第19章电子技术基础

1、第第19章章 时序逻辑电路时序逻辑电路 19.2 寄存器19.3 计数器19.1 时序逻辑电路的概述19.1 时序逻辑电路的概述时序逻辑电路的概述组组合合电电路路触触发发器器电电路路X1XiZ1ZjQ1QmD1Dm输入信号信号输出触发器触发器输入信号输出信号CP1. 时序电路的特点时序电路的特点 时序逻辑电路时序逻辑电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关号，还与电路的原状态有关。 时序电路的特点：（时序电路的特点：（1 1）含有记忆元件（最常用的是触发器）。）含有记忆元件（最常用的是触发器）。 （2 2）具有反馈通道

2、。具有反馈通道。2. 时序电路的组成时序电路的组成3. 时序电路的分类时序电路的分类 时序电路的分类有多种，但主要是按照其存储电路时序电路的分类有多种，但主要是按照其存储电路中各触发器是否由统一时钟控制，分为同步时序电路和中各触发器是否由统一时钟控制，分为同步时序电路和异步时序电路两大类型。异步时序电路两大类型。（1）同步时序电路）同步时序电路若时序电路中存储电路各触发器状态的更新是在同一时若时序电路中存储电路各触发器状态的更新是在同一时钟脉冲的特定时刻（如上升沿或下降沿）同步进行的，钟脉冲的特定时刻（如上升沿或下降沿）同步进行的，这样的时序电路就被称为同步时序电路。这样的时序电路就被称为同步

3、时序电路。（2）异步时序电路）异步时序电路若时序电路中存储电路各触发器的状态更新不受时钟脉若时序电路中存储电路各触发器的状态更新不受时钟脉冲的统一控制，而是在不同时刻分别进行的，或者没有冲的统一控制，而是在不同时刻分别进行的，或者没有时钟脉冲，这样的时序电路就被称为异步时序电路。时钟脉冲，这样的时序电路就被称为异步时序电路。数字电路中的数码寄存器、计数器、存储器等都是时序数字电路中的数码寄存器、计数器、存储器等都是时序电路的基本单元电路。电路的基本单元电路。19.2 寄存器寄存器集成数码寄存器集成数码寄存器74LSl75 ：19.2.1 数码寄存器数码寄存器数码寄存器数码寄存器存储二进制数码的

4、时序电路组件存储二进制数码的时序电路组件1DRC1QQR1DC1QRC11D1FFQ11Q2FFQ22Q3FFQ33Q1DD32D1DRC1R0101DQQFF0DQ0CP7474LS175175的功能的功能: :RD是异步清零控制端。是异步清零控制端。D0D3是并行数据输入端，是并行数据输入端，CP为时钟脉冲端。为时钟脉冲端。Q0Q3是并行数据输出端。是并行数据输出端。0111RD清零清零10CP时钟时钟 d0 d1 d2 d3 D0 D1 D2 D3输输 入入0 0 0 0d0 d1 d2 d3保保 持持保保 持持Q0 Q1 Q2 Q3输输 出出工作模式工作模式异步清零异步清零数码寄存数码

5、寄存数据保持数据保持数据保持数据保持7474LS175175的功能表的功能表19.2.2 移位寄存器 移位寄存器移位寄存器不但可以寄存数码，而且在移位脉冲作用不但可以寄存数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移动下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移动1 1位。位。1 1单向移位寄存器单向移位寄存器 （1 1）右移寄存器（）右移寄存器（D触发器组成的触发器组成的4 4位右移寄存器）位右移寄存器）右移寄存器的结构特点：右移寄存器的结构特点：左边触发器的输出端接右邻触发器的输入端。左边触发器的输出端接右邻触发器的输入端。QRC11D1DC1RQ1DC1RQ1DQRC1Q0

6、Q1Q2Q3CPCRID串行输入串行输出D0D1D20FF1FF2FF3FF并 行 输 出D3移位脉冲移位脉冲输入数码输入数码输输 出出CPDIQ0 Q1 Q2 Q300 0 0 0 设移位寄存器的初始状态为设移位寄存器的初始状态为0000，串行输入数码，串行输入数码DI=1101，从高，从高位到低位依次输入。其位到低位依次输入。其状态表如下：状态表如下：QRC11D1DC1RQ1DC1RQ1DQRC1Q0Q1Q2Q3CPCRID串行输入串行输出D0D1D20FF1FF2FF3FF并 行 输 出D3111 0 0 01 1 0 012030 1 1 0141 0 1 1右移寄存器的时序图：右移

7、寄存器的时序图： 由于右移寄存器移位的方向由于右移寄存器移位的方向为为DIQ0 0Q1 1Q2 2Q3 3，所以，所以又称又称上移寄存器上移寄存器。 在在4 4个个CPCP作用下，输入的作用下，输入的4 4位串行位串行数码数码11011101全部存入了寄存器中。全部存入了寄存器中。这这种方式称为种方式称为串行输入方式串行输入方式。619273584CP1D1I01203Q1QQQ移位脉冲移位脉冲输入数码输入数码输输 出出CPDIQ0 Q1 Q2 Q30123411010 0 0 01 0 0 01 1 0 00 1 1 01 0 1 1（2 2）左移寄存器）左移寄存器 2 2 双向移位寄存器双

8、向移位寄存器 将右移寄存器和左移寄存器组合起来，并引入一控制端将右移寄存器和左移寄存器组合起来，并引入一控制端S便构成便构成既可左移又可右移的双向移位寄存器。既可左移又可右移的双向移位寄存器。左移寄存器的结构特点：左移寄存器的结构特点：右边触发器的输出端接左邻触发器的输入端。右边触发器的输出端接左邻触发器的输入端。1DC1RQ1DQRC1Q1D1DC1C1RQRCPCRD01DFF0FF1FF23FF20并 行 输 出3QQ1QQID串行输入串行输出2D3D当当S=1时，时，D0=DSR、D1=Q0、D2=Q1、D3=Q2，实现右移操作；，实现右移操作；其中，其中，DSR为右移串行输入端，为右

9、移串行输入端，DSL为左移串行输入端。为左移串行输入端。当当S=0时，时，D0=Q1、D1=Q2、D2=Q3、D3=DSL，实现左移操作。，实现左移操作。RFF1DC13Q&1R1DC12FFQ&1R1DC11FFQ&1FF&C1R01DQ1111QQQQ1302CPCR串行输入SLD（左移）串行输入DSR（右移）串行输出DOR（右移）串行输出DOL（左移）移位控制SS=1：右移S=0：左移并 行 输 出 D D触发器组成的双向移位寄存器：触发器组成的双向移位寄存器：3.3.集成移位寄存器集成移位寄存器741947419474194为四位双向移位寄存器为四位双向

10、移位寄存器。 Q0和和Q3分别是左移和右移时的串行输出端，分别是左移和右移时的串行输出端，Q0、Q1、Q2和和Q3为为并行输出端。并行输出端。 DSL 和和DSR分别是左移和右移串行输入。分别是左移和右移串行输入。D0、D1、D2 2和和D3是并行输是并行输入端。入端。0Q1QS3D2D1D0D2Q3Q7419441235671516D0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74194891011121413RD3D0SQ0SRDCPSLSR01SRSLS1CPDDDD74194的功能表的功能表输输 入入输输 出出工作模式工作模式清零清零控控 制制串行输入串行输入时钟时钟并行输入并行输入RDS1 S

11、0DSL DSRCPD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q30 0 0 0 0异步清零异步清零10 0 Q0n Q1n Q2n Q3n保保 持持110 10 1 1 0 1 Q0n Q1n Q2n0 Q0n Q1n Q2n右右 移移111 01 01 0 Q1n Q2n Q3n 1Q1n Q2n Q3n 0左左 移移11 1 D0 D1 D2 D3D0 D1 D2 D3并行置数并行置数4 4、移位寄存器构成的移位型计数器、移位寄存器构成的移位型计数器 ( 1) 环形计数器环形计数器 环形计数器的特点：环形计数器的特点： 电路简单，电路简单，N位移位寄存器可以计位移位寄存器可以计N个数，实现

12、模个数，实现模N计数器。状态为计数器。状态为1的输出端的序号等于计数脉冲的个数，通常不需要译码电路。的输出端的序号等于计数脉冲的个数，通常不需要译码电路。0Q1QS3D2D1D0D2Q3Q74194SRDCPDSLSRD01111000START0Q31000Q0100Q2Q001010001(2)扭环形计数器扭环形计数器为了增加有效计数状态，扩大计数器的模，可用扭环形计数器。为了增加有效计数状态，扩大计数器的模，可用扭环形计数器。 一般来说，一般来说，N位移位寄存器可以组成模位移位寄存器可以组成模2N的扭环形计数器，只需将末级的扭环形计数器，只需将末级输出反相后，接到串行输入端。输出反相后，

13、接到串行输入端。QD1SR013SQQSSLD74194DRDDCPQ02D1D32010清零1Q100000012QQ00000300111Q1100011111101111计数器计数器用以统计输入脉冲用以统计输入脉冲CPCP个数的电路个数的电路。19.3 计数器计数器计数器的分类：计数器的分类：（2 2）按数字的增减趋势可分为加法计数器、减）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。法计数器和可逆计数器。（1 1）按计数进制可分为二进制计数器和非二进）按计数进制可分为二进制计数器和非二进制计数器。制计数器。非二进制计数器中最典型的是十进制计数器。非二进制计数器中最典型的是十

14、进制计数器。（3 3）按计数器中触发器翻转是否与计数脉冲同）按计数器中触发器翻转是否与计数脉冲同步分为同步计数器和异步计数器。步分为同步计数器和异步计数器。 19.3.1 二进制计数器1 1二进制异步计数器二进制异步计数器 （1 1）二进制异步加法计数器（）二进制异步加法计数器（4 4位）位） 工作原理：工作原理： 4个个JK触发器都接成触发器都接成T触发器。触发器。 每当每当Q2由由1变变0，FF3向相反的状态翻转一次。向相反的状态翻转一次。 每来一个每来一个CP的下降沿时，的下降沿时，FF0向相反的状态翻转一次；向相反的状态翻转一次； 每当每当Q0由由1变变0，FF1向相反的状态翻转一次；

15、向相反的状态翻转一次； 每当每当Q1由由1变变0，FF2向相反的状态翻转一次；向相反的状态翻转一次；1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR计数脉冲清零脉冲QQQQ用用“观察法观察法”作出该电路的时序波形图和状态图。作出该电路的时序波形图和状态图。由时序图可以看出，由时序图可以看出，Q0 0、Ql、Q2 2、Q3 3的周期分别是计数脉冲的周期分别是计数脉冲( (CP) )周周期的期的2 2倍、倍、4 4倍、倍、8 8倍、倍、1616倍，因而计数器也可作为分频器。倍，因而计数器也可作为分频器。CPQ0Q1Q2Q3000100110

16、110101000101000010110010100Q1101111101110Q31011Q100001100Q20111（2 2）二进制异步减法计数器）二进制异步减法计数器用用4 4个上升沿触发的个上升沿触发的D触发器组成的触发器组成的4 4位异步二进制减法计数器。位异步二进制减法计数器。 工作原理：工作原理：D触发器也都接成触发器也都接成T触发器触发器。 由于是上升沿触发，则应将低位触发器的由于是上升沿触发，则应将低位触发器的Q端与相邻高位触发端与相邻高位触发器的时钟脉冲输入端相连，即从器的时钟脉冲输入端相连，即从Q端取借位信号。端取借位信号。 它也同样具有分频作用。它也同样具有分频作

17、用。C1CPFF31DQ3计数脉冲QRQ31DQQ22FFC1R2Q1DQQ11FFC1R1Q1DQQ00FFC1R0Q清零脉冲CR二进制异步减法计数器的二进制异步减法计数器的时序波形图和状态图。时序波形图和状态图。 在异步计数器中，高位触发器的状态翻转必须在相邻触发器产生进位信号在异步计数器中，高位触发器的状态翻转必须在相邻触发器产生进位信号（加计数）或借位信号（减计数）之后才能实现，所以工作速度较低。（加计数）或借位信号（减计数）之后才能实现，所以工作速度较低。为为了提高计数速度，可采用同步计数器。了提高计数速度，可采用同步计数器。 CPQ0Q1Q2Q32310QQQ Q000011111

18、11011011100101110011010100001110110010101000011001000012 2二进制同步计数器二进制同步计数器（1 1）二进制同步加法计数器）二进制同步加法计数器 由于该计数器的由于该计数器的翻转规律性较强，只翻转规律性较强，只需用需用“观察法观察法”就可就可设计出电路：设计出电路：因为是因为是“同步同步”方式，方式，所以将所有触发器的所以将所有触发器的CPCP端连在一起，接计端连在一起，接计数脉冲。数脉冲。 然后分析状态图，然后分析状态图，选择适当的选择适当的JKJK信号。信号。计数脉冲计数脉冲序号序号电电 路路 状状 态态等效十进等效十进制数制数Q3

19、Q2 Q1 Q00123456789101112131415160 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 0012345678910111213141504 4位二进制同步加法计数器位二进制同步加法计数器7416174161RC1&Q1J1K&13Q&Q&RC11J1K&12Q&Q&RC11J1K&11Q&Q&RC11J1K

20、&10Q0D1&1EPET11D2D3DCPLDRDRCO 异步清零。异步清零。7416174161具有以下功能：具有以下功能： 计数。计数。 同步并行预置数。同步并行预置数。RCO为进位输出端。为进位输出端。 保持。保持。01111RD清零清零0111LD预置预置 0 01 1EP ET使能使能CP时钟时钟 d3 d2 d1 d0 D3 D2 D1 D0预置数据输入预置数据输入0 0 0 0d3 d2 d1 d0保保 持持保保 持持计计 数数Q3 Q2 Q1 Q0输出输出工作模式工作模式异步清零异步清零同步置数同步置数数据保持数据保持数据保持数据保持加法计数加法计数74161

21、74161的功能表的功能表41235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74161891011121413RD3DDLEPETQ0RCOQCPQ0Q21Q3LDRDDD0D21D3EPETRCO121314150120清零异步同步置数加法计数保持（2）4位二进制同步可逆计数器位二进制同步可逆计数器741910111LD预置预置100EN使能使能01D/ U加加/减控制减控制CP时钟时钟d3 d2 d1 d0 D3 D2 D1 D0预置数据输入预置数据输入d3 d2 d1 d0保保 持持计计 数数计计 数数Q3 Q2 Q1 Q0输输 出出工作模式工作模式异步置数异步置数数据保持数

22、据保持加法计数加法计数减法计数减法计数74191的功能表的功能表LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q7419141235671516Vcc741918910111214133D0Q1GNDD1EN D/UQ3Q2QD2LDMAX/MINRCOCP0D19.3.2 十进制计数器十进制计数器N进制计数器又称模进制计数器又称模N计数器。计数器。当当N=2n时，就是前面讨论的时，就是前面讨论的n位二进制计数器；位二进制计数器；当当N2n时，为非二进制计数器。非二进制计数时，为非二进制计数器。非二进制计数器中最常用的是十进制计数器。器中最常用的是十进制计数器。集成十进制

23、计数器举例集成十进制计数器举例（1 1）84218421BCD码同步加法计数器码同步加法计数器741607416001111RD清零清零0111LD预置预置 0 01 1EP ET使能使能CP时钟时钟 d3 d2 d1 d0 D3 D2 D1 D0预置数据输入预置数据输入0 0 0 0d3 d2 d1 d0保保 持持保保 持持十进制计十进制计 数数Q3 Q2 Q1 Q0输出输出工作模式工作模式异步清零异步清零同步置数同步置数数据保持数据保持数据保持数据保持加法计数加法计数7416074160的功能表的功能表3Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74160EPRDDL4123567151

24、6CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74160891011121413RD3DDLEPETQ0RCO（2 2）二）二五五十进制异步加法计数器十进制异步加法计数器7429074290二进制计数器的时钟输入端为二进制计数器的时钟输入端为CP1 1，输出端为，输出端为Q0 0；五进制计数器的时钟输入端为五进制计数器的时钟输入端为CP2 2，输出端为，输出端为Q1 1、Q2 2、Q3 3。7429074290包含一个独立的包含一个独立的1 1位二进制计数器和一个独立的五进制计数器。位二进制计数器和一个独立的五进制计数器。 如果将如果将Q0 0与与CP2 2相连，相连，CP1 1作时钟输入端，作时

25、钟输入端，Q0 0Q3 3作输出端，则为作输出端，则为84218421BCD码十进制计数器。码十进制计数器。如果将如果将Q3与与CP0相连，相连，CP2作时钟输入端，从高作时钟输入端，从高位到低位的输出为位到低位的输出为Q0 Q3 Q2 Q1 时，则构成时，则构成5421BCD码十进制计数器。码十进制计数器。RQC1C1RQC11KCPR1K1J1J1J1J1KQ1KRC1QSS&3Q0Q1QQ220(1)R0(2)R9(1)R9(2)1CPR11& 7429074290的功能：的功能： 异步清零。异步清零。 计数。计数。 异步置数（置异步置数（置9 9）。）。 复位输入复位输

26、入置位输入置位输入时时 钟钟输输 出出工作模式工作模式R0（1） R0（2）R9（1） R9（2）CPQ3 Q2 Q1 Q01 11 10 00 0 0 00 0 0 0异步清零异步清零0 01 11 11 0 0 11 0 0 1异步置数异步置数0 0 0 00 00 0计计 数数计计 数数计计 数数计计 数数加法计数加法计数4123567891011121314GNDVcc74LS2909(1)NC9(2)NC0(1)0(2)21Q3Q0Q1Q2CPCPRRRR集成计数器的应用集成计数器的应用（1 1）同步级联。）同步级联。例：用两片例：用两片4 4位二进制加法计数器位二进制加法计数器74

27、16174161采用同步级联方式构成的采用同步级联方式构成的8 8位位二进制同步加法计数器，模为二进制同步加法计数器，模为161616=25616=256。1 1计数器的级联计数器的级联3Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74161(1)EPRDDLD13DD3DCPQ Q00RCO74161(2)L21ETQDQR2DEP111计数脉冲清零脉冲0132Q Q Q Q4576Q Q Q Q（2 2）异步级联）异步级联 例：用两片例：用两片74191采用异步级联方式构成采用异步级联方式构成8位二进制位二进制异步可逆计数器。异步可逆计数器。LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCO

28、MAX/MIN1Q0Q74191(2)LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q74191(1)计数脉冲D/UENL0132Q Q Q QQ6Q7Q4Q5D（3）用计数器的输出端作进位）用计数器的输出端作进位/借位端借位端有的集成计数器没有进位有的集成计数器没有进位/借位输出端，这时可根据具体情况，借位输出端，这时可根据具体情况，用计数器的输出信号用计数器的输出信号Q3、Q2、Q1、Q0产生一个进位产生一个进位/借位。借位。例：用两片例：用两片74290采用异步级联方式组成的二位采用异步级联方式组成的二位8421BCD码十进制码十进制加法计数器。加法计数器。 模为模

29、为1010=1003Q2Q1Q0Q74290(1)CP1CP2R0(2)R0(1)R9(1)9(2)RQ0Q12QQ374290(2)CP1CP20(2)RR0(1)9(1)RR9(2)计数脉冲置数脉冲清零脉冲个位输出十位输出01Q2QQ3Q01Q2QQ3Q2 2组成任意进制计数器组成任意进制计数器（1）异步清零法）异步清零法适用于具有异步清零端的集成计数器。适用于具有异步清零端的集成计数器。例：用集成计数器例：用集成计数器74160和与非门组成的和与非门组成的6进制计数器。进制计数器。Q2EPD2CPETQ计数脉冲DR1RCO0QQQ11DQLD7416123110D3D0QQ32310QQ

30、Q Q0000100001000011000100101001010101100111&（2）同步清零法）同步清零法同步清零法适用于具有同步清零端的集成计数器。同步清零法适用于具有同步清零端的集成计数器。例：用集成计数器例：用集成计数器74163和与非门组成的和与非门组成的6进制计数器。进制计数器。QDRETEP74163DRCO33QD211QL010QDCPDD1计数脉冲2&0132Q Q Q Q3Q0010000000011Q0001Q1Q010020101（3）异步预置数法）异步预置数法异步预置数法适用于具有异步预置端的集成计数器。异步预置数法适用于具有异步预置端的集成

31、计数器。例：用集成计数器例：用集成计数器74191和与非门组成的余和与非门组成的余3码码10进制计数器。进制计数器。LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q7419100计数脉冲&Q30QQ21Q1100011001101001101002Q11011QQQ3010101111001011010001010（4）同步预置数法）同步预置数法同步预置数法适用于具有同步预置端的集成计数器。同步预置数法适用于具有同步预置端的集成计数器。例：用集成计数器例：用集成计数器74160和与非门组成的和与非门组成的7进制计数器。进制计数器。QDRETEP74160DRCO3

32、3QD211QL010QDCPDD1计数脉冲200111Q30QQ21Q3Q0101000110111Q0100Q1Q1000210010110例例 用用7416074160组成组成4848进制计数器。进制计数器。先将两芯片采用同步级联方式连接成先将两芯片采用同步级联方式连接成100100进制计数器，进制计数器， 然后再用异步清零法组成了然后再用异步清零法组成了4848进制计数器。进制计数器。解：解：因为因为N4848，而，而7416074160为模为模1010计数器，所以要用两片计数器，所以要用两片7416074160构成构成. .。3Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74160(

33、1)EPRDDLD13DD3DCPQ Q00RCO74160(2)L21ETQDQR2DEP1计数脉冲&113 3组成分频器组成分频器前面提到，模前面提到，模N计数器进位输出端输出脉冲的频率是输入脉冲计数器进位输出端输出脉冲的频率是输入脉冲频率的频率的1/1/N，因此可用模，因此可用模N计数器组成计数器组成N分频器。分频器。解：解： 因为因为32768=232768=21515，经，经1515级二分频，就可获得频率为级二分频，就可获得频率为1 1Hz的脉冲的脉冲信号。因此将四片信号。因此将四片7416174161级联，从高位片（级联，从高位片（4 4）的）的Q2 2输出即可。输出即可。

34、例例 某石英晶体振荡器输出脉冲信号的频率为某石英晶体振荡器输出脉冲信号的频率为3276832768Hz，用，用7416174161组成分频器，将其分频为频率为组成分频器，将其分频为频率为1 1Hz的脉冲信号。的脉冲信号。1DET1D31RCOD102LDQ3Q01CPD3DQDDQD74161(4)RCOQDRCOL0CPD13101QRQD3DEPQ2D2DDCP1CPR023RD74161(2)Q QRQQETD74161(3)2121D00QEP31ETET1Q21D=32768HzRCODD0EPQD=1Hzf1EPf1174161(1)DLQ32L321421221211521本章小结本章小结（1）时序电路的输出不仅和即刻的输入有关，而且还和电路）时序电路的输出不仅