数字电子技术第5章

1、第第5章章 时序逻辑电路时序逻辑电路一、时序逻辑电路的结构和特点一、时序逻辑电路的结构和特点特点：输出不仅取决于现在特点：输出不仅取决于现在的输入，还与原来的状态有的输入，还与原来的状态有关（具有记忆功能）。关（具有记忆功能）。概念：概念：（1）Mealy型电路与型电路与Moore型电路？型电路？（2）同步时序电路与异步时序电路？）同步时序电路与异步时序电路？主要特征：由触发器构成主要特征：由触发器构成输出方程输出方程驱动议程驱动议程状态方程状态方程二、二、 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析1、同步时序逻辑电路的分析、同步时序逻辑电路的分析2、异步时序逻辑电、异步时序逻辑电路的分析路的分析

2、例例4.3 分析图示电路功能分析图示电路功能解解（1）写出方程）写出方程三、时序逻辑电路的设计三、时序逻辑电路的设计1、同步时序逻辑电路的设计、同步时序逻辑电路的设计由状态图确由状态图确定电路需要定电路需要三个触发器三个触发器2、异步时序逻辑电路的设计、异步时序逻辑电路的设计由状态由状态图确定图确定电路需电路需要四个要四个触发器触发器由波形由波形图可确图可确定各个定各个触发器触发器的时钟的时钟方程方程00001000100011000001Q3Q2Q1Q000110011111111111110000000000000J3K3J2K2J1K1J0K0四、常用四、常用MSI时序电路模块时序电路模

3、块1、寄存器n在数字系统和计算机中，经常要把一些数据信息暂时存放起来，等待处理。n寄存器就是能暂时寄存数码的逻辑器件。n寄存器内部的记忆单元是触发器。n一个触发器可以存储一位二进制数，N个触发器就可以存储N位二进制数。n主要数码寄存器、锁存器及移位寄存器。作用作用电子数字计算机：存放参与运算的数据、电子数字计算机：存放参与运算的数据、 结果、指令、地址等。结果、指令、地址等。各类数字系统：存放数据、特定意义的代码各类数字系统：存放数据、特定意义的代码功能功能接收数码接收数码存放数码存放数码 输出数码输出数码 组成组成触发器触发器 门电路门电路 时序时序逻辑逻辑电路电路分类分类数码寄存器：用来存

4、放一组二进制代码。数码寄存器：用来存放一组二进制代码。移位寄存器：在移位脉冲作用下，二进制移位寄存器：在移位脉冲作用下，二进制代码左移或右移。代码左移或右移。寄存器的作用、功能、分类及组成寄存器的作用、功能、分类及组成图图5-10为四位上升沿触发为四位上升沿触发D触发器触发器74LS175的逻辑的逻辑图。在时钟脉冲图。在时钟脉冲CP上升沿到来时，实现数据的并上升沿到来时，实现数据的并行输入行输入-并行输出。并行输出。 （1）数码寄存器）数码寄存器FF01DC1RDFF11DC1RDFF21DC1RDFF31DC1RD11 Q0Q0Q1 Q1Q2 Q2Q3Q3D0CP D1D2D3 CP（2）锁

5、存器）锁存器锁存器有如下特点：锁存器有如下特点：锁存信号没到来时，锁存器的输出状态随输锁存信号没到来时，锁存器的输出状态随输入信号变化而变化入信号变化而变化(相当于输出直接接到输入相当于输出直接接到输入端，即所谓端，即所谓“透明透明”），当锁存信号到达时，），当锁存信号到达时，锁存器输出状态保持锁存信号跳变时的状态。锁存器输出状态保持锁存信号跳变时的状态。如图为一位如图为一位D锁存器的逻辑图。锁存器的逻辑图。锁存器电路图锁存器电路图（3）移位寄存器）移位寄存器 移位寄存器不仅可以存储代码，还可以将代码移位。移位寄存器不仅可以存储代码，还可以将代码移位。 四位右移移位寄存器的原理：四位右移移位寄

6、存器的原理：各触发器的次态方程为：各触发器的次态方程为：QQnn213QQnn112QQnn011I10DQn四个脉冲过去之后，移位寄存器四个脉冲过去之后，移位寄存器的波形图如图示：的波形图如图示：四位双向移位寄存器四位双向移位寄存器74194的逻辑图的逻辑图 dR清零清零保持保持右移右移左移左移送数送数 0 00 11 01 101111工作状态工作状态S1 S0表表5-4 74194的工作状态表的工作状态表启动信号 CR DSR M1 M0 DSL 74LS194Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3 0 1 1 1&11CPG2G174LS19474LS194应用电路应用电

7、路CPQ0Q1Q2Q31 1 1 1 1 1 1 0例例5-4试分析图试分析图5-17所示电路的逻辑功能。所示电路的逻辑功能。n解：两片74194组成八位右移移位寄存器。n并 行 输 入 数 据 为0N1N2N3N4N5N6N7，右移 串 行 输 入 数 据 为SR=1。0 N1N2N3 N4 N5 N6 N7S1S0=01右移右移N7N6N5N4N3N2N100S1S0=11 送数送数1 0 N1N2 N3 N4 N5 N61 1 0 N1 N2 N3N4 N51 1 1 0 N1 N2 N3 N41 1 1 1 0N1 N2 N31 1 1 1 1 0 N1 N21 1 1 1 1 1 0

8、 N1启动命令启动命令ST=0使使S1S0=11送数送数。74194-1#a b c dS1S0QAQBQCQDSLSRCP74194-2#a b c dS1S0QAQBQCQDSLSRCP0 N1N2 N3 N4 N5N6N7并行输入数据并行输入数据串行输串行输出数据出数据111G2G1ST 启动命令启动命令CP5.4计数器n计数器：具有记忆输入脉冲个数功能的电路称为计数器。n用途：计数器是现代数字系统中不可缺少的组成部分。主要用于计数、定时、分频等。如各种数字表、钟等。计数器的分类n按照计数长度(计数容量)的不同分为：nN进制：N为2的自然数，N叫做计数器的容量或计数长度。n对于计数器的一

9、位而言，电路有N个状态，该计数器就为N进制计数器。例如八进制计数器电路，一位八进制计数器应有八个状态，二位八进制计数器应有六十四个状态。n位八进制计数器应有8n个状态。二进制：二进制：N进制的特例。此时，进制的特例。此时，N=2，对于，对于n位二位二进制计数器，共有进制计数器，共有2n (2、4、8、16、32.)个状态。个状态。十进制：十进制：N进制的特例。此时，进制的特例。此时，N=10。一位十进。一位十进制计数器应有十个状态，二位十进制计数器应有制计数器应有十个状态，二位十进制计数器应有一百个状态。一百个状态。n位十进制计数器应有位十进制计数器应有10n个状态。个状态。计数器的分类n按照

10、计数器数值增减情况不同分为：n加法计数器：随计数脉冲的输入递增计数。n减法计数器：随计数脉冲的输入递减计数。n可逆计数器：随计数脉冲的输入可增可减地计数。n目前，集成计数器的种类很多，无需用户用触发器组成计数器，因此本节主要介绍集成计数器。 集成计数器n二进制计数器二进制计数器n8421编码十进制计数器编码十进制计数器(CC40160)n二二五五十进制异步加法计数器十进制异步加法计数器n可逆可逆(加加/减减)计数器计数器n用中规模集成计数器构成任意进制计数用中规模集成计数器构成任意进制计数器器n移位寄存器型计数器移位寄存器型计数器n扭环型计数器扭环型计数器 二进制计数器n四位同步二进制加法计数

11、器74161电路清零端清零端预置数预置数端端(送数送数)74161的功能表二进制计数器0 0 0 0 D0 D1 D2 D3计 数保 持保 持Q0 Q1 Q2 Q3输 出0 1 0 D0 D1 D2 D31 1 1 1 1 1 0 1 1 0 Cr LD P T CP D0 D1 D2 D3输输 入入74161的逻辑符号和外引脚图的逻辑符号和外引脚图二进制计数器74161的逻辑符号的逻辑符号二进制计数器74161的波形图的波形图CC40160功能表如表功能表如表5-6所示。所示。表表5-6 CC40160功能表功能表8421编码十进制计数器0 0 0 0 D0 D1 D2 D3计计 数数保保

12、持持保保 持持Q0 Q1 Q2 Q3输输 出出0 1 0 D0 D1 D2 D31 1 1 1 1 1 0 1 1 0 Cr LD EP ET CP D0 D1 D2 D3输输 入入CC40160的波形图如图的波形图如图5-30所示。所示。8421编码十进制计数器CC40160的外引脚排列图如图的外引脚排列图如图5-31所示。所示。8421编码十进制计数器二五十进制异步加法计数器n二二五五十进制异步加法计数器十进制异步加法计数器74290（T1290）的逻辑图如图所示。）的逻辑图如图所示。 二五十进制异步加法计数器CP CP 0 0 CP CP Q0 Q3 CP CP0 CP1有0 1 1 1

13、 1 0 0 S9（1） S9（2）二进制计数五进制计数8421码十进制计数5421码十进制计数 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0Q3 Q2 Q1 Q0输 出有0 0 0 1 1 1 1R0（1） R0（2）输 入表表5-7 74290功能表功能表二五十进制异步加法计数器n如图是74290的外引脚排列图。利用允许端可以使多利用允许端可以使多片级联为同步工作方片级联为同步工作方式。低位片计数器的式。低位片计数器的MAX/MIN接到高位接到高位片的允许输入端，这片的允许输入端，这样，只有计数到最大样，只有计数到最大/最小时，才允许高最小时，才允许高位片计数器计数，否位

14、片计数器计数，否则不允许计数。则不允许计数。 可逆（加/减）计数器用中规模集成计数器构成任意进制计数器n利用中规模集成计数器构成任意进制计数利用中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法归纳起来有乘数法、复位法、和器的方法归纳起来有乘数法、复位法、和置数法。置数法。乘数法n将两个计数器串接起来，即计数脉冲接到将两个计数器串接起来，即计数脉冲接到N进制计数器的时钟输入端，进制计数器的时钟输入端，N进制计数器的进制计数器的输出接到输出接到M进制计数器的时钟输入端，则进制计数器的时钟输入端，则两个计数器一起构成了两个计数器一起构成了NM进制计数器。进制计数器。n74290就是典型例子，二进制和五进制计

15、就是典型例子，二进制和五进制计数器构成数器构成25=10进制计数器。进制计数器。 复位法n用复位法构成用复位法构成N进制计数器所选用的中规进制计数器所选用的中规模集成计数器的计数容量必须大于模集成计数器的计数容量必须大于N。当。当输入输入N个计数脉冲之后，计数器应回到全个计数脉冲之后，计数器应回到全0状态。状态。 置零复位法。利用置零复位法。利用Cr=0时时 Q3Q2Q1Q0=0000，使计数器回到全使计数器回到全0状态。状态。预置端送预置端送0。使计数器数据输入全。使计数器数据输入全0，当第，当第N1个计数脉冲到达后，让预置数端个计数脉冲到达后，让预置数端 LD=0，当第当第N个计数脉冲到来

16、时个计数脉冲到来时Q3Q2Q1Q0=0000，使，使计数器回到全计数器回到全0状态。状态。置数法n置数法即对计数器进行预置数。置数法即对计数器进行预置数。n在计数器计到最大数时，置入计数器状态在计数器计到最大数时，置入计数器状态转换图中的最小数，作为计数循环的起点；转换图中的最小数，作为计数循环的起点；可以在计数到某个数之后，置入最大数，可以在计数到某个数之后，置入最大数，然后接着从然后接着从0开始计数。开始计数。n如果用如果用N进制计数器构成进制计数器构成M进制计数器，进制计数器，需要跳过（需要跳过（NM）个状态。或在）个状态。或在N进制进制计数器计数长度中间跳过（计数器计数长度中间跳过（N

17、M）个状）个状态。态。例：n试用试用74161采用复位法构成十二进制计数采用复位法构成十二进制计数器。器。n解：对于十二进制计数器，当输入十二个计解：对于十二进制计数器，当输入十二个计数脉冲后，数脉冲后，Q3Q2Q1Q0 =0000，使计数器，使计数器回到全回到全0状态。而对于四位二进制加法计数状态。而对于四位二进制加法计数器，输入十二个计数脉冲后，器，输入十二个计数脉冲后，Q3Q2Q1Q0 =1100，所以要用，所以要用74161构成十二进制计构成十二进制计数器，当计到数器，当计到Q3Q2Q1Q0=1100，应使计数，应使计数器器Q3Q2Q1Q0=0000。 置0复位法00100001001

18、10111010001011011101010011000000001101100多多余余态态无无CPCP十二进制计数器状态转换图十二进制计数器状态转换图23QQCr使使 ，当计到，当计到Q3Q2Q1Q0=1100，计，计数器数器Q3Q2Q1Q0=0000。实现了十二进制计数。实现了十二进制计数。23QQCr置置0复位法复位法Q3Q2Q1Q0=110023QQCrQ3Q2Q1Q0=0000n对于置零复位法，随着计数器被置对于置零复位法，随着计数器被置0，复，复位信号随之消失，所以复位信号持续时位信号随之消失，所以复位信号持续时间很短，电路的可靠性不高。间很短，电路的可靠性不高。DL0013QQ

19、QLD0DL预置端送预置端送0。计数器计数到。计数器计数到Q3Q2Q1Q0=1011时，应时，应具备送数条件即具备送数条件即 ，令，令 ，当计，当计数器计到数器计到Q3Q2Q1Q0=1011时，时， =0。第十二个计数。第十二个计数脉冲到达时，将脉冲到达时，将D3D2D1D0=0000置入计数器，从而置入计数器，从而使计数器复位。使计数器复位。预置端送预置端送0013QQQLD预置端送预置端送0Q3Q2Q1Q0=1011Q3Q2Q1Q0=0000013QQQLD例n试用试用74161采用置数法构成十二进制计数采用置数法构成十二进制计数器。器。n解：置最小数：解：置最小数：74161的计数长度为

20、十六。的计数长度为十六。十二进制计数器的计数长度等于十二。预十二进制计数器的计数长度等于十二。预置 数 应 是置 数 应 是 ( 1 6 - 1 2 ) = 4 ， 即， 即D3D2D1D0=0100。即计数器计到最大数。即计数器计到最大数1111之后，应使计数器处于预置数工作状之后，应使计数器处于预置数工作状态。态。置最小数置最小数0DLQ3Q2Q1Q0=1111QCC=1Q3Q2Q1Q0=0100置最大数 0123QQQQLD置最大数须跳过置最大数须跳过1110、1101、1100、1011四个状态，因此令四个状态，因此令Q3Q2Q1Q0=1010Q3Q2Q1Q0=11110123QQQQLD置最大数 n若跳过的四个状态取0110、0111、1000、1001，则Q3Q2Q1Q0=0101时， 即0123QQQQLDQ3Q2Q1Q0=0101