时序逻辑集成电路

1、6.5 若干典型的时序逻辑集成电路若干典型的时序逻辑集成电路6.5.1 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器6.5.2 计数器计数器6.5 若干典型的时序逻辑集成电路若干典型的时序逻辑集成电路1 1、 寄存器寄存器6.5.1 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器寄存器寄存器:是数字系统中用来存储代码或数据的逻辑部是数字系统中用来存储代码或数据的逻辑部件。它的主要组成部分是触发器。件。它的主要组成部分是触发器。 一个触发器能存储一个触发器能存储1位二进制代码，存储位二进制代码，存储 n 位二进位二进制代码的寄存器需要用制代码的寄存器需要用 n 个触发器组成。寄存器实际个触发器组成。寄存器实际上是

2、若干触发器的集合。上是若干触发器的集合。 1 1D C 1 C P 1 O E 1 E Q0 1 1D C 1 E Q1 1 1D C 1 E Q7 D0 D1 D7 8位位CMOS寄存器寄存器74HC374脉冲边沿敏感的寄存器脉冲边沿敏感的寄存器 1 1D C 1 C P 1 O E 1 E Q0 1 1D C 1 E Q1 1 1D C 1 E Q7 D0 D1 D7 8位位CMOS寄存器寄存器74HC/HCT37411111101118位位CMOS寄存器寄存器74LV374高阻高阻HHH高阻高阻LLH存入数据，禁止输出存入数据，禁止输出HHL对应内部触发对应内部触发器的状态器的状态LLL

3、存入和读出数据存入和读出数据Q0Q7DNCP输出输出内部触发器内部触发器输输 入入工作模式工作模式OE1nNQ2、 移位寄存器移位寄存器移位寄存器是既能寄存数码，又能在时钟脉冲的作用下使数移位寄存器是既能寄存数码，又能在时钟脉冲的作用下使数码向高位或向低位移动的逻辑功能部件。码向高位或向低位移动的逻辑功能部件。按移动方式分按移动方式分单向移位寄存器单向移位寄存器双向移位寄存器双向移位寄存器左移位寄存器左移位寄存器移位寄存器的逻辑功能分类移位寄存器的逻辑功能分类移位寄存器的逻辑功能移位寄存器的逻辑功能右移位寄存器右移位寄存器 1D Q0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q

4、0 Q1 Q0 DSO FF3 FF0 FF1 FF2 (1) (1) 基本移位寄存器基本移位寄存器（a a）电路）电路串行数据输入端串行数据输入端串行数据输出端串行数据输出端并行数据输出端并行数据输出端D3=Qn2D1=Q0nD0=DSIQ0n+1=DSIQ1n+1 =D1 = Q0nQ2n+1 =D2 =Qn1Q3n+1 =D3 = Qn22、写出激励方程：、写出激励方程：3、写出状态方程：、写出状态方程：(b). (b). 工作原理工作原理 1D Q0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF0 FF1 FF2 FF3 D2=Qn1D0 D2

5、 D1 D3 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 00 0 0 0 0 0 0FF0 FF1 FF2 FF31CP 后后2CP 后后3CP 后后4CP 后后1101 1 Q0n+1=DSIQ1n+1 = Q0nQ2n+1 =Qn1Q3n+1 =Qn2 1D Q0 DSI CP 1D 1D 1D Q1 Q2 Q3 Q3 Q0 Q1 Q0 DSO FF0 FF1 FF2 FF3 1011 DSI CP 1 1 0 1 1 2 4 3 5 6 8 7 0 0 0 0 0 DSI =11010000,从高位开始输入从高位开始输入 串串行行输输出出 并并行行输输出出DPO 经过经过4个个CP脉冲

6、作用后，从脉冲作用后，从DS 端串行输入的数码就可以端串行输入的数码就可以从从Q0 Q1 Q2 Q3并行并行输出。输出。 串入串入并出并出 经过经过7个个CP脉冲作用后，从脉冲作用后，从DSI 端串行输入的数码就可以端串行输入的数码就可以从从DO 端串行输出。端串行输出。 串入串入串出串出 Q0 Q1 Q2 Q3(DSO) （2 2）典型集成电路）典型集成电路 1D C1 R 1 1 1 1 1 Q0 1D C1 R 1 Q1 1D C1 R 1 Q7 CP CRDSA DSB & 内部逻辑图内部逻辑图8 8位移位寄存器位移位寄存器74HC/HCT1642. 多功能双向移位寄存器多功能

7、双向移位寄存器 D0 FF0 D1 FF1 D2 FF2 D3 FF3 并并行行输输入入 并并行行输输出出 右右移移串串行行输输入入（DIR） 左左移移串串行行输输出出（DOL） 右右移移串串行行输输出出（DOR） 左左移移串串行行输输入入（DIL） Q0 Q1 Q2 Q3 多功能移位寄存器工作模式简图多功能移位寄存器工作模式简图（1）工作原理）工作原理高位移向低位高位移向低位-左移左移低位移向高位低位移向高位-右移右移 1D C1 1D C1 FFm 0 1 3 2 1 0 MUX MUXm Dm1 Dm FFm1 1D C1 FFm+1 Dm+1 Dm CP S1 S0 Qm1 Qm Qm

8、+1 实现多种功能双向移位寄存器的一种方案实现多种功能双向移位寄存器的一种方案( (仅以仅以FFm为例为例) )nmnmQQ11 nmnmQQ11 mnmDQ 1S1S0=00S1S0=01高位移高位移向低位向低位S1S0=10S1S0=11nmnmQQ 1并入并入不变不变低位移低位移向高位向高位（2）典型集成电路）典型集成电路CMOS 4位双向移位寄存器位双向移位寄存器74HC/HCT194 1S C1 FF0 S1 1 & 1R R 1 DSR 1 S0 1 1 1 & & & 1 DI0 & & & & 1 DI1 &

9、; & & & 1 DI2 & & & & 1 DI3 1 DSL 1 D0 D0 CP 1 1S C1 FF1 1R R 1 1 D1 D1 1S C1 FF2 1R R 1 1 D2 D2 1S C1 FF3 1R R 1 1 D3 D3 CR 1 1 Q0 1 Q1 1 Q2 1 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3 74HCT194 的功能表的功能表 10 nQ11 nQ12 nQ13 nQCRnQ0nQ1nQ2nQ3nQ1nQ2nQ0nQ1nQ2nQ3nQ1nQ2nQ37D3D2D1D0DI3*DI2*DI1*DI0*HHH6H HLH

10、H5LLLHH4HHHLH3LLHLH2LLH1LLLLLDI3DI2DI1DI0左左移移DSL右右移移DSRS0S1行行并行输入并行输入时时钟钟CP串行输串行输入入控制信控制信号号清清零零输输 出出输输 入入nQ0nQ1nQ2t4时刻以后时刻以后Y与与M、N在在数值上的关系，假定数值上的关系，假定M、N的状态始终未变。的状态始终未变。A3A2A1A0=1001,B3B2B1B0=0011,经过经过4个个CLK脉冲后脉冲后A3A2A1A0,B3B2B1B0分别是多少，电路完成什么功能？分别是多少，电路完成什么功能？ 2、计数器的分类计数器的分类按脉冲输入方式，分为同步和异步计数器按脉冲输入方式

11、，分为同步和异步计数器按进位体制，分为二进制、十进制和任意进制计数器按进位体制，分为二进制、十进制和任意进制计数器按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器概概 述述1、计数器的逻辑功能计数器的逻辑功能 计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数。它也可计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数。它也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字运算等等。运算等等。6.5.2 计计 数数 器器同步计数器同步计数器异步计数器异步计数器加计数器加计数器减计数器减计数器可逆计数器可逆计数器二进制计数器二进制计数器非二进

12、制计数器非二进制计数器 十进制计数器十进制计数器 任意进制计数器任意进制计数器加计数器加计数器减计数器减计数器可逆计数器可逆计数器二进制计数器二进制计数器非二进制计数器非二进制计数器 十进制计数器十进制计数器 任意进制计数器任意进制计数器(1) 异步二进制计数器异步二进制计数器-4位异步二进制加法计数器位异步二进制加法计数器 工作原理工作原理 FF0 R CR Q0 1 FF1 R FF2 R FF3 R 1 CP Q1 Q2 Q3 1 1 1 1 Q0 Q0 Q1 Q1 Q2 Q2 Q3 Q3 C C C C 1、 二进制计数器二进制计数器 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1

13、1 12 13 14 15 16 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Q1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 Q3 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 结论结论:CPQff210 CPQff411 CPQff812 计数器的功能：不仅可以计数也可作为分频器计数器的功能：不仅可以计数也可作为分频器。CPQff1613 Q0 CP Q1 Q2 Q3 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

14、 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1tpd 2tpd 3tpd 4tpd 4tpd 如考虑每个触发器都有如考虑每个触发器都有1tpd的延时，电路会出现什么问题？的延时，电路会出现什么问题？异步计数脉冲的最小周期异步计数脉冲的最小周期 Tmin=n tpd。（。（n为位数）为位数） 典型集成电路典型集成电路中规模集成电路中规模集成电路74HC/HCT393中

15、集成了两个中集成了两个4位异步位异步二进制计数器在二进制计数器在 5V、25工作条件下，工作条件下，74HC/HCT393中每级触发器的传输延迟时间典型值为中每级触发器的传输延迟时间典型值为6ns。 1CP 1 2 1 1CRR 1Q0 1Q1 1Q2 1Q3 3 4 5 6 2CP 112 2CRR 2Q0 2Q1 2Q2 2Q3 119 8 74HC/HCT393的逻辑符号的逻辑符号Q0在每个在每个CP都翻转一次都翻转一次Q1仅在仅在Q0=1后的下一个后的下一个CP到来时翻转到来时翻转FF0可采用可采用T=1的的T触发器触发器FF1可采用可采用T= Q0的的T触发器触发器Q3仅在仅在Q0=

16、Q1=Q2=1后的下后的下一个一个CP到来时翻转到来时翻转FF2可采用可采用T= Q0Q1的的T触发触发器器Q2仅在仅在Q0=Q1=1后的下一个后的下一个CP到来时翻转到来时翻转FF3可采用可采用T= Q0Q1Q2的的T触发器触发器4位二进制计数器状态表0000016111111500111140101113000111201101110010110010019000018011107001106010105000104011003001002010001000000Q0Q1Q2Q3进位输出进位输出电路状态电路状态计数顺序计数顺序(2)二进制同步加计数器二进制同步加计数器 FF0 1D C1

17、T0=CE CE Q0 CP = FF1 1D C1 T1=Q0CE Q1 = FF2 1D C1 T2=Q1Q0CE Q2 = FF3 1D C1 T3=Q2Q1Q0CE Q3 = & & & Q0 Q1 Q2 Q3 1 1 4位二进制同步加计数器逻辑图位二进制同步加计数器逻辑图CE=0保持不变保持不变CE=1计数计数 CEQQQQQQTCEQQQQTCEQQTCET0120123010120010 Q0 CP Q1 Q2 Q3 1tpd 4位二进制同步加计数器时序图位二进制同步加计数器时序图 D0 & 1 & 1 & 1 FF0 1D C1

18、R Q Q = & & & 1 FF1 1D C1 R Q Q = & & & 1 FF2 1D C1 R Q Q = & & & 1 FF3 1D C1 R Q Q = = 1 1 Q0 1 Q1 1 Q2 1 Q3 1 TC D1 1 D2 1 D3 1 & 1 1 1 1 1 CET CEP PE CP CR (2)典型典型 集成计数器集成计数器74LVC1612选选1数据选择器数据选择器74LVC161逻辑功能表逻辑功能表输输 入入输输 出出清零清零预预置置使能使能时钟时钟预置数据输入预置数据输入计计 数数

19、进进位位CEPCETCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0TCLLLLLLHLD3D2D1D0D3D2D1D0*HHL保保持持*HHL保保持持*HHHH计计数数*CR的作用？的作用？PECRPE的作用？的作用？(2)(2)时序图时序图 CR PE CP CEP CET Q0 Q1 Q2 Q3 TC 计计数数 保保持持 异异步步清清零零 同同步步预预置置 D3 D0 D1 D2 TC=CETQ3Q2Q1Q0例例6.5.1 试用试用74LVC161构成模构成模216的同步二进制计数器。的同步二进制计数器。 LD PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC0 CR Q0 Q1 Q2

20、 Q3 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 CE CLK RESET PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC1 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D4 D5 D6 D7 Q4 Q5 Q6 Q7 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC2 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D8 D9 D10 D11 Q11 Q8 Q9 Q10 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D12 D13 D14 D15 Q15 Q12 Q13 Q14 LD PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC

21、 IC0 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 CE CLK RESET PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC1 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D4 D5 D6 D7 Q4 Q5 Q6 Q7 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC2 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D8 D9 D10 D11 Q11 Q8 Q9 Q10 PE D0 D1 D2 D3 CEP CET CP TC IC3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 D12 D13 D14 D15 Q15 Q12 Q13 Q14 2. 用集成计数器构成任意进制

22、计数器用集成计数器构成任意进制计数器 例例 用用74LVC161构成九进制加计数器。构成九进制加计数器。 解：九进制计数器应有解：九进制计数器应有9个状态，而个状态，而74 LVC 161在计数过程中在计数过程中有有16个状态。如果设法跳过多余的个状态。如果设法跳过多余的7个状态，则可实现模个状态，则可实现模9计数器。计数器。(1) 反馈清零法反馈清零法 CP CET CEP CR PE TC D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 & CP 74LVC161 1 1 1 0010 0110 0000 0101 0100 0011 0001 1000 0111 1001 Q3Q

23、2Q1Q0 (2) 反馈置数法反馈置数法 CP CET CEP CR PE TC D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 1 CP 74LVC161 1 1 1 0010 0110 0000 0101 0100 0011 0001 1000 0111 Q3Q2Q1Q0 CP CET CEP CR PE TC D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 1 CP 74LVC161 1 1 1 1 1 1 6.5.116.5.126.5.136.5.141. 异步二异步二-十进制计数器十进制计数器 CP1 CP0 CR 1 1 FF0 C R 1 Q0 Q1 Q2 Q3 1 1 1 1

24、 C R C R & FF1 FF2 FF3 C R 1 1 1 1 1 1 1 1 1 将图中电路按以下两种方式连接：将图中电路按以下两种方式连接：试分析它们的逻辑输出状态。试分析它们的逻辑输出状态。0CP1CP 接计数脉冲信号，将接计数脉冲信号，将Q0与与相连；相连；（1）1CP0CP 接计数脉冲信号，将接计数脉冲信号，将Q3与与相连相连（2）两种连接方式的状态表两种连接方式的状态表计数顺序计数顺序连接方式连接方式1（8421码）码）连接方式连接方式2（5421码）码）Q3Q2Q1Q0Q0Q3Q2Q1000000000100010001200100010300110011401000100501011000601101001701111010810001011910011100CP0CP1CR 74HCT390Q0 Q1 Q2 Q3C0CP0CP1CR 74HCT390Q0 Q1 Q2 Q3C1CLK&am