时序逻辑电路的资料

1、第六章时序逻辑电路16.1 时序逻辑电路概述组合电路：电路某一时刻的输出（Z1，Zm）仅仅决定于该时刻的输入（x1，xn），而与以前各时刻的输入无关。时序电路：电路某一时刻的输出（Z1，Zm）不仅决定于该时刻的输入（x1，xn），还与前一时刻的状态 (y1，ys) 有关。前一时刻的状态就是存储电路的输出。一、何为时序逻辑？ 数字逻辑电路由两部分组成 组合逻辑电路，简称组合电路。 时序逻辑电路，简称时序电路。 2由组合电路和存储电路两部分电路组成。由具有“记忆”功能的“存储电路”记住电路当前时刻的状态，并产生下一时刻的状态；存储电路的基本单元电路是“触发器”；时序电路特点3电路必须具有“反馈”功

2、能，增加两组反馈线： 第一组反馈线Y1Yr 是存储电路当前时刻的输入第二组反馈线 y1ys是存储电路下一时刻的输出状态概念十分重要。存储电路当前时刻的状态，称为现态或原态；下一时刻的状态，称为次态或新态。4时序逻辑电路框图组合电路（触发器）存储电路X1XiF1FjQ1QrZ1Zk输入信号信号输出触发器触发器输入信号输出信号CP时序电路逻辑函数表达式是三组：Fj = fj (X1，Xn，Q1，Qr) 输出方程Zk = gk (X1，Xn，Q1，Qr) 驱动方程(激励方程)Qrn+1 = qr (X1,，Xn，Z1n，Zkn) 状态方程驱动（激励）变量状态变量5用表格的形式描述有次态真值表、状态表

3、、激励表；用逻辑表达式描述有状态方程、输出方程和驱动方程；用图形的形式描述有状态图；用时序的形式描述有时序波形图。 时序电路功能描述6组合逻辑 时序逻辑1、定义输出仅与当时的输入有关输出与当时的输入及线路状态有关2、结构不包含存储元件包含存储元件3、功能描述线路特性用输出方程描述线路特性用输出方程及状态方程描述二、组合逻辑与时序逻辑的区别？7 同步时序逻辑电路 电路中所有触发器共用统一的时钟脉冲，由脉冲触发状态的改变。所有触发器的状态转换发生在同一时刻。 异步时序逻辑电路 没有统一的时钟脉冲同步，状态的改变直接由输入信号引起 所有触发器的状态转换不一定发生在同一时刻。三、时序逻辑的分类8 Me

4、aly型时序电路（米里型）电路输出与电路输入和现态有关 输出方程为：Fj = fj (X1，Xn，Q1，Qr) Moore型时序电路（莫尔型）电路输出仅与电路现态有关，而与电路该时刻的输入无关；或者根本没有外部输出（F） ，以线路的状态作为输出 输出方程为：Fj = fj (Q1，Qr)时序逻辑的分类9观察电路是否为时序电路，确定系统变量（输入变量、输出变量、状态变量）列时钟方程（对于异步时序电路）列驱动方程（激励函数）列输出方程（输出函数）列状态方程：将驱动方程代入触发器的特征方程 列状态转换表：CP作用下输入、现态与输出、次态的关系列状态图、画波形图说明该电路的逻辑功能6.2 时序逻辑电路

5、分析方法10 确定系统变量输入变量: X, CP输出变量: Z状态变量: Y2 , Y1这是同步时序电路，在CP下降沿触发 0 1 K2 J2“1”CPXY2Y1 Y1Z 0 1 K1 J1 + Y2同步时序电路的分析举例例1、分析时序电路逻辑功能11 列驱动方程J1=K1=1 J2=K2=XY1 列输出方程 0 1 K2 J2“1”CPXY2Y1 Y1Z 0 1 K1 J1 + Y2Z = XCPY2Y1 XCPY2Y1 = XCPY2Y1 + XCPY2Y1 写出状态方程组：JK：Qn+1=JQn+kQnY2n+1= J2Y2+K2Y2 =(XY1)Y2+(XY1)Y2=XY1Y2Y1n+

6、1= J1Y1+K1Y1 =Y112Y2n+1 = XY1nY2nY1n+1 = Y1n 列状态方程 列状态转换表CP X Y2n Y1n Y2n+1 Y1n+1 Z 1 0 0 0 0 1 0 2 0 0 1 1 0 0 3 0 1 0 1 1 0 4 0 1 1 0 0 1 5 1 0 0 1 1 1 6 1 0 1 0 0 0 7 1 1 0 0 1 0 8 1 1 1 1 0 0 状态图00011011X/Z=0/00/00/00/11/01/01/01/1 0 0 0 1 1 0 1 1X=1X=0Y2n+1 Y1n+1 / Z现态Y2n Y1n 1 0 1 001 10 1 0 1

7、 010 01 / 0/ 0 / 0/ 1 / 1/ 0 / 0/ 0 驱动表13 X=1：电路在时钟脉冲作用下，减1计数（z：借位） 00 11 10 01 模4减1计数器 判断逻辑功能 为可逆计数器 X=0：电路在时钟脉冲作用下，加1计数（z：进位） 00 01 10 11 模4加1计数器(四进制加法计数器)X为控制端：时序逻辑的分析方法00011011X/Z=0/00/00/00/11/01/01/01/1Mealy型时序电路14 时序图：1 2 3 4 5 6 7 8CPX0 1 1 0 0 0 1 1Y1Y20 1 0 1 0 1 0 1减法加法时序逻辑的分析方法Z15时序逻辑的分析

8、方法实列分析2 确定系统变量输入变量: X 输出变量: Z状态变量: Y2 , Y1 驱动变量: J2 , K2 , J1, K1 0 1 K2 J2“1”CPXY2Y1 0 1 K1 J1+ Z例2、分析时序电路逻辑功能16时序逻辑的分析方法实列分析2 列驱动方程J1=K1=1 J2=K2=XY1 0 1 K2 J2“1”CPXY2Y1 0 1 K1 J1+ Z 列输出方程Z = Y2Y1Y2n+1 = XY1Y2Y1n+1 = Y1 列状态方程写出电路状态方程组：JK：Qn+1=JQn+kQnY2n+1= J2Y2+K2Y2 =(XY1)Y2+(XY1)Y2 =XY1Y2Y1n+1= J1

9、Y1+K1Y1 =Y1 列状态转换表CP X Y2 Y1 Y2n+1 Y2n+1 Z 1 0 0 0 0 1 1 2 0 0 1 1 0 1 3 0 1 0 1 1 1 4 0 1 1 0 0 0 5 1 0 0 1 1 1 6 1 0 1 0 0 1 7 1 1 0 0 1 1 8 1 1 1 1 0 0此题因输出与输入无关，只与线路状态有关，故状态表中输出Z单独列出17 状态图00/101/110/111/0X =0 0 0 0 1 1 1 1 时序逻辑的分析方法实列分析2CP X Y2 Y1 Y2n+1 Y2n+1 Z 1 0 0 0 0 1 1 2 0 0 1 1 0 1 3 0 1

10、0 1 1 1 4 0 1 1 0 0 0 5 1 0 0 1 1 1 6 1 0 1 0 0 1 7 1 1 0 0 1 1 8 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1X=1X=0Y2n+1Y1n+1 现态Y2 Y1 1 0 1 001 10 1 0 1 010 01 输出 Z 1 1 1 0因输出与输入无关,只与线路状态有关,故状态表中的输出 Z 单独列出Moore型时序电路驱动表18解：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。 （1）写出输出方程： （2）写出驱动方程：例3、试分析下图所示的时序逻辑电路。19（3）写出JK触发器的特征方程，然后将各驱动方程代入JK触发

11、器的特征方程，得各触发器的次态方程：由此作出状态表及状态图。输出方程简化为：（4）作状态转换表及状态图 a)、当X=0时：触发器的次态方程简化为：1Q0Q0001100/00/00/1X=0时的状态图X/Z20由此作出状态表及状态图。将X=0与X=1的状态图合并 起来得完整的状态图。1QQ00010011/11/01/0X=1时的状态图b)、当X=1时：触发器的次态方程简化为：输出方程简化为：Z21（5）画时序波形图。根据状态表或状态图，可画出在CP脉冲作用下电路的时序图。CP10XQQZ22（6）逻辑功能分析：当 X =1 时，按照减1规律从10010010循环变化，并每当转换为00状态（最

12、小数）时，输出 Z = 1。模三减1计数器该电路一共有3个状态00、01、10。当 X =0 时，按照加1规律从00011000循环变化，并每当转换为10状态（最大数）时，输出Z=1。模三加1计数器0001100/00/00/11/11/01/0状态图23时序逻辑的分析方法实列分析3 确定系统变量 状态变量: Y4 , Y3 , Y2 , Y1 输入变量: 无 驱动变量: D4 , D3 , D2 , D1 CPY2Y101D 01D 01D 01D Y3Y4例4、24 列驱动方程CPY2Y101D 01D 01D 01D Y3Y4时序逻辑的分析方法实列分析3D1 = Y3 Y1 Y4 = Y

13、1 Y4 + Y3 Y4D2= Y1D3= Y2D4= Y3列状态方程:Y4n+1 = Y3Y3n+1 = Y2Y2n+1 = Y1 Y1n+1 = Y1 Y4 + Y3 Y4特征方程:Yi = Di25状态方程:Y4n+1 = Y3Y3n+1 = Y2Y2n+1 = Y1 Y1n+1 = Y1 Y4 + Y3 Y4CP Y4 Y3 Y2 Y1 Y4n+1 Y3n+1 Y2n+1 Y1n+1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 1 1 3 0 0 1 0 0 1 0 1 4 0 0 1 1 0 1 1 1 5 0 1 0 0 1 0 0 0 6 0 1 0 1 1

14、0 1 1 7 0 1 1 0 1 1 0 0 8 0 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 01000000000010011011111111110110001101011010100101001010010101101可自启动的8进制计数器26CP0=CP （时钟脉冲源的上升沿触发）时钟方程：该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下：（1）写出各逻

15、辑方程式。CP1=Q0 （当FF0的Q0由01时，Q1才可能改变状态）三、异步时序逻辑电路的分析举例例5、试分析下图所示的时序逻辑电路1 27（3）作状态转换表。（2）将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：（CP由01时此式有效） （Q0由01时此式有效） 输出方程：各触发器的驱动方程：28/z（5）逻辑功能分析 由状态图可知：该电路一共有4个状态00、01、10、11，在时钟脉冲作用下，按照减1规律循环变化，所以是一个4进制减法计数器，Z是借位信号。（4）作状态转换图、时序图。1QCPQ0Z29 0 1 K4 J4CP1Y4Y1 0 1 K3 J3 0 1 K2 J2 0

16、 1 K1 J1Y2Y3时序逻辑的分析方法J4 Y3 Y2 K4 1J3 K3 1J2 Y4 ， K2 1J1 K1 1CP1 , CP2 CP4 Y1 ( ) , CP3 Y2 ( ) Y4n+1 J4 Y4 + K4 Y4 Y4Y3Y2 Y3n+1 J3 Y3 + K3 Y3 Y3 Y2n+1 J2 Y2 + K2 Y2 Y4Y2 Y1n+1 J1 Y1 + K1 Y1 Y1 CP1下降沿有效Y1下降沿有效Y2下降沿有效Y1下降沿有效例6、分析异步时序电路30Y4n+1 J4 Y4 + K4 Y4 Y4Y3Y2 Y3n+1 J3 Y3 + K3 Y3 Y3 Y2n+1 J2 Y2 + K2

17、 Y2 Y4Y2 Y1n+1 J1 Y1 + K1 Y1 Y1 CP1下降沿有效Y1下降沿有效Y2下降沿有效Y1下降沿有效 Y4Y3Y2Y1 Y4n+1 Y3n+1 Y2n+1 Y1n+1 CP4CP3CP2CP1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 1 0 3 0 0 1 0 0 0 1 1 4 0 0 1 1 0 1 0 0 5 0 1 0 0 0 1 0 1 6 0 1 0 1 0 1 1 0 7 0 1 1 0 0 1 1 1 8 0 1 1 1 1 0 0 0 9 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 08421码计数器31 计数器

18、寄存器 节拍发生器从门电路和触发器的基本功能出发计算机中常用的时序逻辑电路32计数器对输入脉冲进行计数的逻辑部件 组成：由一组触发器构成 用途：累计输入脉冲个数 最大记忆脉冲数称为该计数器的模，记为N。 模2n计数器需n个触发器6.3 计数器计数器是数字系统和计算机广泛使用的逻辑器件,不仅用于对时钟脉冲个数进行计数，还用作分频、定时、控制、节拍发生器等。通常把作用于计数器的时钟脉冲称为计数脉冲，用 CP 表示。33 按计数的进位方式分类 同步计数器 异步计数器 按计数的数制分 二进制计数器 十进制计数器 按计数过程中数字增减分 加法计数器 模N计数器（任意进制） 减法计数器 可逆计数器计数器种

19、类：34简单计数器一、异步计数器例）：模8计数CLK QC QB QA 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 QA来一个脉冲翻转一次 当QA由H L时，QB翻转 当QB由H L时, QC翻转 将J-K触发器的J=K=1,来 一个脉冲翻转一次;J-K触发器由负脉冲触发35一、异步计数器电路时序图： 第一个触发器输出与时钟脉冲的频率相 比为二分频 第二个触发器输出与时钟脉冲的频率相 比为四分频 每个CP（clock pulse）对应的即为计数器的状态： 000，001，010 11136CP1

20、Y1 0 1 K3 J3 0 1 K2 J2 0 1 K1 J1Y2Y3CP2CP3 RD驱动方程:J1 = K1 =1 CP1下降沿J2 = K2 =1 CP2 = Y1下降沿J3 = K3 =1 CP3= Y2下降沿状态方程:Y1n+1 = J1 Q1 + K1 Q1 Y1 CP1下降沿Y3n+1 J3 Q2 + K3Q2 Y3 Y2下降沿Y2n+1 = J2 Q2 + K2Q2 Y2 Y1下降沿1：二进制串行累加计数器（异步加法二进制）37 Y3 Y2 Y1 Y3n+1 Y2n+1 Y1n+1 CP3 CP2 CP1 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 0 3 0 1 0

21、 0 1 1 4 0 1 1 1 0 0 5 1 0 0 1 0 1 6 1 0 1 1 1 0 7 1 1 0 1 1 1 8 1 1 1 0 0 0 Y1n+1 = J1 Q1 + K1 Q1 Y1 Y3n+1 J3 Q3+ K3Q3 Y3 Y2n+1 = J2 Q2 + K2Q2 Y2 38异步二进制串行累加计数器CP1 Y1 （ CP2 ） Y2 （ CP3 ）Y3这种计数器的计数速度较慢39 上升沿触发 下降沿触发加计数 CPi Qi-1 CPi Qi-1减计数 CPi Qi-1 CPi Qi-1异步二进制计数器级间连接规律40所谓同步计数器是指作用于计数器内各触发器的时钟脉冲共用同

22、一外接 CP，因而各触发器同时变化这种计数器的计数速度快。 例：扭环计数器（Johnson）二、同步计数器41驱动函数： D3 = Y3Y2Y1 +Y3Y2 +Y3Y1 = Y3Y2Y1 +Y3Y2Y1 D2 = Y2Y1 +Y2Y1 D1 = Y1状态函数：Y1n+1 = D1 Y2n+1 = D2 Y3n+1 = D3 2：二进制并行累加计数器（同步加法二进制）Y2Y2CP0 1D30 1D20 1D1RdY1Y2Y3C2C1C3+Y3Y2Y1Y1Y2Y1Y3Y1Y342Y1n+1 = D1 Y2n+1 = D2 Y3n+1 = D3 驱动函数： D2 = Y2Y1 +Y2Y1 D1 =

23、Y1状态函数： D3 = Y3Y2Y1 +Y3Y2 +Y3Y1 = Y3Y2Y1 +Y3Y2Y1 Y3 Y2 Y1 Y3n+1 Y2n+1 Y1n+1 CP 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 0 3 0 1 0 0 1 1 4 0 1 1 1 0 0 5 1 0 0 1 0 1 6 1 0 1 1 1 0 7 1 1 0 1 1 1 8 1 1 1 0 0 0 43同步二进制并行累加计数器CP Y1 Y2 Y3这种计数器的计数速度较快（Y1、Y2、Y3都是CP上升沿触发）44若触发器的个数n，则能计2n个数，称模2n计数器（逢2n进一计数器）不规则计数器：计数个数 2n45Y

24、2CP0 1D30 1D20 1D1RdY1Y2Y3C2C1C3+Y1Y3Y1Y1Y2Y3Y1Y2+驱动函数： D3 = Y3Y1 +Y2Y1 D1 = Y1 D2 = Y2Y1 +Y3Y2Y1Y1n+1 = D1 Y2n+1 = D2 Y3n+1 = D3 状态函数：3：不规则计数器（例：同步模6 加法计数器）46控制函数： D3 = Y3Y1 +Y2Y1 D1 = Y1 D2 = Y2Y1 +Y3Y2Y1Y1n+1 = D1 Y2n+1 = D2 Y3n+1 = D3 状态函数：不规则计数器000001010011100101110自启动 Y3 Y2 Y1 Y3n+1 Y2n+1 Y1n+

25、1 CP 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 0 3 0 1 0 0 1 1 4 0 1 1 1 0 0 5 1 0 0 1 0 1 6 1 0 1 0 0 0 7 1 1 0 1 1 1 8 1 1 1 1 0 0 11147当N=2n时，就是前面讨论的n位二进制计数器；当N2n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。N进制计数器又称模N计数器。三、非二进制计数器48用前面介绍的同步时序逻辑电路分析方法对该电路进行分析。（a）写出驱动方程：1 8421BCD码同步十进制加法计数器49（b）转换成次态方程：然后将各驱动方程代入JK触发器的特征方程，得各触发

26、器的次态方程： 先JK触发器的特征方程:状态方程：50设初态为Q3Q2Q1Q0=0000，代入次态方程进行计算，得状态转换表如表5.3.5所示。（c）作状态转换表。51（d）作状态图及时序图。52 由于电路中有4个触发器，它们的状态组合共有16种。而在8421BCD码计数器中只用了10种，称为有效状态。其余6种状态称为无效状态。当由于某种原因，使计数器进入无效状态时，如果能在时钟信号作用下，最终进入某个有效状态，我们就称该电路具有自启动能力。（e）检查电路能否自启动 用同样的分析的方法分别求出6种无效状态下的次态，得到完整的状态转换图。可见，该计数器能够自启动。Q3Q2Q1Q0nQ3Q2Q1Q

27、0n+110101011110011011110111110110100110101001111000053CP2=Q1 （当FF1的Q1由10时，Q2才可能改变状态。）用前面介绍的异步时序逻辑电路分析方法对该电路进行分析：（1）写出各逻辑方程式。时钟方程： CP0=CP （时钟脉冲源的下降沿触发。）CP1=Q0 （当FF0的Q0由10时，Q1才可能改变状态。)CP3=Q0 （当FF0的Q0由10时，Q3才可能改变状态)28421BCD码异步十进制加法计数器54各触发器的驱动方程：55（2）将各驱动方程代入JK触发器的特征方程，得各触发器的次态方程：（CP由10时此式有效） （Q0由10时此式

28、有效） （Q1由10时此式有效） （Q0由10时此式有效） 56设初态为Q3Q2Q1Q0=0000，代入次态方程进行计算，得状态转换表。（3）作状态转换表。578421BCD码异步十进制加法计数器波形图012QQQQ3CP12345678910（CP由10时此式有效） （Q0由10时此式有效） （Q1由10时此式有效） （Q0由10时此式有效） 58（1）8421BCD码同步加法计数器7416000003集成十进制计数器59二进制计数器的时钟输入端为CP1，输出端为Q0；五进制计数器的时钟输入端为CP2，输出端为Q1、Q2、Q3。74290包含一个独立的1位二进制计数器和一个独立的异步五进制计

29、数器。如果将Q0与CP2相连，CP1作时钟脉冲输入端，Q0Q3作输出端，则为8421BCD码十进制计数器。RQC1C1RQC11KCPR1K1J1J1J1J1KQ1KRC1Q&SS&3Q0Q1QQ220(1)R0(2)s9(1)s9(2)1CPR（2）二五十进制异步加法计数器74290ss60 异步清零。 计数。 异步置数（置9）。 74290的功能：614集成十六进制计数器（1） 4位二进制同步加法计数器7416十六进制计数器00003Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q741641235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc7416891011121413RD3DDL

30、EPETQ0RCOEPRDDL十六进制计数74161624位二进制同步可逆计数器74191 十六、八进制计数器63例：用集成计数器74160和与非门组成的6进制计数器。 异步清零法适用于具有 异步清零端 的集成计数器。用集成计数器 组成任意进制计数器（1）异步清零法0110当输出Q3Q2Q1Q0=0110时，使RD0，则立即(与CP无关)将Q3Q2Q1Q0清为0000，使之不输出0110，因此RDQ2Q1Q0Q0000Q0001010000110010201011Q30000 010164 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74163和与非门组成的6进制计数器。（2

31、）同步清零法当输出Q3Q2Q1Q0=0101(最大计数值)时，使RD0，使下一个CP到来时，输出Q3Q2Q1Q0清为0000（前一个CP仍输出0101，因此RDQ2Q074163具有同步清零端65异步预置数法适用于具有异步预置端 的集成计数器。例：用集成计数器74191和与非门组成的余3码10进制计数器。（3）异步预置数法计数到最大值1100时，下个CP到来，计数值为1101，此时LDQ3Q2Q0 0为有效信号置数Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=0011191的LD是异步置位端，输入0时，立即置位110101100001101002Q11011QQQ30101011110010110100

32、0101066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74160和与非门组成的7进制计数器。（4）同步预置数法LDRCO 0有效时Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=0011160的LD是同步置位端，输入0时，要等下个CP才置位160是十进制同步加法器，输出最大值为1001，下个CP，回0000，RCO输出167第2种做法用集成计数器74160和与非门组成的7进制计数器。当Q3Q2Q1Q0=0110时，将输出置为0000LD Q2Q10有效时，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=0000160的LD是同步置位端，输入0时，要等下个CP才置位计数值设为0000011000

33、000001001000110100010101100 0&68先将两芯片采用同步级联方式连接成100进制计数器（一片“个位”十进制计数，一片“十位”十进制计数），然后再用异步清零法组成了48进制计数器。解：因为N48，而74160为8421十进制计数器，所以要用两片74160构成此计数器。（计数范围：）例：用74160组成48进制计数器异步清零法实现74160为8421码十进制计数器，最大计数值为1001（9）。采用异步清零法组成了48进制计数器，所以当计算到48时，RD应得048 = ( 0100 1000)BCD&13Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74160(1)EPRDD

34、LD13DD3DCPQQ00RCO74160(2)L21ETQDQR2DEP1计数脉冲169例：用74160组成48进制计数器同步置数法实现同步置数法组成了48进制计数器，所以当计算到47时，LD应得0，将输出置为000047 = ( 0100 0111)BCD&113Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74160(1)EPRDDLD13DD3DCPQQ00RCO74160(2)L21ETQDQR2DEP1计数脉冲74160为8421码十进制计数器，最大计数值为1001（9）。7074191为16进制计数器，最大计数值为1111。所以当计算到48时，48 = （0011 0000）二进

35、制RD 应得0解：因为N48，而74161为4位同步计数器，所以要用两片74161构成此计数器(异步清0端)。例：用74161组成48进制计数器。&3Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74160(1)EPRDDLD13DD3DCPQQ00RCO74160(2)L21ETQDQR2DEP1计数脉冲11741617416171四、移位寄存器构成的移位型计数器特点: 在移位寄存器的基础上，增加反馈逻辑电路组成。用途： 构成特殊编码的计数器（非二进制计数器）；环形计数器和扭环形计数器在计算机中常用于组成时序信号发生器（节拍发生器）。 721环形计数器环形计数器工作时，首先用启动脉冲置入有效状

36、态，然后才能加 CP。 CPY2Y1D1 10 D2 10D3 10 D4 10Y3Y4 7310000100001000014 位环形计数器的有效状态4 位环形计数器的无效状态110001100011100111011110011110110000111101011010 环形计数器的突出优点是电路结构极其简单。而且,在有效循环的每个状态只包含一个 “1” 时，可以直接以触发器的Q端作为电路的状态输出，不需要另外加译码电路。 缺点是没有充分利用电路的状态。n 位触发器，电路总共有 2n 个状态，只用了 n 个状态。不能自启动74 环形计数器的特点： 电路简单，N位移位寄存器可以计N个数，实现

37、模N计数器。752扭环形计数器CPY2Y1D1 10 D2 10D3 10 D4 10Y3Y4 工作时，首先置电路为全 0，然后加 CP。 76 一般来说，N位移位寄存器可以组成模2N的扭环形计数器，只需将末级输出反相后，接到串行输入端。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。扭环形计数器的特点：774 位扭环形计数器的有效状态4 位扭环形计数器的无效状态0000100000110001110011101111011101001010001010011101011010110101扭环形计数器78 特点：循环计数方式 模8计数 应用：计数 延时CLK QD QC QB QA 0

38、 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 8 0 0 0 0扭环形计数器79寄存器存放二进制代码的部件一个触发器能存储一位二进制代码，N 个触发器组成 N 位寄存器能存储 N 位二进制代码。各种触发器均能构成寄存器，用 D 触发器最为简单。寄存器是同步时序电路，写入脉冲连到所有触发器时钟输入端。 6.4 寄存器80寄存器按功能特点分为：数码寄存器存放一组二进制代码移位寄存器存放二进制代码，并具有移位功能81集成数码寄存器74LSl75 ：数码寄存器存储二进制数码的时序电路组件实现

39、并行输入并行输出一、 数码寄存器RdRdRdRd82D0D3是并行数据输入端，CP为时钟脉冲端。Q0Q3是并行数据输出端。74LS175的功能:RD是异步清零控制端。CP上升沿触发831单向移位寄存器 （1）单向右移寄存器（D触发器组成的4位右移寄存器）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。 移位寄存器不但可以寄存数码，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1位。二、移位寄存器RdRdRdRd84CPQ1Q0D0 10 D1 10D2 10 D3 10Q2Q31101CPQ0Q2Q1 CP DI Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 0 0 1 1 0

40、0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1Q3DI例1：单向右移寄存器85若DI输入1101，在4个移位脉冲作用下，输入的4位串行数码1101全部存入了寄存器中。这种输入方式称为串行输入方式。实现串行输入并行输出右移寄存器的时序图： 由于右移寄存器移位的方向为DIQ0Q1Q2Q3，即由低位向高位移，所以又称为上移寄存器。1 1 0 1 1 0 186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。（2）左移寄存器2 双向移位寄存器 将右移寄存器和左移寄存器组合起来，并引入一控制端S便构成既可左移又可右移的双向移位寄存器。RdRdRdRd87其中，DSR为右

41、移串行输入端，DSL为左移串行输入端。当S=0时，D0=Q1、D1=Q2、D2=Q3、D3=DSL，实现左移当S=1时，D0=DSR、D1=Q0、D2=Q1、D3=Q2，实现右移8874194为四位双向移位寄存器。Q0和Q3分别是左移和右移时的串行输出端，Q0、Q1、Q2和Q3为并行输出端。DSL 和DSR分别是左移和右移串行输入。D0、D1、D2和D3是并行输入端。三、集成移位寄存器741948974194的功能表：90（1）清除代码令： Rd 0，则 Q3Q2Q1Q0 0000 然后 Rd 1，仍保持（2）直送代码： S1S0 =11 将代码D0 D3送入寄存器在CP上升沿作用下Q3n+1

42、 D3Q2n+1 D2Q1n+1 D1Q0n+1 D0功能（3）寄存代码： 寄存器接收代码后，如果S1S0 =00，且不发清除信号，则CP信号不能加到触发器时钟输入端，触发器状态不变，便可使寄存器继续保持数据 91（4）右移代码： S1S0 =01时，将所存代码右移一位 （5）左移代码： S1S0 =10时，将所存代码左移一位 i+1i i-1右移左移右移：DSR Q0 Q1 Q2 Q3 Q3n+1 Q2n Q2n+1 Q1n Q1n+1 Q0nQ0n+1 DSR左移：Q0 Q1 Q2 Q3 DSL Q3n+1 DSL Q2n+1 Q3n Q1n+1 Q2nQ0n+1 Q1n92用来产生节拍电

43、位和节拍脉冲，或仅产生节拍电位的逻辑部件计数型节拍发生器移位型节拍发生器分类6.5 顺序脉冲发生器(节拍发生器) 93CP1Y1 0 1 K2 J2 0 1 K1 J1Y2CP2RdW1W0W2W3J1=K1 =1 ，CP1下降沿触发J2=K2 =1 ，CP2 Y1下降沿触发Y1n+1 = J1 Q1 + K1 Q1 Y1 Y2n+1 = J2 Q2 + K2Q2 Y2 状态函数：输出函数：W0 = Y2 Y1W1 = Y2 Y1W2 = Y2 Y1W3 = Y2 Y11、计数型节拍发生器94 Y2 Y1 Y2n+1 Y1n+1 CP2 CP1 1 0 0 0 1 2 0 1 1 0 3 1

44、0 1 1 4 1 1 0 0 J1=K1 =1 ，CP1下降沿触发J2=K2 =1 ，CP2 Y1下降沿触发Y1n+1 = J1 Q1 + K1 Q1 Y1 Y2n+1 = J2 Q2 + K2Q2 Y2 状态函数：95CP1 Y2W0 Y1 （ CP2 ）W1W2W3W0 = Y2 Y1W1 = Y2 Y1W2 = Y2 Y1W3 = Y2 Y1该电路为能产生4个节拍电位（ W0 W3 ）的节拍发生器96 W1Rd CPY2Y10 1D4 0 1D30 1D2 0 1D1Y3Y4 Y2Y4m1Y4Y2W2m2D1 = Y2 D2 = Y3 D3 = Y4 D4 = Y4+Y3+Y2Y1n+

45、1 = Y2 , Y2n+1 = Y3 , Y3n+1 = Y4 , Y4n+1 = Y4 + Y3 + Y2 控制函数：2、移位型节拍发生器97 Y4Y3Y2Y1 Y4n+1 Y3n+1 Y2n+1 Y1n+1 CP 1 0 0 0 0 1 0 0 0 2 1 0 0 0 0 1 0 0 3 0 1 0 0 0 0 1 0 4 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 1 0 0 001000010000110000000 W1Rd CPY2Y10 1D4 0 1D30 1D2 0 1D1Y3Y4 Y2Y4m1Y4Y2W2m298CPY4Y3Y2Y1该电路为能产生2个节拍电位（ W

46、0 、 W1）与2个节拍脉冲（ m1、 m2）的节拍发生器RdW1W2m2m1R S Qn+1 1 1 Qn 0 1 0 1 0 1 0 0 不允R S Qn+1 1 1 Qn 0 1 0 1 0 1 0 0 不允 Y2Y4W1Y4Y2W299结论：由上面叙述看出，环形计数器和扭环形计数器加译码器是组成节拍发生器（时序脉冲发生器）的基本电路。三种电路各有优缺点。所谓节拍发生器（顺序脉冲发生器）是这样一种电路，它在时钟脉冲的作用下，产生一组在时间上有一定先后顺序的、且时间相等的脉冲信号（由各时序波形图看出）。数字系统和计算机的控制部件再用这组脉冲信号形成所需要的各种控制信号，执行部件按节拍完成规

47、定的操作。 结论100（3）状态分配，又称状态编码。即把一组适当的二进制代码分配给简化状态图（表）中各个状态。（1）根据设计要求，设定状态，导出对应状态图或状态表。（2）状态化简。消去多余的状态，得简化状态图（表）。（4）选择触发器的类型和个数。（5）根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计电路的输出方程和驱动方程。（6）根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。（7）检查电路能否自启动。（必须检查）1同步时序逻辑电路的设计步骤6.6 时序逻辑电路的设计方法一、同步时序逻辑电路的设计方法同步时序逻辑电路中所有触发器使用同一个CP101（2）状态分配，列状态转换编码表。(1）根据设计要求，

48、设定状态，画出状态转换图。该状态图不须化简。例1：设计一个同步5进制加法计数器102次态卡诺图（3）选择触发器。选用JK触发器确定选用多个JK触发器：共5种状态，所以状态变量的个数n满足 2n5 n=3 共需要3个触发器 Q2Q1Q0（4）求各触发器的驱动方程和进位输出方程。 列出JK触发器的驱动表，画出电路的次态卡诺图。QnQn+1Qn+1 =Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1103QQ10nn2Qn10000111100 0 1 0 0根据次态卡诺图和JK触发器的驱动表可得各触发器的驱动卡诺图：Q2n+1104QQ10nn2Qn1000011110 0 1 0 1 0QQ10nn2Qn10

49、00011110 1 0 0 1 0Q1n+1Q0n+1105（5） 将各驱动方程与输出方程归纳如下：（6）画逻辑图。再画出输出卡诺图可得电路的输出方程：106（7）检查能否自启动 可见，如果电路进入无效状态101、110、111时，在CP脉冲作用下，分别进入有效状态010、010、000。所以电路能够自启动。利用逻辑分析的方法画出电路完整的状态图。107S0初始状态或没有收到1时的状态；设计一个串行数据检测器。该检测器有一个输入端X，它的功能是对输入信号进行检测。当连续输入三个1（以及三个以上1）时，该电路输出Y=1，否则输出Y=0。 解： （1）根据设计要求，设定状态:：S2连续收到两个1

50、后的状态；S1收到一个1后的状态；S3连续收到三个1（以及三个以上1）后的状态。典型的时序逻辑电路具有外部输入变量X，所以设计过程要复杂一些。例2：108（2）根据题意可画出原始状态图：（3）状态化简。 观察上图可知，S2和S3是等价状态，所以将S2和S3合并，并用S2表示，得简化状态图:109（4）状态分配。 该电路有3个状态，可以用2位二进制代码组合（00、01、10、11）中的 三个代码表示。本例取S0=00、S1=01、S2=11。（5）选择触发器。 本例选用2个D触发器。1/00/01/00/00/0X/Y1/1Q1Q0000111图5.5.9 例5.5.2编码后的状态图110由输出

51、卡诺图可得电路的输出方程：（6）求出状态方程、驱动方程和输出方程。列出D触发器的驱动表、画出电路的次态和输出卡诺图。111根据次态卡诺图和D触发器的驱动表可得各触发器的驱动卡诺图：由各驱动卡诺图可得电路的驱动方程：112（7）画逻辑图。 根据驱动方程和输出方程，画出逻辑图。（8）检查能否自启动。113使用上升沿触发的D触发器设计一个自动售饮料机的同步时序逻辑电路： 它的投币口每次只能投入一枚伍角或一元的硬币。投入一元伍角钱硬币后，机器给出一瓶饮料，投入二元（两枚一元）硬币后，在给出饮料的同时找回一枚伍角硬币例3：自动售饮料机的逻辑电路设计114 自动售饮料机设计设：投入硬币的状态为输入逻辑变量

52、 X1 1 投入一枚一元硬币 X1 0 未投入一枚一元硬币 X0.5 1 投入一枚伍角硬币 X0.5 0 未投入一枚伍角硬币给出饮料和找钱为两个输出变量 Y 1 给出饮料 Y 0 不给 Z 1 找回一枚伍角硬币 Z 0 不找1. 设输入/输出变量115 自动售饮料机设计 设状态投币前电路状态为 S0投入伍角钱以后为 S1投入一元钱以后（包括两枚伍角或一枚一元硬币）为 S2再投入一枚伍角为 S0 ，且Y1，Z0如果再投入一枚一元为 S0 ，且Y1，Z12. 拟定原始状态图和状态表116 状态转换情况S0X1X0.5 00X1X0.5 01X1X0.5 10S2S1S0S0且Y1，Z0S2S1S0

53、且Y1，Z1S0且Y1，Z0S2 自动售饮料机设计X1X0.500X1X0.501X1X0.5 =10X1X0.5 00X1X0.5 01X1X0.510 状态图X1X0.5 /YZS0S1S200/0001/0001/0001/1010/1000/0010/1110/0000/00117 状态表没有等价状态，无需化简 0 0 0 1 1 0 1 1 S0 S0 / 00 S1 / 00 S2 / 00 / S1 S1 / 00 S2 / 00 S0 / 10 / S2 S2 / 00 S0 / 10 S0 / 11 / Qn Qn+1 / YZX1X0.5 自动售饮料机设计3. 状态化简11

54、84. 状态编码S0 00S1 01S2 10 确定触发器个数 N=3,且22 3 n = 2即需要2个触发器 0 0 0 1 1 0 1 1 S0 S0 / 00 S1 / 00 S2 / 00 / S1 S1 / 00 S2 / 00 S0 / 10 / S2 S2 / 00 S0 / 10 S0 / 11 / Qn Qn+1 / YZX1X0.5119X1X0.5 Q1Q2 Q1n+1 Q2n+1 Y Z D1 D20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 00 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1

55、0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 01 0 1 0 0 0 1 1 0 01 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 5. 状态转换真值表已知上升沿触发的D触发器的激励表CP= , Qn+1 = D Qn Qn+1 D 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1201001010100 00 01 11 1000011110X1 X0.5Q1 Q2D1D2YZ000001010 00 01 11 100001111

56、0X1 X0.5Q1 Q210100000 00 01 11 1000011110X1 X0.5Q1 Q2100000000 00 01 11 1000011110X1 X0.5Q1 Q2D1 = X1 X0.5 Q1 + Q2 X0.5 + X1 Q1 Q2D2 = X1 X0.5 Q2 + X0.5 Q1 Q2Y= Q1 X0.5 + Q2 X1+ X1 Q1 Z= X1 Q1 6. 由次态、输出卡诺图求出次态和输出方程1211 0D11 0D2X0.5CP+X0.5X1X1Q1Q1Q2Q2 +YZ7. 逻辑图122对于无效状态Q1Q2 11当 X1X0.5 00 时：Q1n+1 Q2n+1 D1 = X1 X0.5 Q1 + Q2 X0.5 + X1 Q1 Q2D2 = X1 X0.5 Q1 + X0.5 Q1 Q2Q1n+1 Q2n+1 11不能返回有效循环，为非自启动！当 X1X0.5 01 时： 自动售饮料机设计虽然进入有效循环，但收费错误！ ！在开始工作时，必须用RD将电路置08. 检查是否自启动Q1n+1 Q2n+1 10当 X1X0.5 10 时：Q1n+1 Q2n+1 0000011000/0001/0001/0001/1010/1000/0010/1110/0000/001101/1010/