未锁定机工PPT第八章时序逻辑电路

1、第第8章章 时序逻辑电路时序逻辑电路8.1寄存器8.2计数器【知识目标【知识目标】1.1.了解寄存器的功能、基本构成和常见类型了解寄存器的功能、基本构成和常见类型 2.2.了解典型集成寄存器的应用了解典型集成寄存器的应用3.3.了解计数器的功能了解计数器的功能4.4.掌握二进制、十进制等典型计数器的外特性及应用掌握二进制、十进制等典型计数器的外特性及应用【技能目标【技能目标】1.1.学会识读常用寄存器和计数器集成电路的引脚并能测试其逻辑功能。学会识读常用寄存器和计数器集成电路的引脚并能测试其逻辑功能。2.2.会安装电路，安装并调试秒计数器，实现计数器逻辑功能。会安装电路，安装并调试秒计数器，实

2、现计数器逻辑功能。3.3.能初步查阅集成电路手册，正解选用寄存器、计数器集成电路。能初步查阅集成电路手册，正解选用寄存器、计数器集成电路。 数字电路按逻辑功能和电路组成特点不同可分为组合逻辑电路和数字电路按逻辑功能和电路组成特点不同可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。时序逻辑电路两大类。【时序逻辑电路的特点【时序逻辑电路的特点】 电路任一时刻的输出状态不仅与该时刻的输电路任一时刻的输出状态不仅与该时刻的输入状态有关，而且与电路的原有状态有关，这种电路称为时序逻辑电路。入状态有关，而且与电路的原有状态有关，这种电路称为时序逻辑电路。前面所讨论的触发器就是一种最简单的时序逻辑电路。前面所讨论的

3、触发器就是一种最简单的时序逻辑电路。【时序逻辑电路的组成【时序逻辑电路的组成】 时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储电路两时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，如图部分组成，如图8-18-1所示。所示。 图8-1 时序逻辑电路组成框图【时序逻辑电路的分类【时序逻辑电路的分类】 时序电路按时钟信号输入方式不同，可分为同时序电路按时钟信号输入方式不同，可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两大类。同步时序逻辑电路中，各触步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两大类。同步时序逻辑电路中，各触发器受同一时钟控制，其状态转换与所加的时钟脉冲信号都是同步的；异发器受同一时钟控制，其状态转换与所加的时

4、钟脉冲信号都是同步的；异步时序逻辑电路中，各触发器状态的变化不是同时发生的。常见的时序逻步时序逻辑电路中，各触发器状态的变化不是同时发生的。常见的时序逻辑电路有寄存器和计数器等。辑电路有寄存器和计数器等。8.1寄存器寄存器 8.1.1 寄存器的功能、基本构成及常见类型寄存器的功能、基本构成及常见类型【寄存器的功能【寄存器的功能】 寄存器是一种非常重要的时序逻辑电路部件，它主要用来接收、寄存器是一种非常重要的时序逻辑电路部件，它主要用来接收、暂存、传递数码、指令等信息。暂存、传递数码、指令等信息。【寄存器的基本构成【寄存器的基本构成】 寄存器主要由触发器和一些控制门电路组成，一个触发器寄存器主要

5、由触发器和一些控制门电路组成，一个触发器能存放一位二进制数码，要存放能存放一位二进制数码，要存放N N位二进制数码，就应有位二进制数码，就应有N N个触发器。个触发器。【寄存器的常见类型【寄存器的常见类型】 寄存器按照功能的不同，可分为数码寄存器和移位寄存器。寄存器按照功能的不同，可分为数码寄存器和移位寄存器。 8.1.2 数码寄存器数码寄存器 数码寄存器是简单的存储器，具有接收、暂存数码和清除数码的功能。数码寄存器是简单的存储器，具有接收、暂存数码和清除数码的功能。图图8-28-2所示是用所示是用D D触发器组成的四位数码寄存器。在存数指令（触发器组成的四位数码寄存器。在存数指令（CPCP脉

6、冲上升沿）脉冲上升沿）的作用下，可将预先加在各的作用下，可将预先加在各D D触发器输入端的数码，存入相应的触发器中，并触发器输入端的数码，存入相应的触发器中，并可从各触发器的可从各触发器的Q Q端同时输出，所以称其为并行输入、并行输出寄存器。端同时输出，所以称其为并行输入、并行输出寄存器。图8-2 四位数码寄存器 例如，要将四位二进制数码例如，要将四位二进制数码D3 D2 D1D0=1010D3 D2 D1D0=1010存入寄存器中，工作过程如下：存入寄存器中，工作过程如下：（1 1）清零：令）清零：令 （总清零端）（总清零端） =0=0，则，则Q3Q2Q1Q0=0000Q3Q2Q1Q0=00

7、00，清除原有数码。，清除原有数码。（2 2）寄存数码：令）寄存数码：令 =1=1。在寄存器。在寄存器D3D3、D2D2、D1D1、D0D0输入端分别输入为输入端分别输入为1 1、0 0、1 1、0 0。当。当CPCP脉冲（接收数码的控制端）的上升沿一到，寄存器的状态脉冲（接收数码的控制端）的上升沿一到，寄存器的状态 Q3Q2Q1Q0=1010Q3Q2Q1Q0=1010，只要使，只要使 =1=1，CP=0CP=0，寄存器就处在保持状态。，寄存器就处在保持状态。 从而完成了数码的接收和暂存功能。从而完成了数码的接收和暂存功能。CRCRCR8.1.3 移位寄存器移位寄存器 移位寄存器除了有存放数码

8、的功能外，还有数码移位功能。根据数码移动移位寄存器除了有存放数码的功能外，还有数码移位功能。根据数码移动情况不同，可分为单向移位寄存器（又可分为左移寄存器和右移寄存器）和双情况不同，可分为单向移位寄存器（又可分为左移寄存器和右移寄存器）和双向移位寄存器。向移位寄存器。【单向移位寄存器】【单向移位寄存器】 由由D D触发器构成的四位左移寄存器如图触发器构成的四位左移寄存器如图8-38-3所示。所示。 为总清为总清零端。触发器的输出接至相邻左边触发器的输入端零端。触发器的输出接至相邻左边触发器的输入端D D，输入数据由最右边触发器，输入数据由最右边触发器FF0FF0的输入端的输入端D D接入。接入

9、。 CRa）逻辑图 b）工作波形图图8-3 四位左移寄存器 工作原理：工作原理：例如将数码例如将数码D3D2D1D0D3D2D1D010101010寄存，从高位到低位依次串行送寄存，从高位到低位依次串行送到串行输入端，在第一个到串行输入端，在第一个CPCP脉冲上升沿到来后，脉冲上升沿到来后， Q Q0=0= D D3 31 1，在第二个，在第二个CPCP脉冲脉冲上升沿到来后，上升沿到来后，Q Q0=0= D D2 20 0，Q Q1=1= 1 1，依此类推，在，依此类推，在4 4个脉冲作用下，个脉冲作用下，Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0=10100=1010，串行输入的四位数码全

10、部置入移位寄存器中，同时，在，串行输入的四位数码全部置入移位寄存器中，同时，在4 4个触发个触发器的输出端得到了并行输出的数码。实现了数码的串入器的输出端得到了并行输出的数码。实现了数码的串入并出。工作波形如并出。工作波形如图图8-3b8-3b）所示。）所示。 将右移寄存器和左移寄存器组合起来，并引入控制端便构成既可左移又可右将右移寄存器和左移寄存器组合起来，并引入控制端便构成既可左移又可右移的双向移位寄存器。移的双向移位寄存器。 技能训练一技能训练一 74LS194的逻辑功能测试的逻辑功能测试 【训练目标【训练目标】1.1.学会识读学会识读74LS19474LS194引脚并能测试其逻辑功能。

11、引脚并能测试其逻辑功能。2. 2. 了解了解74LS19474LS194的应用方法的应用方法【训练材料【训练材料】面包板、集成四位双向移位寄存器面包板、集成四位双向移位寄存器74LS19474LS194一片，扳手开关若干，导线若干，一片，扳手开关若干，导线若干，发光二极管发光二极管4 4个。个。【训练内容及步骤【训练内容及步骤】1. 74LS1941. 74LS194引脚顺序及引脚功能识别引脚顺序及引脚功能识别（1 1）找到集成块标识读出）找到集成块标识读出1 11616引脚顺序。引脚顺序。集成电路集成电路CT74LS194CT74LS194是一块四位双向移位寄存器，如图是一块四位双向移位寄存

12、器，如图8-48-4所示。所示。 a）引脚排列图 b）逻辑功能图 c）实物图图8-4 双向移位寄存器CT74LS194 （2 2）根据图）根据图8-4a8-4a）找出）找出1 1脚为总清零端，脚为总清零端，7 7脚和脚和2 2脚分别是左移和右移串行输脚分别是左移和右移串行输入端，入端，3 3、4 4、5 5、6 6脚是脚是D0D0D3D3四个并行输入端，四个并行输入端，9 9、1010脚是工作方式控制端，脚是工作方式控制端，1111脚是脚是CPCP时钟脉冲信号输入端，时钟脉冲信号输入端，1212、1313、1414、1515是是Q3Q3Q0Q0四个输出端，四个输出端，8 8脚是脚是地端，地端，

13、1616脚是电源端。脚是电源端。（3 3）74LS19474LS194的的 5 5种不同操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由种不同操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由Q0Q3Q0Q3）, ,左移（方向由左移（方向由Q3Q0Q3Q0），保持及清零。），保持及清零。M1M1、M0M0和和 端的控制作端的控制作用如表如表8-38-3所示。所示。CR2.2.测试测试74LS19474LS194的逻辑功能的逻辑功能 根据集成块根据集成块74LS19474LS194各脚功能和电路逻辑功能接线，如图各脚功能和电路逻辑功能接线，如图8-68-6所示，所示， 、M1M1、M0M0、DSLDSL、DSRDSR

14、、D0D0、D1D1、D2D2、D3D3分别接至逻辑开关；分别接至逻辑开关；Q0Q0、Q1Q1、Q2Q2、Q3Q3接接至发光二极管。至发光二极管。CPCP端接单次脉冲源。按表端接单次脉冲源。按表8-48-4所规定的输入状态，逐项进行测所规定的输入状态，逐项进行测试。试。CR图8-6 74LS194逻辑功能测试原理图 （1 1）清除：令）清除：令 =0=0，其他输入均为任意态，这时寄存器输出，其他输入均为任意态，这时寄存器输出Q0Q0、Q1Q1、Q2Q2、Q3Q3应均为应均为0 0。观察情况并记录到表。观察情况并记录到表8-48-4中。清除后，至中。清除后，至 =1=1。CRCR（2 2）送数：

15、令）送数：令 =M1=M0=1 =M1=M0=1 ，送入任意，送入任意4 4位二进制数，如位二进制数，如D0D0、D1D1、D2D2、D3=1010D3=1010，加加CPCP脉冲，观察脉冲，观察CP=0CP=0、CPCP由由0101、CPCP由由1010、三种情况下寄存器输出状态的变化，、三种情况下寄存器输出状态的变化，观察寄存器输出状态变化是否发生在观察寄存器输出状态变化是否发生在CPCP脉冲的上升沿。观察情况并记录到表脉冲的上升沿。观察情况并记录到表8-48-4中。中。CR（3 3）右移：清零后，令）右移：清零后，令 =1=1，M1=0 M0=1M1=0 M0=1，由右移输入端，由右移输

16、入端DSRDSR送入二进制数码送入二进制数码如如01000100，由，由CPCP端连续加端连续加4 4个脉冲，观察输出情况并记录到表个脉冲，观察输出情况并记录到表8-48-4中。中。CR（4 4）左移：先清零，再令）左移：先清零，再令 =1 =1 ，M1=1M1=1，M0=0M0=0，由左移输入端，由左移输入端DSLDSL送入二进制数码送入二进制数码如如11111111，连续加四个，连续加四个CPCP脉冲，观察输出端情况并记录到表脉冲，观察输出端情况并记录到表8-48-4中。中。CR（5 5）保持：寄存器予置任意）保持：寄存器予置任意4 4位二进制数码位二进制数码abcdabcd，令，令 =1

17、=1，M1= M0=0M1= M0=0，加，加CPCP脉冲，脉冲，观察寄存器输出状态并记录到表观察寄存器输出状态并记录到表8-48-4中。中。CR8.2 计数器计数器8.2.1 计数器的功能及类型计数器的功能及类型【计数器的功能及应用【计数器的功能及应用】 能累计输入脉冲个数的时序电路叫计数器。计数能累计输入脉冲个数的时序电路叫计数器。计数器不仅能用于计数，还可用于定时、分频和程序控制等。例如，图器不仅能用于计数，还可用于定时、分频和程序控制等。例如，图8-88-8所示。所示。 a）计数器在时钟中的应用 b)计数器在测量仪器中的应用图8-8 计数器的应用【计数器的类型【计数器的类型】 常用的计

18、数器种类非常多，计数器按计数进制可分为二进常用的计数器种类非常多，计数器按计数进制可分为二进制计数器和非二进制计数器（如十进制、制计数器和非二进制计数器（如十进制、N N进制计数器等）；按数字的增减趋势进制计数器等）；按数字的增减趋势可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；按计数器中各触发器翻转是否可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；按计数器中各触发器翻转是否与计数脉冲同步可分为同步计数器和异步计数器。与计数脉冲同步可分为同步计数器和异步计数器。8.2.2 异步计数器异步计数器 【异步三位二进制加法计数器【异步三位二进制加法计数器】（）电路组成（）电路组成 。如图如图8-8a8-8a）

19、所示，由）所示，由3 3个个JKJK触发器构成。触发器构成。FF0FF0为最低位触为最低位触发器，其控制端发器，其控制端C1C1接输入脉冲，低位的输出端接输入脉冲，低位的输出端Q Q接高一位的控制端接高一位的控制端C1C1处，处，FF2FF2为最高位计数器。各触发器为最高位计数器。各触发器K=J=1K=J=1，处于计数状态。当各触发器的控制端，处于计数状态。当各触发器的控制端C1C1接接收到由收到由1 1变变0 0的信号时，触发器的状态就翻转。的信号时，触发器的状态就翻转。（2 2）工作原理）工作原理 1 1）计数器清零：使）计数器清零：使 =0=0，则，则Q2Q1Q0=000Q2Q1Q0=0

20、00。2 2）每当一个）每当一个CPCP脉冲下降沿到来时，脉冲下降沿到来时，FF0FF0就翻转一次；每当就翻转一次；每当Q0Q0的下降沿到来时，的下降沿到来时，FF1FF1就翻转一次；每当就翻转一次；每当Q1Q1的下降沿到来时，的下降沿到来时，FF2FF2就翻转一次，工作波形如图就翻转一次，工作波形如图8-8-9b9b）所示。）所示。CRa）逻辑图 b）工作波形图 输入脉冲个数与对应的二进制数状态，见表输入脉冲个数与对应的二进制数状态，见表8-58-5，实现了每输入一个脉，实现了每输入一个脉冲，就进行一次加冲，就进行一次加1 1运算的加法计数器操作（也称递增计数器）。三位二进运算的加法计数器操

21、作（也称递增计数器）。三位二进制加法计数器的计数范围是制加法计数器的计数范围是000000111111，对应十进制数的，对应十进制数的0 07 7，共，共8 8个状态，个状态，第第8 8个计数脉冲输入后计数器又从初始个计数脉冲输入后计数器又从初始000000开始计数。开始计数。【异步集成计数器【异步集成计数器74LS290】 （1 1）74LS29074LS290功能介绍：功能介绍： 二二- - 五五- - 十进制异步加法计数器十进制异步加法计数器74LS290 74LS290 的的逻辑功能示意图、引脚排列图实物图如图逻辑功能示意图、引脚排列图实物图如图8-118-11所示。集成异步计数器所示

22、。集成异步计数器74LS29074LS290的功能表如表的功能表如表8-68-6所示。所示。a）逻辑功能图 b）引脚排列图 c）实物图 图8-11 CT74LS290（2 2）74LS29074LS290的应用：的应用：74LS29074LS290通过输入输出端子的不同连接，通过输入输出端子的不同连接，可组成不同进制的计数器。图可组成不同进制的计数器。图8-128-12是分别用是分别用74LS29074LS290组成的二进制、组成的二进制、五进制和十进制计数器。五进制和十进制计数器。a）二进制计数器 b）五进制计数器 C）8421BCD十进制计数器图8-12 74LS290的应用 8.2.3同

23、步计数器同步计数器 为提高计数速度，将计数脉冲送到每个触发器的时钟脉冲输入端为提高计数速度，将计数脉冲送到每个触发器的时钟脉冲输入端CPCP处，处，使各个触发器的状态变化与计数脉冲同步，这种方式的计数器称为同步计数器。使各个触发器的状态变化与计数脉冲同步，这种方式的计数器称为同步计数器。【三位二进制同步加法计数器【三位二进制同步加法计数器】如图如图8-138-13所示。所示。 图8-13三位二进制同步加法计数器1 1分析逻辑关系分析逻辑关系 如表如表-7 -7 所示。所示。表8-7 三位二进制同步加法计数器逻辑关系 2 2工作过程工作过程 （1 1）计数器工作前应先清零，初始状态为）计数器工作

24、前应先清零，初始状态为000000。（2 2）当第）当第1 1个个CP CP 脉冲到来后，脉冲到来后，FF0FF0的状态由的状态由0 0变为变为1 1。而。而CPCP 到来前，到来前，Q Q0 0、Q Q1 1均均为为 0 0，所以，所以，CPCP 到来后，到来后， FFFF、FF1FF1保持保持0 0态不变。计数器状态为态不变。计数器状态为 001001。 （3 3）当第）当第2 2个个 CP CP 脉冲到来后，则脉冲到来后，则FF0FF0由由1 1变为变为0 0。FF1FF1状态翻转，由状态翻转，由 0 0 变为变为 1 1。而而FF2FF2仍保持仍保持0 0态不变。计数器状态为态不变。计

25、数器状态为 010010。（4 4）当第）当第3 3个个 CP CP 脉冲到来后，只有脉冲到来后，只有FF0FF0的状态由的状态由0 0变为变为1 1，FF1FF1、FF2FF2保持原态保持原态不不变。计数器状态为变。计数器状态为011011。（5 5）当第）当第4 4个计数脉冲到来后，三个触发器均翻转，计数状态为个计数脉冲到来后，三个触发器均翻转，计数状态为100100。（6 6）第）第5 5、6 6个计数脉冲到来后，触发器的状态，可自行分析。在第个计数脉冲到来后，触发器的状态，可自行分析。在第7 7个个CPCP脉冲脉冲到到来后，计数状态变为来后，计数状态变为 111111，如再送入一个，如

26、再送入一个 CP CP 脉冲，计数恢复为脉冲，计数恢复为 000000。 【同步集成计数器同步集成计数器74LS161】（1 1）74LS16174LS161功能介绍：功能介绍：74LS16174LS161是同步的可预置是同步的可预置4 4 位二进制加法计数器。位二进制加法计数器。图图8-148-14分别是他的逻辑电路图和引脚排列图，集成同步计数器分别是他的逻辑电路图和引脚排列图，集成同步计数器74LS16174LS161的的功能表如表功能表如表8-88-8所示。所示。（2 2）74LS16174LS161的应用：的应用：74LS161 74LS161 是集成同步是集成同步4 4 位二进制计数

27、器，位二进制计数器，也就是模也就是模16 16 计数器，用它可构成任意进制计数器。计数器，用它可构成任意进制计数器。 项目训练项目训练 制作秒计数器制作秒计数器 【训练目标【训练目标】1.1.熟悉常用集成电路的使用方法和电子仪器的使用方法。熟悉常用集成电路的使用方法和电子仪器的使用方法。2.2.学会查阅技术手册和文献资料。学会查阅技术手册和文献资料。3.3.会安装电路，实现计数器逻辑功能。会安装电路，实现计数器逻辑功能。【训练准备【训练准备】查阅技术手册和文献资料，按原理图找出所需要的电子元器件，请根据所给的查阅技术手册和文献资料，按原理图找出所需要的电子元器件，请根据所给的元器件，并完成电路

28、制作。元器件，并完成电路制作。【训练内容及步骤【训练内容及步骤】1 1秒计数器简述：秒计数器简述：秒计数器即是一种秒计数器即是一种6060进制计数器，经常在秒表、数字钟等电路的使用中出现。进制计数器，经常在秒表、数字钟等电路的使用中出现。 2 2电路元器件的引脚识别与功能检测：电路元器件的引脚识别与功能检测：（1 1）对所选集成电路的引脚进行识别）对所选集成电路的引脚进行识别（2 2）对所选集成电路进行功能测试）对所选集成电路进行功能测试3 3电路的制作与调试：电路的制作与调试：（1 1）按电路原理图绘制布局草图。）按电路原理图绘制布局草图。（2 2）按工艺要求对元件引脚进行成型加工）按工艺要求对元件引脚进行成型加工 元器件的引线不要齐根弯折，应该留有一定的距离，不少于元器件的引线不要齐根弯折，应该留有一定的距离，不少于2mm2mm， 以免损坏元件。以免损坏元件。 （3 3）按布局插装、排列元件。）按布局插装、排列元件。（6 6）调试已制作好的电路主板，达到指标要求。）调试已制作好的电路主板，达到指标要求。5 5秒计数器参考电路如图秒计数器参考电路如图8-188-18所示。所示。秒计数器都是六十进制，试用两片秒计数器都是六十进制，试用两片74LS290 74LS290 型二型二- -五五- -十进制计数器十进制计数器成六十进制电路成六十进制电路。图8