第06章中规模时序集成电路及应用

1、第六章 中规模时序集成电路及应用数字电路与逻辑设计北京邮电大学 信息与通信工程学院 孙文生版权：孙文生版权：孙文生第六章第六章 中规模时序集成电路及应用中规模时序集成电路及应用n中规模异步异步/ /同步同步计数器n中规模计数器的应用n中规模移位寄存器n中规模移存器的应用版权：孙文生版权：孙文生6.1 中规模异步计数器中规模异步计数器 n中规模异步计数器中规模异步计数器 74LS90n由模由模2和模和模5计数器组成计数器组成n有异步置有异步置0和置和置9端端1J1KC1DSDR1J1KC1DR1J1KC1DR1J1KC1DSDR&AQBQCQDQACK0(1)R0(2)RBCK9(1)R

2、9(2)R74LS90计数器的逻辑图计数器的逻辑图 74LS90的逻辑符号的逻辑符号 版权：孙文生版权：孙文生6.1 中规模异步计数器中规模异步计数器 n中规模异步计数器中规模异步计数器 74LS90n由模由模2和模和模5计数器组成计数器组成n有异步置有异步置0和置和置9端端 74LS90的逻辑符号的逻辑符号 版权：孙文生版权：孙文生6.1 中规模异步计数器中规模异步计数器n异步中规模计数器异步中规模计数器 74LS9074LS90的逻辑功能的逻辑功能 01R02R91R92RACKBCKAQBQCQDQ1 10000001110011100000000DQAQ二进制计数五进制计数8421十进

3、制计数5421十进制计数01 10000 00 00 10 1版权：孙文生版权：孙文生6.1 中规模异步计数器中规模异步计数器n74LS90 由模由模2和模和模5计数器组成计数器组成n74LS92 由模由模2和模和模6计数器组成计数器组成n74LS93 由模由模2和模和模8计数器组成计数器组成版权：孙文生版权：孙文生74LS90应用举例ab分析下图，说明计数器的模值，画出状态图。分析下图，说明计数器的模值，画出状态图。版权：孙文生版权：孙文生74LS90应用举例分析如下所示的计数器。分析如下所示的计数器。版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器n同步中规模计数器的特点同

4、步中规模计数器的特点 工作速度快、译码输出波形好。工作速度快、译码输出波形好。n可逆计数可逆计数n控制方式控制方式: 加减控制加减控制, 双时钟控制双时钟控制n预置功能预置功能n同步预置同步预置, 异步预置异步预置n复位功能复位功能n同步复位同步复位, 异步复位异步复位n进位功能进位功能n计数控制计数控制n时钟有效边沿的选择时钟有效边沿的选择版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器n四位同步二进制计数器四位同步二进制计数器 741614位同步二进制计数器位同步二进制计数器74161的逻辑图的逻辑图 版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器CPD_

5、R_LOADENPENT011计数保持（但C=0）工作状态置零预置数保持1101110011n四位同步二进制计数器四位同步二进制计数器 74LS16174161的功能表的功能表 2DCPENTENPCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q_LOADC_DR74161版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器2DCPENTENPCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q_LOADC_DR74160n四位同步十进制计数器四位同步十进制计数器 74LS16074160的功能表的功能表 版权：孙文生版权：孙文生74161的时序图版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器n可预

6、置十进制可逆计数器可预置十进制可逆计数器74LS192AQBQCQDQABCDCKUPCKDW151109543267CLR14_LOAD11_CO1213_BO74LS19274LS192的逻辑符号的逻辑符号 特点：特点： 双时钟可逆计数器双时钟可逆计数器 异步预置，低电平有效异步预置，低电平有效 异步清除，高电平有效异步清除，高电平有效 具有进位、借位输出端具有进位、借位输出端版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器n可预置十进制可逆计数器可预置十进制可逆计数器 74LS19274LS192的功能表的功能表 CKUP CKDW_LOADCLRDAQBQCQDQ000

7、00110加计数11010保持原状态CBA1011dcbadcba减计数版权：孙文生版权：孙文生中规模集成计数器中规模集成计数器74LS192举例举例11101110版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器n可预置四位二进制可逆计数器可预置四位二进制可逆计数器74LS169特点：特点： 加减控制可逆计数器加减控制可逆计数器 同步预置，低电平有效同步预置，低电平有效 由预置实现清零由预置实现清零 具有进位具有进位/借位输出端借位输出端74LS169的逻辑符号的逻辑符号 BQCQDQAQ1.7DM1LOADCTRDIV16G5ABCD(3)(4)(5)(6)(14)(13)

8、(12)(11)G62.3.5.6+/C7_LOAD(1)(7)3.5CT=154.5CT=0_RCO(15)1284(9)(2)(10)_DU/CLK_ENT_ENPM2COUNTM3UPM4DOWN2.3.5.6版权：孙文生版权：孙文生6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器n可预置四位二进制可逆计数器可预置四位二进制可逆计数器74LS169_ENP_DU/AQBQCQDQ保持原状态010加计数000CLK1预置减计数_ENT+001_LOAD74LS169的功能表的功能表 版权：孙文生版权：孙文生版权：孙文生版权：孙文生几种中规模集成计数器几种中规模集成计数器版权：孙文生版权：孙文生6.

9、3 中规模计数器的应用中规模计数器的应用 n构成任意进制计数器构成任意进制计数器利用预置功能利用预置功能, 置置/复位功能复位功能,构成任意进制计数器构成任意进制计数器 .1. 复位法复位法2. 预置法预置法预置预置计数计数预置预置计数计数. . . . . . 根据计数模值确定预置状态，计数到终止状态时产根据计数模值确定预置状态，计数到终止状态时产生预置信号，使计数又从预置状态继续计数。生预置信号，使计数又从预置状态继续计数。 版权：孙文生版权：孙文生6.3 中规模计数器的应用中规模计数器的应用 n构成任意进制计数器构成任意进制计数器利用预置功能利用预置功能, 置置/复位功能复位功能,构成任

10、意进制计数器构成任意进制计数器 .1. 复位法复位法版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器 例：用异步计数器例：用异步计数器74LS90构成六进制计数器。构成六进制计数器。 选选6为复位状态为复位状态 计数状态为：计数状态为：0 5 选选5为置为置9状态状态 计数状态为：计数状态为：0 4、9011 234981 76574LS90 十进制异步计数器。十进制异步计数器。 AQBQCQDQ6714112981123BCKACK0(1)R0(2)R9(1)R9(2)RCLK74LS90版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意

11、进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器 例：用十进制计数器例：用十进制计数器74LS192构成构成M6的计数器。的计数器。解：异步复位，计数从解：异步复位，计数从0000状态开始，进入状态状态开始，进入状态0110时产生时产生 复位信号。复位信号。74LS192只有清零端，外部需增加一个与门。只有清零端，外部需增加一个与门。 AQBQCQDQABCDCKUPCKDW151109543267CLR14_LOAD11_CO1213_BO74LS92&0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 0110版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意

12、进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器2. 预置法预置法预置预置计数计数预置预置计数计数. . . . . . 对加计数对加计数 以最大值时的进位信号作为预置信号以最大值时的进位信号作为预置信号LD对减计数对减计数 以最小值时的借位信号作为预置信号以最小值时的借位信号作为预置信号LD 根据计数模值确定预置状态，计数到终止状态时产生预置根据计数模值确定预置状态，计数到终止状态时产生预置信号，使计数又从预置状态继续计数。信号，使计数又从预置状态继续计数。 同步顶置：加计数同步顶置：加计数 预置值预置值NM 减计数减计数 预置值预置值M1异步预置：加计数异步预置：加计数 预置值预置值NM1 减计数

13、减计数 预置值预置值M预置值的设定预置值的设定 设设 N为最大计数值为最大计数值, M为期望模值为期望模值版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器2. 预置法预置法预置预置 计数计数 预置预置 计数计数. . . 预置值的设定预置值的设定 设设 N为最大计数值为最大计数值, M为期望模值为期望模值, N=16, M=6 同步预置同步预置 加计数加计数: 预置值预置值 = N M 减计数减计数: 预置值预置值 = M 111010101011CP版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器

14、1001110110 异步预置异步预置 加计数加计数: 预置值预置值 = N M 1 减计数减计数: 预置值预置值 = M2. 预置法预置法预置预置 计数计数 预置预置 计数计数. . . 预置值的设定预置值的设定 设设 N为最大计数值为最大计数值, M为期望模值为期望模值, N=10, M=611版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器 上述情况均是用进位上述情况均是用进位/借位输出端控制预置值，也借位输出端控制预置值，也可以用任意状态控制预置值。可以用任意状态控制预置值。版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数

15、器中规模计数器构成任意进制计数器例例: 用同步十进制计数器用同步十进制计数器74160(上升沿触发上升沿触发)接成模值接成模值M6的计数器。的计数器。 2DCPENTENPCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q_LOADC_DR74160版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器解：采用复位法解：采用复位法(异步复位异步复位)，使用的状态为，使用的状态为0、1、2、3、4 、5， 当出现状态当出现状态6（0110）时产生复位信号。）时产生复位信号。用用74160异步置零法接成的六进制计数器异步置零法接成的六进制计数器 计数输入例例: 用同步十进制

16、计数器用同步十进制计数器74160(上升沿触发上升沿触发)接成模值接成模值M6的计数器。的计数器。 0 1 1 0版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器解：改进电路解：改进电路74160异步置零法计数器的改进电路异步置零法计数器的改进电路 例例: 用同步十进制计数器用同步十进制计数器74160(上升沿触发上升沿触发)接成模值接成模值M6的计数器。的计数器。 2D1GCPENT1ENPCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q&1计数输入进位输出&Q_Q2G3G_LOADC_DR74160SR版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规

17、模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进制计数器例例: 用同步十进制计数器用同步十进制计数器74160接成模值接成模值M6的计数器。的计数器。 解：采用同步预置法，使用的状态为解：采用同步预置法，使用的状态为9，0，1，2，3，4 ，当，当 出现状态出现状态4（0100）时产生预置信号。）时产生预置信号。用用74160同步预置法构成六进制计数器同步预置法构成六进制计数器 2DGCPENT1ENPCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q_LOADC_DR111记数输入进位输出74160计数输入10010100版权：孙文生版权：孙文生6.3.1 中规模计数器构成任意进制计数器中规模计数器构成任意进

18、制计数器例例: 用用74LS169(同步预置同步预置)实现实现10分频，输出波形为方波。分频，输出波形为方波。 解：从解：从0000 1111的的16个状态中去掉前个状态中去掉前3个和后个和后3个状态，检测个状态，检测 1100产生预置脉冲，预置值为产生预置脉冲，预置值为0011。0011010001010110011110001001101010111100版权：孙文生版权：孙文生6.3.2 中规模计数器的级联中规模计数器的级联 n级连的目的级连的目的n实现较大模值的计数实现较大模值的计数n级联的方法级联的方法n计数模值可拆分：例如计数模值可拆分：例如M=54=69，先构成模为先构成模为6和

19、和9的两个计数器，然后再级联。的两个计数器，然后再级联。n计数模值不可拆分：先级联，然后通过复位或预置计数模值不可拆分：先级联，然后通过复位或预置法缩短模值。法缩短模值。n级联的分类级联的分类n异步级联异步级联：前一级计数器的输出作为后一级时钟信号。前一级计数器的输出作为后一级时钟信号。n同步级联同步级联：外加时钟同步输入，但用前级计数器的进外加时钟同步输入，但用前级计数器的进/借位输出控制后一级计数器的计数。借位输出控制后一级计数器的计数。版权：孙文生版权：孙文生6.3.2 中规模计数器的级联中规模计数器的级联n异步级联异步级联分别用分别用74LS90和和74LS192构成模为构成模为100

20、0的计数器。的计数器。版权：孙文生版权：孙文生6.3.2 中规模计数器的级联中规模计数器的级联n同步级联同步级联 外加时钟同步输入，外加时钟同步输入， 但用前级但用前级计数器的进计数器的进/借位输出控制后一级计借位输出控制后一级计数器的计数。数器的计数。3片片74LS169构成的周期为构成的周期为4096的同步计数器的同步计数器 版权：孙文生版权：孙文生6.3.2 中规模计数器的级联中规模计数器的级联例例: 用两片用两片74LS169计数器，构成模值为计数器，构成模值为101的计数器。的计数器。 解：模值解：模值101不能被分解，只能采用先级联不能被分解，只能采用先级联, 后复位或预置的方法。

21、后复位或预置的方法。(1) 将两片将两片74LS169级联，构成模值等于级联，构成模值等于256的计数器。的计数器。(2) 计算预置值：同步预置，预置值计算预置值：同步预置，预置值256101155。 预置值预置值10011011版权：孙文生版权：孙文生6.3.2 中规模计数器的级联中规模计数器的级联例例:用两片同步十进制计数器用两片同步十进制计数器74160接成二十九进制计数器接成二十九进制计数器 。 解：解：因为因为M29是素数，可用整体复位法或预置法构成计数器。是素数，可用整体复位法或预置法构成计数器。 (1) 将两片将两片74160以以同步方式连接成同步方式连接成100100进制计数器

22、进制计数器 。(2) 从全从全0状态开始计数，计数循环为状态开始计数，计数循环为0 0 2828，进入状态，进入状态29时，时， 经门经门G1译码产生低电平信号立刻将两片译码产生低电平信号立刻将两片74160同时置零。同时置零。 2DCPENT1ENPCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q1计数输入_LOADC_DR74160(1)2D0D3D1D2Q0Q3Q1Q1进位输出_LOADC_DR74160(2)ENTENPCP&2G1G&74160为异步复位为异步复位版权：孙文生版权：孙文生74160的工作时序的工作时序 版权：孙文生版权：孙文生6.3.3 计数器用于逻辑设计计数器用于逻

23、辑设计 n序列信号发生器序列信号发生器n脉冲分配器脉冲分配器 脉冲分配器脉冲分配器是将输入时钟脉冲经过一定的分频以后，是将输入时钟脉冲经过一定的分频以后，分配到各路输出的逻辑部件，在某一时刻，仅一路输出有分配到各路输出的逻辑部件，在某一时刻，仅一路输出有效脉冲。效脉冲。 脉冲分配器由计数器和译码器组成。计数器的计数周脉冲分配器由计数器和译码器组成。计数器的计数周期决定产生几路输出脉冲，输出脉冲由译码器的各个输出期决定产生几路输出脉冲，输出脉冲由译码器的各个输出分别产生。分别产生。 脉冲分配器常用于控制系统，用各路的输出脉冲依次脉冲分配器常用于控制系统，用各路的输出脉冲依次控制不同的部件的动作。

24、控制不同的部件的动作。版权：孙文生版权：孙文生脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器时钟信号计数器74LS169译码器74LS138地址版权：孙文生版权：孙文生6.3.3 计数器用于逻辑设计计数器用于逻辑设计例例: (1) 分别用分别用74LS169, 74LS192 构成八进制计数器构成八进制计数器.(2) 分别用上述两种中规模计数器和译码器分别用上述两种中规模计数器和译码器74LS138设计一个八设计一个八 路脉冲分配器路脉冲分配器.(3) 分别用上述两种中规模计数器和八选一数据选择器分别用上述两种中规模计数器和八选一数据选择器74LS151 设计电路产生序列设计电路产生序列11101000同步预

25、置异步复位异步预置版权：孙文生版权：孙文生6.3.3 计数器用于逻辑设计计数器用于逻辑设计例例: (1) 分别用分别用74LS169, 74LS192 构成八进制计数器构成八进制计数器.74LS169特点：特点： 加减控制可逆计数器加减控制可逆计数器 同步预置，低电平有效同步预置，低电平有效 由预置实现清零由预置实现清零 具有进位具有进位/借位输出端借位输出端版权：孙文生版权：孙文生6.3.3 计数器用于逻辑设计计数器用于逻辑设计74LS192特点：特点： 双时钟可逆计数器双时钟可逆计数器 异步预置，低电平有效异步预置，低电平有效 异步清除，高电平有效异步清除，高电平有效 具有进位、借位输出端

26、具有进位、借位输出端例例: (1) 分别用分别用74LS169, 74LS192 构成八进制计数器构成八进制计数器.版权：孙文生版权：孙文生6.3.3 计数器用于逻辑设计计数器用于逻辑设计(2) 分别用上述两种中规模计数器和译码器分别用上述两种中规模计数器和译码器74LS138设计一个八设计一个八 路脉冲分配器路脉冲分配器.版权：孙文生版权：孙文生6.3.3 计数器用于逻辑设计计数器用于逻辑设计(3) 分别用上述两种中规模计数器和八选一数据选择器分别用上述两种中规模计数器和八选一数据选择器74LS151 设计电路产生序列设计电路产生序列11101000版权：孙文生版权：孙文生计数器应用计数器应

27、用数字电子钟 数字电子钟数字电子钟是一种直接用数是一种直接用数字显示时间的计字显示时间的计时装置。时装置。 一般由一般由晶体晶体振荡器振荡器、分频器分频器、计数器计数器、译码器译码器、显示器显示器、校时电校时电路路和和电源电源等部分等部分组成。组成。版权：孙文生版权：孙文生计数器应用计数器应用数字电子钟版权：孙文生版权：孙文生6.4 中规模移位寄存器中规模移位寄存器移位寄存器的工作方式有两种：移位寄存器的工作方式有两种：左移方式左移方式和和右移方式。右移方式。a7a6a5a4a3a2a1a0Da6a5a4a3a2a1a0a7a6a5a4a3a2a1D数据左移数据左移数据右移数据右移相当于相当于

28、2 操作操作相当于相当于2 操作操作版权：孙文生版权：孙文生6.4.1 中规模移位寄存器的功能中规模移位寄存器的功能n移位方式的选择移位方式的选择n单向单向 / 双向移位双向移位n并行预置并行预置n具有并行预置具有并行预置 / 串行输入串行输入n串行输入方式的选择串行输入方式的选择nD / JKn置零功能置零功能n异步异步 /同步置零同步置零科幻巅峰之作三体-作者：刘慈欣版权：孙文生版权：孙文生6.4.2 中规模移位寄存器中规模移位寄存器n通用移位寄存器通用移位寄存器74LS194 74LS194的逻辑符号的逻辑符号 S0 S1=11时：实现并行预置，同步方式S0 S1=01时：实现右移位S0

29、 S1=10时：实现左移位S0 S1=00时：寄存器保持原来状态74LS194是多功能移位寄存器。是多功能移位寄存器。 74LS194移位寄存器功能表移位寄存器功能表 SL版权：孙文生版权：孙文生6.4.2 中规模移位寄存器中规模移位寄存器nJK输入的移位寄存器输入的移位寄存器74LS195 74LS195的逻辑符号的逻辑符号 74LS195实现的是单向移位，只能右移；有并行预预置和实现的是单向移位，只能右移；有并行预预置和外部清零的功能，是同步预置、异步清零。外部清零的功能，是同步预置、异步清零。 74LS195移位寄存器功能表移位寄存器功能表 _版权：孙文生版权：孙文生6.4.2 中规模移

30、位寄存器中规模移位寄存器n具有与门输入的具有与门输入的8位移位寄存器位移位寄存器74LS164 74LSl64只能单向右移，异步清零，有两个移位输入只能单向右移，异步清零，有两个移位输入A和和B。 74LS164的逻辑符号的逻辑符号 74LS164移位寄存器功能表移位寄存器功能表 版权：孙文生版权：孙文生6.4.2 中规模移位寄存器中规模移位寄存器n具有预置功能的具有预置功能的8位移位寄存器位移位寄存器74LS166 74LS166移位寄存器功能表移位寄存器功能表 74LS166的逻辑符号的逻辑符号 版权：孙文生版权：孙文生6.5 中规模移存器的应用中规模移存器的应用 6.5.1 中规模移存器

31、的扩展 例例 用用74LS194构成构成8位双向移存器位双向移存器 2DCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q74LS1940S1SIRDILD_DR2DCP0D3D1D2Q0Q3Q1Q74LS1940S1SIRDILD_DR0S1SCP_DR右移串行输入左移串行输入并行数据输入并行数据输出版权：孙文生版权：孙文生6.5.2中规模移存器构成串并变换器中规模移存器构成串并变换器 8位串行数据转换为并行数据位串行数据转换为并行数据 0 000 0 1111 000 1 111版权：孙文生版权：孙文生6.5.3 中规模移存器构成并串变换器中规模移存器构成并串变换器 并行串行数据变换的控制方式可以有很多种，

32、主要是并行串行数据变换的控制方式可以有很多种，主要是通过逻辑电路控制并行数据的置入时机，当前一组数据全部通过逻辑电路控制并行数据的置入时机，当前一组数据全部移出时开始置入第二组数据。移出时开始置入第二组数据。 用用74LS169和和74LS166实现并入串出的功能实现并入串出的功能 &串行输出并行输入0 1111 111同步预置版权：孙文生版权：孙文生6.5.4 中规模移存器构成计数器中规模移存器构成计数器 2DCPCR1LDSHC0D3D1D2Q0Q3Q1Q74LS1953QJK0&例例: 用用74LS195构成模为构成模为12的计数器的计数器 012/QQQLDSH同步预置

33、同步预置nnnnnnnQQQQQQQ03030310 版权：孙文生版权：孙文生6.5.4 中规模移存器构成计数器中规模移存器构成计数器 例例: 用用74LS195构成模为构成模为12的计数器的计数器 LDSH00010010010110101n0Q1n1Q1n2Q1n3Qn0Qn1Qn2Q01001001001101101101101101110000000000010010010110100100100100110110110110110111111111111110n3Q模模12的计数器的状态转移表的计数器的状态转移表 2DCPCR1LDSHC0D3D1D2Q0Q3Q1Q74LS1953QJK0&版权：孙文生版权：孙文生6.5.5 中规模移存器构成分频器中规模移存器构成分频器 74195为同步预置，上升为同步预置，上升沿触发的移位寄存器。沿触发的移位寄存器。由由74138和和74