数字电子信号第六章时序电路

第六章时序逻辑电路Sequentiallogiccircuit本章内容：时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的分析常用时序逻辑电路的任务原理和运用方法时序逻辑电路的设计6.1概述一、时序逻辑电路的特点2.电路构造上①包含存储电路和组合电路②存储器形状和输入变量共同决议输出1.功能上：任一时辰的输出不仅取决于该时辰的输入，还与电路原来的形状有关。01011001二、时序电路的普通构造方式与功能描画方法二、时序电路的普通构造方式与功能描画方法二、时序电路的普通构造方式与功能描画方法二、时序电路的普通构造方式与功能描画方法二、时序电路的普通构造方式与功能描画方法三、时序电路的分类Mealy型：Moore型：1.同步时序电路与异步时序电路同步：存储电路中一切触发器的时钟运用一致的CLK,形状变化发生在同一时辰异步：没有一致的CLK,触发器形状的变化有先有后2.Mealy型和Moore型6.2时序电路的分析方法6.2.1同步时序电路的分析方法分析：给定时序电路逻辑功能例：TTL电路驱动方程形状方程输出方程触发方式?电路有几种能够的形状？形状转换表00000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表00000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表00000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表00000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010001010001001100111000100101010111001100001111000100000100102010030110410005101061101700000111110000形状转换表000001000101000100110011100010010101011100110000111100010000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表0000010010201003011041000510106110170000011111000000000100010100010011001110001001010101110011000011110001形状转换表形状转换图000/0001/0010/0011/0100/0101/0110/1111/1/Y00000100102010030110410005101061101700000111110000带进位输出的七进制加法计数器〔模7、计数容量7〕能自启动时序波形图时序波形图时序波形图时序波形图时序波形图时序波形图时序波形图时序波形图6.2时序电路的分析方法3.从给定电路写出输出方程。6.2.1同步时序电路的分析方法普通步骤：1.从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程〔输入的逻辑式〕，得到整个电路的驱动方程。2.将驱动方程代入触发器的特性方程，得到形状方程。4.由形状方程，输出方程列形状转换表以及形状转换图5.总结逻辑功能例：〔4〕列形状转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0〔4〕列形状转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0〔4〕列形状转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0〔4〕列形状转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0〔4〕列形状转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0〔4〕列形状转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0〔4〕列形状转换表：00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0〔5〕形状转换图00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0四进制加减计数器电路如下图，设其初始形状试分析计数器的逻辑功能。驱动方程形状方程00000100010110010101001110101001010101111011000111110001形状转换表000001011111101010100110Q2Q1Q0五进制计数电路能自启动分析图示计数器电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、特性方程、形状方程，画出电路的形状表和时序波形图。驱动方程形状方程分析图示计数器电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、特性方程、形状方程，画出电路的形状转换图。形状方程00000100010010010011001111101000000101010011001011111101形状转换表分析图示计数器电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、特性方程、形状方程，画出电路的形状转换图。00000100010010010011001111101000000101010011001011111101形状转换表000001011111101010100110Q2Q1Q0四进制计数电路，不能自启动上节课回想时序逻辑电路的分析方法1、着重掌握存放器和计数器的根本逻辑功能；2、会读给定集成器件的功能表，从中分析该集成器件的正确接线方式；3、必需熟练掌握用已有的集成计数器构成恣意进制计数器的各种方法，包括清零法和置数法。6.3假设干常用的时序逻辑电路6.3假设干常用的时序逻辑电路6.3.1存放器和移位存放器一、存放器〔Register〕定义在数字电路中，用来存放n位二进制数据或代码的电路称为存放器。组成原理存放器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。电平触发的存放器边沿触发的存放器二、移位存放器〔ShiftRegister〕任务原理：将DI=1011依次送入移位存放器1011101将DI=1011依次送入移位存放器101101将DI=1011依次送入移位存放器将DI=1011依次送入移位存放器1011将DI=1011依次送入移位存放器具有存储+移位功能，实现数据的串行-并行转换R’DS1S0工作状态0XX置零100保持101右移110左移111并行输入器件实例：74LS194A双向移位存放器扩展运用〔4位8位〕在数字电路中，可以记忆输入脉冲个数的电路。定义根本功能——统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作。功能其它功能——可用于分频、定时、产生节拍脉冲等。6.3.2计数器〔Counter〕〔3〕按计数的数制分二进制计数器十进制计数器不规那么计数器〔又称恣意进制计数器〕〔2〕按时钟控制方式分同步计数器异步计数器分类〔1〕按计数的功能分加法计数器减法计数器可逆计数器〔又称加/减计数器〕工作状态X0XXX置0（异步）10XX预置数（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111计数器件实例：74161

同步十六进制加法计数器〔四位二进制〕74161器件实例：74161

同步十六进制加法计数器〔四位二进制〕上升沿触发异步清0端同步置数端预置数数据输入端附加任务形状控制端形状输出端进位输出端74161形状转换图形状转换图形状转换图形状转换图形状转换图留意有效计数形状的个数时序波形图进位输出信号的特点计数器的分频功能工作状态X0XXX置0（异步）10XX预置数（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111计数器件实例：74160

同步十进制加法计数器上升沿触发异步置0端同步置数端预置数数据输入端附加任务形状控制端器件实例：74160

同步十进制加法计数器器件实例：74160

同步十进制加法计数器0000/00001/00010/00011/001000101形状转换图0110/CQ3Q2Q1Q0/0/0/00111/01000/01001/1留意有效计数形状的个数1、关于下面电路，说法正确的选项是〔〕(A)此电路为74161构成的11进制计数器(B)Q3输出和原来的进位信号C都可以作为新计数器的进位输出(C)此电路中，数据输入端D0-D3，也可以都接高电平1(D)此电路能够不能自启动(A)此电路为74160构成的7进制计数器(B)Q3输出和原来的进位信号C都可以作为新计数器的进位输出(C)此电路中，数据输入端D0-D3，也可以都接高电平1(D)此电路能够不能自启动2、关于下面电路，说法正确的选项是〔〕3、74161为16进制加法计数器，图示电路说法正确的选项是〔〕

〔A〕该电路计数进制与X无关。〔B〕当X=0时为9进制计数器。〔C〕该电路为12进制计数器。〔D〕该电路为11进制计数器。4、74160为10进制计数器，对该电路表达正确的选项是〔〕〔A〕当X=0时为7进制计数器。〔B〕当X=1时为8进制计数器。〔C〕假设去掉与非门G，然后将C端经过反相器连至端，那么电路功能不变。〔D〕C选项的结论不正确。5、以下电路为几进制计数器？画出形状转换图。6、分析图T512中的电路，阐明它们分别是多少进制计数器？并回答：假设将图(a)中与非门G的输出改接至Cr端，而令LD=1，画出形状转换转图，电路变为几进制？(2)图(b)电路的输出采用的是何种编码？列出形状转换表。7、知电路如下图，试画出在8个CP脉冲作用下的输出，并阐明该电路的作用。8、分析如下图的综合逻辑电路，其中：74LS160为同步十进制加法计数器，74LS为3线-8线译码器。要求：〔1〕分析左边虚框内所示电路的任务原理，计算时钟CP信号的周期T及占空比q；〔2〕画出74LS160的形状转换图；〔3〕画出8个CP周期下P0-P7端的输出波形74LS163和74LS161功能上根本一样，也同样可以实现4位二进制计数或者1位十六进制计数；二者的逻辑简图和引脚陈列图一样；不同之处是：74LS163采用同步清零方式， 74LS161采用异步清零方式。74LS163的功能与74LS161相比较而言：74163上节课回想7416174160N<M用已有N进制计数器接成恣意M进制计数电路的方法N>M清0法置数法恣意进制计数器的构成方法(N>M)用74161接成六进制计数〔六分频〕电路74161置数法置数法分析：1、有效计数形状的个数2、初始形状和最后一个形状3、初始形状为置入的形状4、最后一个形状为产生置数信号的形状〔同步置数端〕恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路“1〞“1〞74161置数法恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路“1〞“1〞1010CLKQ3Q2Q1Q001010110112110031101411105111174161置数法61010恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路“1〞“1〞CLKQ3Q2Q1Q001010110112110031101411105111174161置数法恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路“1〞“1〞置数法形状转换图电路能否自启动1010/01011/01100/01101/01110/01111/1/YQ3Q2Q1Q0Y101074161电路构造讨论：进位信号译码恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路“1〞“1〞置数法101074161形状转换图电路能否自启动1010/01011/01100/01101/01110/01111/1/YQ3Q2Q1Q0电路构造讨论：置入0000形状恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路清0法“0〞74161分析：1、S0形状属于有效计数形状2、S0形状为初始形状3、S5为最后一个有效计数形状4、S6为译码产生清零信号的形状〔异步清零〕恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路“1〞“1〞“0〞清0法74161恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路清0法“1〞“1〞“0〞CLKQ3Q2Q1Q00000010001200103001140100501016011074161恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路清0法“1〞“1〞“0〞CLKQ3Q2Q1Q00000010001200103001140100501016011074161恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路清0法“1〞“1〞“0〞CLKQ3Q2Q1Q00000010001200103001140100501016011074161恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路清0法“1〞“1〞“0〞0000/00001/00010/00011/00100/10101/1形状转换图0110所用门电路的讨论进位信号讨论/YQ3Q2Q1Q074161恣意进制计数器的构成方法用74161接成六进制计数〔六分频〕电路清0法“1〞“0〞“1〞0000/00001/00010/00011/00100/10101/1形状转换图0110/YQ3Q2Q1Q0“1〞0000/10001/10010/10011/10100/10101/0形状转换图0110/YQ3Q2Q1Q074161恣意M进制计数器的构成方法总结置数法小结：置入Sj形状同步置数：由从Sj开场第M个形状译码产生置数信号异步置数：由从Sj开场第M+1个形状译码产生置数信号1.N>M恣意M进制计数器的构成方法总结清0法小结：同步清0：由从S0开场第M个形状译码产生清零信号异步清0：由从S0开场第M+1个形状译码产生清零信号1.N>M恣意进制计数器的构成方法CLKQ3Q2Q1Q0001101011121000310014101051011置数法61100用74161接成十进制计数〔非常频〕电路7110181110911117416110“1〞“1〞011074161“1〞“1〞011074161“1〞“1〞011074161“1〞“1〞0110Y74161“1〞“1〞0110Y“1〞“1〞01107416174161“1〞“1〞0110Y“1〞“1〞0110形状转换图7416174161“1〞“1〞000074161“1〞“1〞000074161“1〞“1〞000074161“1〞“1〞Y000074161恣意M进制计数器的构成方法置数法清0法1.N>M上节课回想恣意进制计数器的构成方法用74161接成十进制计数〔非常频〕电路清0法CLKQ3Q2Q1Q00000010001200103001140100501016011070111810009100110101074161恣意进制计数器的构成方法用74161接成十进制计数〔非常频〕电路清0法CLKQ3Q2Q1Q00000010001200103001140100501016011070111810009100110101074161“0〞“1〞“1〞Y例：将十进制的74160接成六进制计数器例：将十进制的74160接成六进制计数器恣意进制计数器的构成方法(N<M)①M=N1×N2先用前面的方法分别接成N1和N2两个计数器。N1和N2间的衔接有两种方式：a.并行进位方式b.串行进位方式②M不可分解采用整体清零和整体置数法：先用两片接成M’>M的计数器，然后再采用清零或置数的方法恣意进制计数器的构成方法(N<M)用74161接成36进制计数电路74161(1)74161(2)1M=N1*N2=6*6并行进位恣意进制计数器的构成方法(N<M)用74161接成36进制计数电路M=N1*N2000000000501010000600000001300000010135010101013636并行进位74161(1)74161(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)用74161接成36进制计数电路74161(1)74161(2)1M=N1*N2串行进位恣意进制计数器的构成方法(N<M)用74161接成36进制计数电路M=N1*N200000000050101000060000000130000001013501010101363674161(1)74161(2)串行进位恣意进制计数器的构成方法(N<M)用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法74161〔1〕74161〔2〕(1)(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)74161〔1〕74161〔2〕用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法(1)(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)74161〔1〕74161〔2〕用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法(1)(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)74161〔1〕74161〔2〕用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法(1)(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)74161〔1〕74161〔2〕用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法(1)(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)74161〔1〕74161〔2〕用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法(1)(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)74161〔1〕74161〔2〕用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法(1)(2)恣意进制计数器的构成方法(N<M)74161〔1〕74161〔2〕用74161接成25进制计数电路整体置数法整体清0法(1)(2)①M=N1×N2先用前面的方法分别接成N1和N2两个计数器。2.N<MN1和N2间的衔接有两种方式：a.并行进位方式：用同一个CLK，低位片的进位输出作为高位片的计数控制信号〔如74160的EP和ET〕b.串行进位方式：低位片的进位输出作为高位片的CLK，两片一直同时处于计数形状恣意M进制计数器的构成方法总结②M不可分解采用整体清零和整体置数法：先用两片接成M’>M的计数器，然后再采用清零或置数的方法例：用74160接成一百进制计数电路并行进位法串行进位法例：用74160接成一百进制计数电路例：用74160接成二十九进制计数电路

整体清零例：用74160接成二十九进制计数电路

整体置数计数器运用实例例1计数器+译码器→顺序节拍脉冲发生器发生的序列：00010111计数器运用实例例2计数器+数据选择器→序列脉冲发生器练习：试用1片74LS160和1片74LS161设计一个分频电路，要求电路采用M=9×12的方式，芯片〔2〕的进位输出端C与时钟CP的分频比为1/108，且电路任务比较稳定，允许附加必要的门电路。练习：分析如下图的综合逻辑电路，其中：74LS160为同步十进制加法计数器，74LS为3线-8线译码器。要求：〔1〕分析左边虚框内所示电路的任务原理，计算时钟CP信号的周期T及占空比q；〔2〕画出74LS160的形状转换图；〔3〕画出8个CP周期下P0-P7端的输出波形本章小结时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的设计中规模集成时序逻辑芯片恣意进制计数器的构成方法3.从给定电路写出输出方程。同步时序电路的分析方法上节课回想：1.从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程〔输入的逻辑式〕，得到整个电路的驱动方程。2.将驱动方程代入触发器的特性方程，得到形状方程。4.由形状方程，输出方程列形状转换表以及形状转换图5.总结逻辑功能§6.4时序逻辑电路设计逻辑电路图时序逻辑问题时序逻辑函数逻辑笼统最简形状转换图(表)形状化简电路方程式选定触发器类型检查电路能否自启动同步时序逻辑电路的设计步骤：形状转换图(表)形状数M确定触发器的个数n举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：一、逻辑笼统1.确定输入输出变量输入变量：无；输出变量：进位输出端C，有进位时C=1无进位时C=0举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器S0S1S2S3S4S5/0/0/0/0/1/0原始形状图解：一、逻辑笼统2.确定电路形状数，并列形状转换图最简形状转换图六个形状：S0~S5举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器S0S1S2S3S4S5/0/0/0/0/1/0原始形状图解：一、逻辑笼统2.确定电路形状数，并列形状转换图最简形状转换图六个形状：S0~S5举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器S0S1S2S3S4S5/0/0/0/0/1/0原始形状图解：一、逻辑笼统2.确定电路形状数，并列形状转换图最简形状转换图六个形状：S0~S5举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：3.形状编码并列形状转换表触发器个数：3一、逻辑笼统S0S1S2S3S4S5/0/0/0/0/1/0

举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：3.形状编码并列形状转换表触发器个数：3000001010011100101/0/0/0/0/1/0

一、逻辑笼统举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000000001010011100101/0/0/0/0/1/0原始形状图3.形状编码并列形状转换表一、逻辑笼统举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000000001010011100101/0/0/0/0/1/0原始形状图3.形状编码并列形状转换表一、逻辑笼统举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000000001010011100101/0/0/0/0/1/0原始形状图3.形状编码并列形状转换表一、逻辑笼统举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000000001010011100101/0/0/0/0/1/0原始形状图3.形状编码并列形状转换表一、逻辑笼统举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：二、列电路方程〔选择JK触发器〕形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000输出方程：Q3BC00011110010

0

0

0

01

X

X

举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：二、列电路方程〔选择JK触发器〕形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000形状方程：Q3BC00011110010

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X

举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：三、列电路方程〔选择JK触发器〕Q3BC00011110010

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1

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X

形状方程：形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：三、列电路方程〔选择JK触发器〕Q3BC00011110011

0

0

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X

X

形状方程：形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器解：二、列电路方程〔选择JK触发器〕形状转换表C(t)N(t)S(t)100010101010010001110011001000101000100000形状方程：驱动方程：三、画逻辑电路图解：1J1KC11J1KC11J1KC1举例：设计一个带进位输出端的六进制加法记数器问题:此电路能否自启动?假设能,为什么?假设不能,该如何修正设计过程?进展硬件测试或仿真测试本章小结时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的设计中规模集成时序逻辑芯片恣意进制计数器的构成方法逻辑电路图时序逻辑问题时序逻辑函数逻辑笼统最简形状转换图(表)形状化简电路方程式选定触发器类型检查电路能否自启动设计步骤总结：形状转换图(表)形状数M确定触发器的个数n例2：设计一“011〞序列检测器，每当输入011码时，对应最后一个1，电路输出为1。解：1、画出原始形状图〔或称转移图〕与原始形状表输入端X：输入一串行随机信号输出端Z：当X出现011序列时，Z=1；否那么Z=0ABCD1/00/00/01/10/00/01/01/0XQ01ABCDB/0A/0B/0C/0B/0D/1B/0A/0Q*/Z2、形状简化XQ01ABCDB/0A/0B/0C/0B/0D/1B/0A/0Q*/Z原始形状表等价形状可以合并为一个形状对恣意输入，相应的输出都一样XSn01ABCB/0A/0B/0C/0B/0A/1Q*/Z3、形状编码000110