现态现态次态次态输出输出 S Q2nQ1n Q0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y1Y2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0

19、0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 000 001 /00 010 /00 011 /00 100 /00 101 /00 110 0/00 111 0/00 0/01 1/10 110 111 1/00 能自启动能自启动 012 QQQ S/Y1Y2 1/11 nnnnnnnn QQQQSQQQQ 0212012 1 2 = = nnnnnnnn QQQQQQQSQ 0101201 1 1 = = nn QQ

20、0 1 0 = = 1011 0100 Q2n+1 SQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 0100 1001 00 01 11 10 1010 1010 Q1n+1 SQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 1010 1000 00 01 11 10 1001 1001 Q0n+1 SQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 1001 1001 00 01 11 10 S = 0 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Q1nQ0n Q2n 0 1 00 01 11 10 001 010 100 011 101 110 000 111 S = 1 Q1nQ0n Q2n 0 1

21、00 01 11 10 001 010 100 011 101 000 000 111 方法方法2 利用卡诺图求状态图利用卡诺图求状态图 000 001 /00 010 /00 011 /00 100 /00 101 /00 110 0/00 111 0/00 0/01 1/10 110 111 1/00 当当 S = 0 时，每时，每 8 个个 CP 一个循环；一个循环； 当当 S =1 时，每时，每 6 个个 CP 一个循环。一个循环。 例3 试分析图示电路实现的逻辑功能。（各触发器初试分析图示电路实现的逻辑功能。（各触发器初 始状态为始状态为0 0。）。） 解： 电路中三个 电路中三个J

22、KJK触发器的时钟信号是同一个时钟源触发器的时钟信号是同一个时钟源 CPCP，因此是同步时序逻辑电路。，因此是同步时序逻辑电路。 CPCP & Z Z C C1 1 C C1 1 C C1 1 1 1 = = 1 1 FFFF 0 0 FFFF 1 1 FFFF 2 2 1 1J J 1 1K K 1 1J J 1 1J J 1 1K K1 1K K 0 Q 0 Q 1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 1 1、列方程式：、列方程式： （1）驱动方程。 CPCP &Z Z C C1 1 C C1 1 C C1 1 1 1 =1=1 1 1 FFFF0 0FFFF1 1FFFF2 2 1 1J J 1

23、 1K K 1 1J J 1 1J J 1 1K K1 1K K 0 Q 0 Q 1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 20 n JQ= 2 1K = 12 n JQ= 12 n KQ= 021 nn JQQ= 0 1K= （2）输出方程。 （3）状态方程。 CPCP &Z Z C C1 1 C C1 1 C C1 1 1 1 = = 1 1 FFFF0 0FFFF1 1FFFF2 2 1 1J J 1 1K K 1 1J J 1 1J J 1 1K K1 1K K 0 Q 0 Q 1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 210 nnn ZQ Q Q= 1 121212 nnnnnn QQ QQ QQ =

24、1 202 nnn QQ Q = 1 0210 ) nnnn QQQQ =（ 2、根据方程式列出状态表：、根据方程式列出状态表： 0000000 0 1/00 0 1/0 0010011 0 0/11 0 0/1 0100100 0 0/00 0 0/0 0110111 0 0/01 0 0/0 1001000 1 0/00 1 0/0 1011010 1 0/00 1 0/0 1101100 1 1/00 1 1/0 1111110 1 0/00 1 0/0 210 nnn Q Q Q 111 210 / nnn QQQZ 3、画出电路的状态图： 4、结论： 状态状态“000”000”、“0

25、01”001”、“100”100”、“010”010”构成有效构成有效 循环，电路能够实现四进制计数器功能；循环，电路能够实现四进制计数器功能； 状态状态“110”110”、“011”011”、“101”101”、“111”111”经有限个经有限个 时钟周期后能够回到有效循环中，电路具有自启动能时钟周期后能够回到有效循环中，电路具有自启动能 力。力。 即该电路为具有自启动能力的四进制计数器。 当状态为当状态为“001”001”时，时，Z Z输出输出1 1信号，可以把信号，可以把Z Z信号看信号看 成是成是“001”001”状态的检测电路。即检测到状态的检测电路。即检测到“001”001”状状

26、态时，态时，Z Z输出输出1 1信号。信号。 1 5.3 时序电路的基本设计方法时序电路的基本设计方法 1. 设计的一般步骤设计的一般步骤 时序逻辑时序逻辑 问题问题 逻辑逻辑 抽象抽象 状态转换状态转换 图（表）图（表） 状态状态 化简化简 最简状态最简状态 转换图（表）转换图（表） 电路方程式电路方程式 （状态方程）（状态方程） 求出求出 驱动方程驱动方程 选定触发选定触发 器的类型器的类型 逻辑逻辑 电路图电路图 检查能否检查能否 自启动自启动 2. 设计举例设计举例 按如下状态图设计时序电路。按如下状态图设计时序电路。 000 /0/0/0 /0/0 001010011 100101

27、/1 nnn QQQ 012 解解 已给出最简状态图，若用同步方式：已给出最简状态图，若用同步方式： 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 Y 0000 01 02Q QY = = 为方便，略去为方便，略去 右上角右上角 标标n。 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 1 0 n Q 101 0 10 0 1 0 QQ n = = 1 1 n Q 01 0 01012 1 1 QQQQQQ n = = 1 2 n Q 001 1 0201 1 2 QQQQQ n = = 例例 5. 3.1 0 1 0 QQ n = = 01012 1 1 QQQQQ

28、Q n = = 0201 1 2 QQQQQ n = = 选用选用 JK 触发器触发器 1 00 = = = KJ 01021 , QKQQJ= = = 约束项约束项 022201 )(QQQQQQ = = 02201201 QQQQQQQQ = = 02201 QQQQQ = = CP 1K C1 FF1 &1J Y 1J 1K C1 FF0 1K C1 FF2 &1J 1 & 110111000 能能自启动自启动 /0/1 02012 QK,QQJ= = = 例例 5.3.2 按如下状态图设计时序电路按如下状态图设计时序电路(用用D触发器触发器)。 000 /00 001010011100

29、101 /00 /001/001/00 110 1/00 111 1/00 nnn QQQ 012 P/Y1Y2 解解 CPCPCPCP= = = = 210 0100 PQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 0000 0000 00 01 11 10 Y1 0000 PQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 0000 0100 00 01 11 10 Y2 nnQ QPY 011 = = nnn QQQY 0122 = = 选用上升沿触发的选用上升沿触发的 D 触发器触发器 000 /00 001010011100101 /00 /001/001/00 110 1/00 111

30、 1/00 0 1 0 QQ n = = 0101 1 1 QQQQQ n = = 012 0212 1 2 QQQP QQQQQ n = = = D0 = D1 = D2 Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1 PQ2n 00 01 11 10 0 1 11 0 00 1 00 0 1 1 1 10 0 01 1 01 0 1 00 01 11 10 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1 PQ2n 00 01 11 10 0 1 11 0 00 1 00 0 1 1 1 10 0 01 1 01 0 1 00 01 11

31、10 Q2n+1 Q0n+1 Q0n+1 Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1 PQ2n 00 01 11 10 0 1 11 0 00 1 00 0 1 1 1 10 0 01 1 01 0 1 00 01 11 10 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1 PQ2n 00 01 11 10 0 1 11 0 00 1 00 0 1 1 1 10 0 01 1 01 0 1 00 01 11 10 Q2n+1 Q2n+1 Q0n+1 1/1 例例 5.3.3 设计设计 一个串行数据检测电路，要求输入一个串行数据检测电路，要

32、求输入 3 或或 3 个以上数据个以上数据1时输出为时输出为 1，否则为，否则为 0。 解解 S0 原始状态原始状态(0) S1 输入输入1个个1 S2 连续输入连续输入 2 个个 1 S3 连续输入连续输入 3 或或 3 个以上个以上 1 S0S1S2 S3 X 输入数据输入数据 Y 输出入数据输出入数据 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 0/0 1/1 S0S1S2 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 0/0 0/0 等价状态：原始状态图中，凡是等价状态：原始状态图中，凡是 在输入相同的情况下，输出相同，在输入相同的情况下，输出相同， 要转换到的次态也相同的状态，要转换到

33、的次态也相同的状态， 就称为等价状态。就称为等价状态。 S0S1S2 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 M = 3，取取 n = 2 S0 = 00 S1 = 01 S2 = 11 000111 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 Q1nQ0n X 0 1 00 01 11 10 Y 0 0 0 0 0 1 n XQY 1 = = Q1 1 nn XQQ 0 1 1 = = Q0 1 XQ n = = 1 0 nn XQQ 0 1 1 = = nnnn QXQQXQ 1010 = = nn QXQ 01 约束项约束项 nnn QXQXQ 101 = = XQ n =

34、= 1 0 nn QXXQ 00 = = n XQJ 01 = = XK = = 1 XJ = = 0 XK = = 0 n XQY 1 = = & CP X 1 Y 1J 1K C1 FF0 Q0 无效状态无效状态 10 0 0 0 0 10 00 0/0 1 1 1 1 11 1/1 能自启动能自启动 Q1 1K C1 FF1 &1J 选选 JK ( ) 触发器触发器, , 同步同步方式方式 5.4.1 计数器的特点和分类计数器的特点和分类 一、计数器的功能及应用一、计数器的功能及应用 1. 功能：功能： 对时钟脉冲对时钟脉冲 CP 计数。计数。 2. 应用：应用： 分频、定时、产生节拍脉

35、冲和脉冲分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲 序列、进行数字运算等。序列、进行数字运算等。 二、计数器的特点二、计数器的特点 1. 输入信号：输入信号： 计数脉冲计数脉冲 CP Moore 型型 2. 主要组成单元：主要组成单元：时钟触发器时钟触发器 三、三、 计数器的分类计数器的分类 按数制分：按数制分： 二进制计数器二进制计数器 十进制计数器十进制计数器 N 进制进制( (任意进制任意进制) )计数器计数器 按计数按计数 方式分：方式分： 加法计数器加法计数器 减法计数器减法计数器 可逆计数可逆计数 (Up-Down Counter) 按时钟按时钟 控制分：控制分： 同步计数器同步计数器 (Sy

36、nchronous ) 异步计数器异步计数器 (Asynchronous ) 按开关按开关 元件分：元件分： TTL 计数器计数器 CMOS 计数器计数器 计数器计数器计数容量计数容量、长度长度或或模模的概念的概念 计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效 状态数状态数 。 3 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器： 823= = =M 0000 1111 /1 4 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器： 000111 /1 1624= = =M n 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器： n M2= = 0000010

37、11111110100 /0 010101 /0/0 /0/0/0/0 /1 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01Y 0000 0001 210 YQ Q Q= 111 210 nnn QQQ 00 01 11 10 0 1 n Q 2 nnQ Q 01 001 010011100 101 110111000 1 1 n Q 1 2 n Q 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 0110 0110 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 0001 1110 0 1 0 QQ n = = 1 10110 n QQ QQ Q = 1

38、21202012 nnnnnnnn QQ QQ QQ Q Q = 1 0 n Q 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 1010 1010 选用选用 JK 触发器触发器,其特性方程为：其特性方程为： 1 00 = = = KJ 110 JKQ= 2210 JKQQ= 1nnn QJQKQ = 对状态方程进行变换，有：对状态方程进行变换，有： 1 000 11 nn QQQ = 1 10110 n QQ QQ Q = 1 21202012012102 nnnnnnnnnnnnnn QQ QQ QQ Q QQ Q QQ Q Q = 求驱动方程，有：求驱动方程，有： J0= K

39、0 =1J1= K1 = Q0J2= K2 = Q1Q0 CP 1J 1K C1 FF0 1 1J 1K C1 FF1 1J 1K C1 FF2 & & C Q0 Q1 Q2 Q0Q1 Q2 串行进位串行进位 触发器触发器 负载均匀负载均匀 CP 1J 1K C1 FF0 1 1J 1K C1 FF1 1J 1K C1 FF2 & & C Q0 Q1 Q2 Q0Q1 Q2 并行进位并行进位 低位触发低位触发 器负载重器负载重 (一一) 二进制同步加法计数器二进制同步加法计数器 FF2、FF1、FF0 Q2、Q1、Q0 按计数规律进行级联按计数规律进行级联 CPQ2Q1Q0C 0 1 2 3 4

40、 5 6 7 8 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 C = Q2n Q1n Q0n Carry 向高位的进位向高位的进位 来一个来一个CP 翻转一次翻转一次 J0= K0 = 1 当当Q0=1，CP 到来即翻转到来即翻转 J1= K1 = Q0 当当Q1Q0=1，CP 到来即翻转到来即翻转 J2= K2 = Q1Q0 = T0 = T1 = T2 1- 0 0121 = = = = = i j n j nnn i n ii QQQQQT B = Q2n Q1n Q0n Borrow 若

41、用若用T 触发器：触发器： (二二) 二进制同步减法计数器二进制同步减法计数器 CP Q2Q1Q0B 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 012 FF FF FF、 012 QQQ、 向高位发出的借位信号向高位发出的借位信号 T0 = 1 T1=Q0nT2= Q1n Q0n 级联规律：级联规律： 1- 0 0121 = = = = = i j n j nnn i n ii QQQQQT CP 1J 1K C1 FF0 1 1J 1K C1 FF1 1J 1K C1 FF1

42、 & & B Q0 Q1 Q2 Q0Q1Q2 (三三) 二进制同步可逆计数器二进制同步可逆计数器 单时钟输入二进制同步可逆计数器单时钟输入二进制同步可逆计数器 加加/ /减减 控制端控制端 0/= =DU 加计数加计数T0 = 1、T1= Q0n、 T2 = Q1nQ0n / 012 nnn QQQBC= = 1/= =DU 减计数减计数T0 = 1、T1= Q0n、 T2= Q1nQ0n nnn QQQBC 012 /= = CP Q0 1J 1K C1 FF0 1 Q0 Q2 1J 1K C1 FF2 Q2 Q1 1J 1K C1 FF1 Q1 U / D 1 & 1& 1& 1 C/B

43、(四四) 集成二进制同步计数器集成二进制同步计数器 1. 集成集成 4 位二进制同步加法计数器位二进制同步加法计数器 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地地 引脚排列图引脚排列图 逻辑功能示意图逻辑功能示意图 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP CR D0 D1 D2 D3 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 CR = 0Q3 Q0 = 0000 同步同步并行置数并行置数 CR=1，LD=0，CP 异步异步清零清零 Q3

44、Q0 = D3 D0 1) 74LS161 和和 74LS163 置数控制端置数控制端 清零端清零端 并行输入数并行输入数 据端据端 工作状态控工作状态控 制端制端 进位信号进位信号 输出端输出端 74161的状态表的状态表 输输 入入 输输 出出 注注 CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1CO 0 1 0 d3 d2 d1d0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 计计 数数 保保 持持 保保 持持 0 清零清零 置数置数 CR = 1, LD = 1, CP ，CTP = CTT

45、 = 1 二进制同步加法计数 二进制同步加法计数 CTPCTT = 0 CR = 1，LD = 1，保持保持 若若 CTT = 0CO = 0 若若 CTT = 1 nnnn QQQQCO 0123 = = 74163 2) CC4520 VDD 2CR 2Q32Q22Q12Q02EN2CP 1CP1EN1Q0 1Q1 1Q1Q31CR VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 Q0 Q1 Q2 Q3 EN CP CR 2 1 使能端使能端 也可作也可作 计数脉计数脉 冲输入冲输入 计数脉计数脉 冲输入冲输入 也可作也可作 使能端使能端 异异 步步

46、清清 零零 输输 入入 输输 出出 CR EN CPQ3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 加加 计计 数数 加加 计计 数数 保保 持持 保保 持持 2. 集成集成 4 位二进制同步可逆计数器位二进制同步可逆计数器 1) 74191（单时钟）（单时钟） Q0 Q1 Q2 Q3 U/D LD CO/BO CP CT D0 D1 D2 D3 RC 加计数时加计数时CO/BO = Q3nQ2nQ1nQ0n 并行异并行异 步置数步置数 减计数时减计数时CO/BO = Q3nQ2nQ1nQ0nCT = 1,CO/BO = 1时，时， CPRC

47、 = = CTBOCOCPRC = =/ 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地地 VCC D0 CP RC CO/BO LD D2 D3 LD CT U/D CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 d3 d2 d1 d0 1 0 0 1 0 1 1 1 d3 d2 d1 d0 加加 法法 计计 数数 减减 法法 计计 数数 保保 持持 （8421BCD 码）码） (一一) 十进制同步加法计数器十进制同步加法计数器 0123 QQQQ 00000001 /0 0010

48、/0 0011 /0 0100 /0 0101 /0 0110 /0 011110001001 /0/0/0 /1 0000 0000 Q3nQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 10 00 01 11 10 C CPCP CPCPCP = = = = = = 3 210 nnQ QC 03 = = CP 1K C1 FF2 &1J C 1J 1K C1 FF0 1K C1 FF3 &1J 1 & Q1 Q0 1K C1 FF1 &1J & Q2 Q3 Q3 Q1nQ0n Q3nQ2n 00 01 11 10 00 01 11 10 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0

49、0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 nn QQ 0 1 0 = = nnnnnn QQQQQQ 01013 1 1 = = nn nnnnnn QQ QQQQQQ 02 12012 1 2 = = nnnnnn QQQQQQ 03012 1 3 = = 状态方程状态方程 选择选择下降沿下降沿、JK 触发器触发器 驱动方程驱动方程 J0 = K0 = 1, J1= Q3nQ0n, K1= Q0 J2 = K2 = Q1nQ0n J3 = Q2nQ1nQ0n , K3 = Q0n 逻辑图逻辑图 检查能否自启动检查能否自启动 将无效状态将无效状态1010 1111 代入状态方程：代入状态方程： 1010 1011 0100 1110 1111 1000 1100 1011 0100 能自启动能自启动 nnQ QC 03 = = (二二) 十进制同步减法计数器十进制同步减法计